Кондензаторите имат редица страхотни свойства. Те съхраняват енергия като електрически заряд, а не като химическа енергия, например. Това обикновено позволява почти мигновено зареждане и много високи пикови изходни токове. Те могат да издържат на стотици хиляди цикли на зареждане-разреждане, вместо на стотиците цикли за напълно заредени батерии. И така, какъв е проблемът?
Батерията осигурява сравнително постоянно напрежение за дълъг експлоатационен живот. В зависимост от устройството, може да имате проблеми с производителността, близо до изтощаване. Смартфоните, например, преминават в режим на пестене на енергия. Това не е само за да работят малко по-дълго, но и за да се предотврати внезапно изключване без предупреждение.
Както виждате, напрежението пада, когато батерията се изтощи. Във вашия телефон има схема за преобразуване на мощност, част от цялостното управление на захранването, която работи за преобразуване на не особено постоянната мощност на батерията в много строго регулирана системна мощност (вероятно набор от различни напрежения). Обърнете внимание, че тук има важна връзка: мощност = ток * напрежение. Така че, за да поддържам същата мощност, когато напрежението спадне, моята схема трябва да черпи повече ток.
Всяка батерия има малко вътрешно съпротивление и поради друга зависимост, наречена закон на Ом, е известно, че ще има известен спад на напрежението в батерията. На чертежа Vout=V0−r∗I, където I е токът. По този начин, когато моето V0 спадне и схемата за управление на захранването трябва да черпи повече ток, за да достави същата мощност, изходното напрежение на батерията спада още по-бързо. Това ограничава максималния изходен ток на батерията и също така означава, че те се изтощават доста бързо, когато са близо до изтощение.
Но изходното напрежение, пиковият ток и общата мощност в кондензатора спадат експоненциално с течение на времето. Кондензаторът има едно предимство: той съхранява електрически заряд, вместо да го преобразува в химически заряд, както е в батерията, така че макар да има вътрешно съпротивление, то е малко и обикновено може да се пренебрегне. Кондензаторите могат да осигуряват много, много високи токове за кратко време.
Но за захранване на нещо, те са проблематични. Спомнете си моето желание да поддържам постоянно захранване в системата си за управление на захранването и това мощност = ток * напрежение. Тъй като напрежението ни бързо спада, трябва да го компенсираме с бързо нарастващ ток, за да доставим същата мощност. Много високите токове водят до много по-скъпа верига, по-големи компоненти за преобразуване на мощност, повече загуби на мощност в печатните платки и т.н. ... същият основен проблем, който батерията има към края, само че това започва да се случва много рано в полезния живот на кондензатора. И когато кондензаторът се изчерпи, пиковият ток, макар и все още сравнително висок, също спада.
Другият проблем е, че съвременните ултракондензатори имат много по-ниска специфична енергия от батериите. Най-добрите ултракондензатори на пазара понасят 8-10 Wh/kg, повечето са по-скоро 5 Wh/kg. Най-добрите литиево-йонни батерии доставят близо 200 Wh/kg, като много формули могат да достигнат над 100 Wh/kg. Така че е необходимо около 20 пъти по-голямо тегло, за да се използват ултракондензатори. Но вероятно и повече, тъй като в даден момент по време на разреждане, в зависимост от приложението, напрежението ще падне твърде ниско, за да бъде използваемо, оставяйки мощността неизползвана. Освен това, за разлика от по-традиционните кондензатори, ултракондензаторите имат и относително високо вътрешно съпротивление. Така че те не могат непременно да поддържат голяма размяна на напрежение за ток.
След това е саморазреждането: колко бързо „изтича“ енергия от устройство за съхранение. Единствените NiMh клетки са здрави, но саморазреждането им е 20–30% на месец. Литиево-йонните клетки намаляват това до около <2% на месец в зависимост от конкретната литиево-йонна технология, може би 3% в някои системи, в зависимост от натоварването на батерията. Днешните ултракондензатори губят до 50% заряд през първия месец. Това може да няма значение в устройство, което се зарежда ежедневно, но абсолютно ограничава случаите на употреба на кондензатори в сравнение с батерии, поне докато не бъдат създадени по-добри дизайни.
И тъй като са ви необходими толкова много, настоящата цена на ултракондензаторите може да бъде 6-20 пъти по-висока от цената на батериите. Ако вашето приложение се нуждае от много малка изходна мощност, особено с много кратки високи токови пикове, ултракондензаторът може да е опция. В противен случай, той няма да бъде заместител на батериите в близко бъдеще.
За приложения с висок ток, като например електрически автомобили, все още не е полезно съображение, като самостоятелно решение. Въпреки че системите, използващи както ултракондензатори, така и батерии, могат да бъдат убедителни, тъй като разликите им са много допълващи се - високият пренос на ток и дългият живот на кондензатора спрямо високата специфична енергия/енергийна плътност на батерията. И се върши много работа за създаване на много по-добри ултракондензатори, както и много по-добри батерии. Така че може би някой ден ултракондензаторът ще поеме повече от типичните задължения на батериите.
статия от: https://qr.ae/pCacU0
Време на публикуване: 06 януари 2026 г.