Kondenzatorji imajo številne odlične lastnosti. Energijo shranjujejo kot električni naboj in ne kot kemično energijo. To običajno omogoča skoraj takojšnje čase polnjenja in zelo visoke izhodne tokove. Preživijo lahko več sto tisoč ciklov polnjenja in praznjenja, namesto več sto ciklov, ki jih imajo baterije s polnim ciklom. V čem je torej problem?
Baterija zagotavlja dokaj konstantno napetost skozi dolgo življenjsko dobo. Odvisno od naprave se lahko pojavijo težave z delovanjem, ko je baterija skoraj izpraznjena. Pametni telefoni na primer preklopijo v način varčevanja z energijo. To ni le zato, da bi delovali nekoliko dlje, ampak tudi zato, da se preprečijo takojšnje izklope brez opozorila.
Kot lahko vidite, napetost pada, ko se baterija bliža izpraznitvi. V vašem telefonu je vezje za pretvorbo moči, ki je del celotnega upravljanja porabe energije in pretvarja ne ravno konstantno moč baterije v zelo natančno regulirano moč sistema (verjetno kup različnih napetosti). Upoštevajte, da je tukaj pomembno razmerje: moč = tok * napetost. Torej, da ohranim enako moč, mora moje vezje ob padcu napetosti porabiti več toka.
Vsaka baterija ima majhen notranji upor in zaradi drugega razmerja, imenovanega Ohmov zakon, veste, da bo v bateriji prišlo do padca napetosti. Na risbi je Vout=V0−r∗I, kjer je I tok. Ko torej V0 pade in mora moje vezje za upravljanje porabe energije porabiti več toka, da zagotovi enako moč, izhodna napetost baterije pade še hitreje. To je omejilo največji izhodni tok baterije in pomeni tudi, da se baterija precej hitro izprazni, ko je skoraj izpraznjena.
Toda izhodna napetost, najvišji tok in skupna moč v kondenzatorju sčasoma eksponentno padajo. Kondenzator ima eno prednost: shranjuje električni naboj in ga ne pretvarja v kemični naboj kot v bateriji, zato čeprav obstaja notranji upor, je ta majhen in ga običajno lahko zanemarimo. Kondenzatorji lahko za kratek čas zagotavljajo zelo, zelo visoke tokove.
Ampak za napajanje nečesa so problematični. Spomnite se moje želje, da bi v svoj sistem za upravljanje porabe energije dovajal konstantno energijo, in to moč = tok * napetost. Ko napetost hitro pade, jo moramo nadomestiti s hitro naraščajočim tokom, da zagotovimo enako moč. Zelo visoki tokovi pomenijo veliko dražje vezje, večje komponente za pretvorbo moči, večje izgube moči v tiskanih vezjih itd. ... enak osnovni problem, kot ga ima baterija proti koncu, le da se to začne dogajati zelo zgodaj v uporabni življenjski dobi kondenzatorja. In ko se kondenzator izprazni, se tudi najvišji tok, čeprav še vedno relativno visok, zmanjša.
Druga težava je, da imajo sodobni ultrakondenzatorji veliko nižjo specifično energijo kot baterije. Najboljši ultrakondenzatorji na trgu zmorejo 8–10 Wh/kg, večina pa jih ima bližje 5 Wh/kg. Najboljše litij-ionske baterije dobavijo blizu 200 Wh/kg, številne formulacije pa lahko dosežejo več kot 100 Wh/kg. Torej za uporabo ultrakondenzatorjev potrebujete približno 20-krat večjo težo. Morda pa celo več, saj bo napetost med praznjenjem, odvisno od uporabe, na neki točki padla prenizko, da bi bila uporabna, zaradi česar bo energija ostala neporabljena. Poleg tega imajo ultrakondenzatorji za razliko od bolj tradicionalnih kondenzatorjev tudi relativno visok notranji upor. Zato ne morejo nujno podpirati velike izmenjave napetosti za tok.
Potem je tu še samopraznjenje: kako hitro "pušča" energija iz naprave za shranjevanje. Edine NiMh celice so robustne, vendar se samopraznijo do 20–30 % na mesec. Li-ionske celice to zmanjšajo na približno <2 % na mesec, odvisno od specifične litij-ionske tehnologije, morda na 3 % v nekaterih sistemih, odvisno od nadzora baterije. Današnji ultrakondenzatorji v prvem mesecu izgubijo kar 50 % napolnjenosti. To morda ni pomembno pri napravi, ki se polni vsak dan, vendar absolutno omejuje primere uporabe kondenzatorjev v primerjavi z baterijami, vsaj dokler ne bodo ustvarjene boljše zasnove.
In ker jih potrebujete toliko, so lahko trenutni stroški ultrakondenzatorjev 6- do 20-krat višji od stroškov baterij. Če vaša aplikacija potrebuje zelo majhno izhodno moč, zlasti pri zelo kratkih visokih tokovnih sunkih, je ultrakondenzator morda ena od možnosti. Sicer pa v bližnji prihodnosti ne bo nadomestil baterij.
Za aplikacije z visokim tokom, kot so električni avtomobili, to še ni ravno uporaben dejavnik, kot samostojna rešitev. Čeprav so sistemi, ki uporabljajo tako ultrakondenzatorje kot baterije, lahko prepričljivi, saj se njihove razlike zelo dopolnjujejo, visok prenos toka in dolga življenjska doba kondenzatorja v primerjavi z visoko specifično energijo/gostoto energije baterije. In veliko se dela na tem, da bi zagotovili veliko boljše ultrakondenzatorje, pa tudi veliko boljše baterije. Morda bo ultrakondenzator nekega dne prevzel več tipičnih nalog baterij.
članek iz: https://qr.ae/pCacU0
Čas objave: 6. januar 2026