קבלים-על במקום סוללות: מכשיר, השוואת תכונות, יתרונות השימוש, ביקורות

2024 מְחַבֵּר: Erin Ralphs | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-02-19 16:07

הרעיון של קיבול ספציפי גבוה נחקר בשנות ה-60, אך כיום יש גל חדש של התעניינות מוגברת בטכנולוגיה זו, בשל השילוב הייחודי של מאפייני הביצועים של המוצר הסופי. כיום, על בסיס טכנולוגיה זו, מיוצרים שינויים שונים של קבלי-על וקבלים אולטרה, אשר עשויים בהחלט להיחשב כסוללת כוח מלאה. המושגים של קבלי העל המוצגים להלן מראים שהתחרות העתידית שלהם עם ערכות סוללות קונבנציונליות (סוללות) אינה כל כך פנטסטית.

מהו קבל-על?

בעצם, זוהי סוללה אלקטרוכימית אופטימלית, העשויה בצורה של קבל קומפקטי. אפילו עם השוואה שטחית של המכשיר עם טיפוסימצבר לרכב, ניתן להדגיש את ההבדל הברור בגודל, ובפועל, היתרונות יגיעו אל פני השטח גם בצורת חיי שירות והספק ארוכים יותר. במילים אחרות, ניתן להשתמש בקבלי-על במקום סוללות, אם כי בהסתייגויות מסוימות בשל מגבלות במונחים של צבירת פוטנציאל אנרגיה. ניואנסים כאלה עדיין מתרחשים עקב חוסר השלמות של הפיתוח הטכנולוגי של יוניסטורים, עם זאת, המצב משתנה תחת לחץ השוק עם הדרישות הגוברת שלו לסוללות.

עיצוב ועיצוב מוצר

הבסיס של קבל זה נוצר על ידי שתי אלקטרודות, שביניהן ממוקם באופן מסורתי המדיום האלקטרוליטי. ניתן לראות הבדלים מהסוללה במבנה החומרים לייצור אלקטרודות, שהצלחות שלהן מצופים בפחם פעיל נקבובי. באשר לאלקטרוליט, ניתן להשתמש בתערובות אורגניות ואי-אורגניות ביכולת זו. מבחינה מבנית, בולט גם הפתרון הטכני של בידוד במבנה של קבלי-על. במקום לוחות אלומיניום לסוללה עם שכבה דיאלקטרית, נעשה שימוש ברכיבים בעלי תכונות אופטימליות של מוליכות יונית ואלקטרונית. אם נמשיך את הרעיון של שימוש אפשרי בקבל-על כסוללה, אז פחמן נקבובי בהחלט יכול לפעול כמוליך אלקטרוני, ותמיסה של חומצה גופרתית יכולה לפעול כמוליך יוני. בדרך זו, ניתן לספק שכבת הפרדת מטען אופטימלית בין האלקטרודות ללא הכללה נוספת של מבודדים מגושמים.

זנים של קבלים-על

כבר היום, ישנם כמה כיוונים בפיתוח של יוניסטורים. הבולטים והמבטיחים ביותר הם סוגי המכשירים הבאים:

• קבלים שכבה כפולה. הדגם הסטנדרטי, העושה שימוש באלקטרודות הנ"ל מחומר מוליך חשמלי, ומפריד מיוחד משמש כאלקטרוליט. הצטברות פוטנציאל האנרגיה מתרחשת כתוצאה מהפרדת המטען על האלקטרודות.
• פסאודו-קבלים. סוללה נטענת העשויה מסוג זה של קבלי-על יכולה להיות פתרון מוצלח מאוד, שכן היא מציעה דרכים מתקדמות יותר לאגירת אנרגיה. ראשית, העיקרון של מנגנון פאראדיי הקשור לתהליכי צבירת אנרגיה בסוללות קונבנציונליות מופעל. ושנית, נשמרת גם הסכימה הבסיסית של אינטראקציה אלקטרוסטטית בין אלקטרודות בשכבה חשמלית כפולה.
• קבלים היברידיים. קונספט ביניים המשלב את התכונות החיוביות האישיות של סוללות וקבלים. מכשירים כאלה משתמשים בדרך כלל בשילוב של אלקטרודות העשויות מתחמוצות מעורבות ופולימרים מסוממים. התפתחות נוספת של כיוון זה קשורה לשימוש בחומרים מרוכבים בתוספת נושאי פחמן ופולימרים מוליכים.

תכונות עיקריות

היום קשה לדבר על מדדי הביצועים המבוססים של ionistors, כיהטכנולוגיה משתפרת כל הזמן, ומותאמת לשיפור מקורות זרם אלקטרוכימיים. אבל אם ניקח את הנתונים הממוצעים על המאפיינים העיקריים של קבלי-על, אז אינדיקטורים ספציפיים ייראו כך:

• זמן טעינה - 1 עד 10 שניות
• מספר מחזורי הטעינה הוא כמיליון, מה שמתאים ל-30,000 שעות.
• מתח בתא הבלוק - טווח בין 2.3 ל-2.75 V.
• עוצמת אנרגיה - ערך סטנדרטי 5 Wh/kg.
• הספק - כ-10,000 ואט/ק"ג.
• עמידות - עד 15 שנים.
• טמפרטורת פעולה -40°C עד 65°C.

השוואה לסוללות קונבנציונליות

הפרמטרים העיקריים המבדילים הם קצב צבירת האנרגיה ומידת החזרת המטען החשמלי. בשל השימוש בשכבה כפולה של פוטנציאל חשמלי ליד קבל העל עם ממדים דומים, שטח משטח העבודה של האלקטרודות גדל. כלומר, אנחנו יכולים לדבר על שילוב המאפיינים הטובים ביותר של הסוללה והקבל ככזה. אם נשווה את התפלגות הזרמים של הסוללה וקבל העל לעומס, אז האחידות של נפחי הזרם הנצרך תהיה זהה בדרך כלל, אך עם שני תיקונים. במהלך פעולת הסוללה ניתן להעביר את הזרם הגדול ביותר לכיוון האלמנט הנמצא בחלק התחתון של הבלוק, ובמקרה של יוניסטורים, באופן עקרוני, הפוטנציאל יהיה קטן יותר בגלל המתח הנמוך. כמו כן, הבדלים משמעותיים כוללים את ההבדל במשאב העבודה - קבלי-על משרתים כ-25-30% יותר בזמן, שלא לדבר עלשיעור גבוה יותר של מחזורי עבודה ניתנים לביצוע.

היתרונות של הפעלת קבלי-על

אם ניקח בחשבון בדרך כלל את ההשפעות החיוביות של שימוש בקבלי-על במקום בסוללות, אזי התכונות הבאות יבואו לידי ביטוי:

• צפיפות האנרגיה הגבוהה של קבלי-על מאפשרת להשתמש בהם במכשירים אלקטרוניים כמקור כוח לטווח קצר.
• בטיחות סביבתית. כמובן שרכיבים אלקטרוכימיים עדיין נשמרים בתכנון, אבל ההשפעות הרעילות שלהם הולכות ופוחתות כל הזמן.
• אפשרות להשתמש באנרגיה ממקורות מתחדשים - רוח, שמש, מים ואדמה.
• הרחבת הזדמנויות לאינטגרציה מבנית של סוללות - למשל, לתחזוקה של תחנות כוח מורכבות, מכונות חשמליות היברידיות, כלי רכב מונעי מימן וכו'.

כדאי לשים לב לכמה מהיתרונות של קבל-על ביחס לקבל רגיל. יש מעט מהם, אבל קיבולת גדולה לאגירת אנרגיה חשובה ביסודה. לפי אינדיקטור זה, לא כל השינויים של יוניסטורים יכולים להתחרות בסוללות, אולם בהשוואה לקבלים בפרמטר הקיבולת החשמלית, הם מנצחים בביטחון.

ביקורות חיוביות על קבלי-על

בדיקה ויישום חלקי של קבלי-על מתקיימים כיום במגוון תעשיות. כפי שמראות הביקורות על פעולתם של מכשירים אלה, הם מאשרים את הצהרות היצרנים לגבי הגבוהאמינות, בטיחות סביבתית וקיבולת גבוהה. מה שחשוב במיוחד מנקודת המבט של השוואת קבלי-על וסוללות, הראשונים אינם כל כך תובעניים ליצור תנאים מיוחדים במהלך טיפול פיזי. זה נובע בחלקו מאותה רעילות נמוכה של הרכיבים, אך במידה רבה יותר, הארגונומיה של הפעולה נובעת מדרגת ההגנה הגבוהה של המארז. כלומר, המשתמש אינו צריך לספק מכשירים מיוחדים לתחזוקה של קבלי-על בתנאים אטומים. המשקל הנמוך והממדים האופטימליים גם מקלים על ביצוע פעולות תחזוקה שוטפות.

ביקורות שליליות על קבלי-על

יש גם חולשות בקבלים מסוג זה, שבאות לידי ביטוי גם בפועל. במיוחד, משתמשים מצביעים על צפיפות האנרגיה הנמוכה שלהם, הביצועים הנמוכים ורמת המתח לא תמיד מספקת, מה שמחייב להשתמש במספר אלמנטים כדי לשרת יחידת צרכן אחת. במובנים רבים, החסרונות הללו מונעים כיום את השימוש בקבלי-על במקום בסוללות, אם כי, שוב, סביר יותר שפיתוח טכנולוגי יפתור את הבעיות הללו.

סיכויים לפיתוח קבלים

לפי מומחים ומפתחי סוללות, בעתיד הקרוב, ישתמשו בקבלים מהדור החדש בכל מקום. זה יתאפשר עקב הגידול הפעילה בקיבולת הספציפית של מכשירים. זה שווה את זהלהוסיף ולשפר את המאפיינים הטכניים והמבניים של קבלי-על, הנוגעים בעיקר למידות ומשקל. במקביל, כבר היום מתארגנות בדיקות של יוניסטורים בהספק של עד 2.5 mW. בעתיד, מערכות כאלה יכולות לשמש בתחזוקה של רשתות תחבורה, מתקנים תעשייתיים ומתחמי מגורים.

מסקנה

קונספט קבל-העל נחשב לפתרון האופטימלי במצבים בהם יש צורך לטווח קצר באספקת חשמל עם טעינה חיה. בחלקו מדובר בסתירה לרעיון של סוללות אלקטרוכימיות, המתמקדות בתחזוקה ארוכת טווח של כוח עם פרמטרים מסוימים. אבל האם ניתן להשתמש בקבל-על במקום בסוללה במכונית, בהתחשב בתכונה תפעולית זו? עם רמה גבוהה של הסתברות, חברות רכב מתקדמות ישתמשו בקבלים בעלי קיבולת גבוהה, אך רק בגרסאות היברידיות מיוחדות המשלבות את התכונות החיוביות של קבלי-על ככאלה ורכיבים אלקטרוכימיים מסורתיים. לדוגמה, כיום משתמשים בפתרונות כאלה בצורה של שילוב של מבנה עופרת-חומצה אלקטרוכימי וקבל-על.