Kondensatorer har ett antal fantastiska egenskaper. De lagrar effekt som elektrisk laddning snarare än kemisk energi, till exempel. Detta möjliggör vanligtvis nästan omedelbara laddningstider och mycket höga topputgångsströmmar. De kan överleva hundratusentals laddnings- och urladdningscykler, snarare än de hundratals cykler som gäller för fulladdade batterier. Så vad är problemet?
Ett batteri ger en ganska konstant spänning under en lång livslängd. Beroende på enheten kan du få prestandaproblem som nästan är helt slut. Smartphones, till exempel, går in i energisparläge. Det är inte bara för att de ska hålla igång lite längre, utan för att förhindra omedelbara avstängningar utan förvarning.
Som du kan se sjunker spänningen när batteriet nästan är urladdat. I din telefon finns en effektomvandlingskrets, en del av den övergripande strömhanteringen, som arbetar för att omvandla batterieffekten som inte är särskilt konstant till en mycket strikt reglerad systemeffekt (förmodligen en massa olika spänningar). Observera att det finns ett viktigt samband här: effekt = ström * spänning. Så för att bibehålla samma effekt, när spänningen sjunker, måste min krets dra mer ström.
Varje batteri har en liten inre resistans, och på grund av ett annat samband, kallat Ohms lag, vet man att det kommer att bli en viss spänningsfall i batteriet. I ritningen är Vout = V0 − r * I, där I är strömmen. Således, när min V0 sjunker och min strömstyrningskrets måste dra mer ström för att leverera samma effekt, sjunker batteriets utspänning ännu snabbare. Detta begränsade batteriets maximala strömutgång, och det betyder också att de slutar fungera ganska snabbt när de nästan är urladdade.
Men utspänningen, toppströmmen och den totala effekten i en kondensator sjunker exponentiellt med tiden. Kondensatorn har en fördel: den lagrar elektrisk laddning, snarare än att omvandla elektrisk laddning till kemisk laddning som i ett batteri, så även om det finns ett inre motstånd, är det litet och kan vanligtvis ignoreras. Kondensatorer kan ge mycket, mycket höga strömmar under en kort tid.
Men för att driva en sak är de problematiska. Kom ihåg min önskan att hålla en konstant ström in i mitt strömhanteringssystem, och att effekt = ström * spänning. När vår spänning snabbt sjunker måste vi kompensera för det med snabbt stigande ström för att leverera samma effekt. Mycket höga strömmar leder till en mycket dyrare krets, större effektomvandlingskomponenter, mer effektförlust i kretskort, etc. ... samma grundläggande problem som batteriet har mot slutet, bara att detta börjar hända mycket tidigt i kondensatorns användbara energilagringstid. Och när kondensatorn töms sjunker toppströmmen, även om den fortfarande är relativt hög.
Det andra problemet är att moderna ultrakondensatorer har mycket lägre specifik energi än batterier. De bästa ultrakondensatorerna på marknaden klarar 8–10 Wh/kg, de flesta ligger närmare 5 Wh/kg. De bästa litiumjonbatterierna levererar närmare 200 Wh/kg, många formuleringar kan nå över 100 Wh/kg. Så du behöver ungefär 20 gånger så mycket vikt för att använda ultrakondensatorer. Men möjligen mer, eftersom spänningen vid någon tidpunkt under urladdningen, beroende på applikation, kommer att sjunka för lågt för att vara användbar, vilket lämnar oanvänd ström. Till skillnad från mer traditionella kondensatorer har ultrakondensatorer också en relativt hög inre resistans. Så de kan inte nödvändigtvis stödja mycket utbyte av spänning mot ström.
Sedan finns det självurladdning: hur snabbt "läcker" ström från en lagringsenhet. De enda NiMh-cellerna är robusta, men självurladdningen är så hög som 20–30 % per månad. Litiumjonceller minskar detta till mer än <2 % per månad beroende på den specifika litiumjontekniken, kanske 3 % i vissa system beroende på batteriövervakningskostnader. Dagens ultrakondensatorer tappar så mycket som 50 % laddning under den första månaden. Det kanske inte spelar någon roll i en enhet som laddas dagligen, men det begränsar absolut användningsområdena för kondensatorer kontra batterier, åtminstone tills bättre designer har skapats.
Och eftersom du behöver så många kan den nuvarande kostnaden för ultrakondensatorer vara 6–20 gånger kostnaden för batterier. Om din applikation behöver en mycket liten effekt, särskilt med mycket korta höga strömtopp, kan ultrakondensatorn vara ett alternativ. Annars kommer det inte att bli en batteriersättning inom en snar framtid.
För högströmstillämpningar som elbilar är det inte riktigt en användbar faktor ännu, som fristående lösning. Även om system som använder både ultrakondensatorer och batterier kan vara övertygande, eftersom deras skillnader kompletterar varandra mycket, är den höga strömöverföringen och långa livslängden hos kondensatorn kontra batteriets höga specifika energi/energitäthet. Och det görs mycket arbete för att leverera mycket bättre ultrakondensatorer, såväl som mycket bättre batterier. Så kanske ultrakondensatorn någon dag tar över mer av de typiska batteriuppgifterna.
artikel från: https://qr.ae/pCacU0
Publiceringstid: 6 januari 2026