Суперконденсаторы (ионисторы) - уникальные устройства энергонакопления с колоссальной мощностью и ресурсом

Суперконденсаторы (ионисторы, электрохимические конденсаторы) - устройства, обладающие гигантской ёмкостью, в сотни и тысячи раз превосходящей ёмкость обычных конденсаторов. Заряд в них накапливается за счет процессов адсорбции-десорбции ионов на границе раздела электрод/электролит. То есть природа накопления энергии электростатическая, как в конденсаторах, но происходит она по-другому.

В общих чертах можно сказать, что суперконденсаторы занимают промежуточную нишу между электролитическими конденсаторами и аккумуляторами. По сравнению с конденсаторами, они обладают гигантской емкостью и энергоемкостью (способностью запасать заряд). Но не такой большой, как у аккумуляторов и батарей. Зато по мощности и быстродействию суперконденсаторы превосходят аккумуляторы, и позволяют очень быстро отдавать или принимать большие токи.

Принцип работы суперконденсаторов и их устройство

Суперконденсатор состоит из двух электродов, сепаратора, электролита и корпуса. Электроды выполняются из пористого углеродного материала - углеродной бумаги, ткани, аэрогеля, карбида, графена и других форм углерода с развитой внутренней структурой.

При подаче напряжения происходит адсорбция ионов из электролита на поверхности пор электродов. Отрицательно заряженные ионы движутся к положительному электроду и наоборот. В результате на электродах накапливается гигантское количество заряда, обеспечивающее колоссальную ёмкость.

При разряде ионы десорбируются и устремляются в противоположном направлении. Этот обратимый процесс может повторяться десятки тысяч раз без потери ёмкости.

Важную роль в работе суперконденсатора играет электролит. Он должен иметь максимальную электропроводность, стабильность параметров и совместимость с материалом электродов. Чаще всего используют водные растворы солей, кислот и щелочей.

В ассортименте суперконденсаторов на сайте elecond.ru/production/super можно выбрать изделия для решения широкого круга задач.

Параметры и характеристики суперконденсаторов

Емкость является ключевым параметром суперконденсаторов. Она может достигать от единиц до тысяч фарад - на несколько порядков выше, чем у классических конденсаторов.

Максимальное напряжение обычно составляет около 2-3 вольт. При попытке зарядить суперконденсатор выше максимального напряжения возможен выход его из строя.

Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) отражает величину активных потерь в суперконденсаторе. Чем ниже ESR, тем выше КПД и меньше саморазогрев в процессе заряда-разряда.

Токи заряда-разряда могут достигать от десятков до сотен и даже тысяч ампер, что недоступно для большинства аккумуляторов. Это обеспечивает сверхвысокую импульсную и пиковую мощность.

Энергоемкость (запасаемая энергия на единицу массы или объема) у суперконденсаторов составляет от единиц до десятков ватт-часов на килограмм или см3. Это меньше, чем у литий-ионных АКБ, зато скорость заряда-разряда на порядки выше.

Ключевыми характеристиками суперконденсаторов являются сверхвысокая удельная мощность - до десятков киловатт на килограмм веса. Скорость заряда или разряда за доли и единицы секунд. Длительный срок службы - до 1 миллиона циклов и более. Широкий диапазон рабочих температур - от -40 до +70 градусов Цельсия.

Всё это позволяет суперконденсаторам во многих случаях превосходить литий-ионные аккумуляторы по соотношению "цена-качество".

Области применения суперконденсаторов

Благодаря уникальному набору характеристик суперконденсаторы находят все более широкое применение.

Наиболее массовые области использования:

• электротранспорт - гибридные автомобили, трамваи, троллейбусы, электробусы;
• возобновляемая энергетика - накопление энергии солнца и ветра;
• UPS и системы резервного питания;
• промышленное оборудование - приводы станков, подъемников, роботов;
• железнодорожный транспорт - тяговые и вспомогательные системы;
• военная техника - радиоэлектронные комплексы, приборы ночного видения.

В последнее время наметилась тенденция вытеснения литий-ионных АКБ суперконденсаторами во многих областях. Это связано с их преимуществами, а также с прогрессом в повышении энергоемкости суперконденсаторов. Мировой рынок суперконденсаторов демонстрирует двузначные темпы ежегодного роста.

Можно выделить следующие ключевые преимущества суперконденсаторов:

• сверхвысокая мощность и быстрый заряд-разряд;
• очень длительный срок службы;
• широкий температурный диапазон;
• высокий КПД (до 98%);
• отличная экологичность и безопасность;
• высокие перегрузочная способность и надежность.

Все эти показатели превосходят характеристики литий-ионных АКБ. Это определяет тенденцию к расширению применения суперконденсаторов в самых разных областях - от электротранспорта до возобновляемой энергетики и электроники. Их популярность будет только расти.