УДК 621.31

АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ КОНДЕНСАТОРОВ

Турышева Анна Вахтанговна
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»
кандидат технических наук, ассистент кафедры электротехники, электроэнергетики, электромеханики

Аннотация
В данной статье рассмотрены существующие типы электрохимических конденсаторов. представлены их характеристики. Определены достоинства и недостатки.

Ключевые слова: электрохимические конденсаторы


ANALYSIS OF EFFICIENCY OF USE OF MODERN ELECTROCHEMICAL CONDENSERS

Turysheva Anna Vahtangovna
National mineral resources university (university of mines)
PhD of Technical Sciences: Assistant of the Electric Engineering, Electrical, Energetics and Electromechanics Department

Abstract
In this article existing types of electrochemical condensers are considered. their characteristics are submitted. Merits and demerits are defined.

Keywords: electrochemical condensers


Библиографическая ссылка на статью:
Турышева А.В. Анализ эффективности применения современных электрохимических конденсаторов // Современная техника и технологии. 2014. № 5 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2014/05/3856 (дата обращения: 28.05.2017).

В настоящее время стремительное развитие получили новые технологии создания электрохимических конденсаторов – суперконденсаторов, нашедшие применение в промышленности в качестве источников тока. Включение электрохимического конденсатора, обеспечивающего запасенной энергий потребителей, позволит увеличить срок службы аккумуляторной батареи при необходимости обеспечения нагрузки значительной величиной кратковременного тока.
Электрическая энергия в данном устройстве запасается в двойном электрическом слое на границе раздела электрода и электролита. Этот слой при приложенном напряжении образуется в результате накопления анионов и катионов раствора электролита на поверхностях положительного и отрицательного электродов.
Поскольку толщина двойного электрического слоя измеряется ангстремами, а поверхность проводника достигает 1500-2000 кв.м/г (активированный уголь), то особенностью электрохимического конденсатора является значительно более высокая, чем у обычных источников тока, запасенная энергия. В зависимости от материалов, используемых в качестве электродов: уголь, углеродные нанотрубки, графены, и используемого электролита: водный, органический, исследователи разработали электрохимические конденсаторы с разной удельной энергоемкостью, внутренним сопротивлением, электрическими свойствами [1, Арсентьев, с.20; 2. Конышев с.84] Органический электролит облает худшей электропроводностью, горюч и дорогостоящ, однако дает возможность увеличить рабочее напряжение, прикладываемое к ячейке конденсаторного устройства, в два раза по сравнению с водным раствором, что позволяет создать суперконденсаторы с большей удельной энергоемкостью.
Величина приложенного напряжения ограничена конструктивными особенностями суперконденсатора, поскольку при увеличении предельного значения происходит разложение электролита, возникает дополнительный ток, происходит нагрев и выход из строя.
В настоящее время разработчиками электрохимических конденсаторов в России являются ООО МНПО «ЭКОНД», ЗАО НПП «Инкар-М», ОАО Энергия, ЗАО Элит, ВСКБ «РИКОН», ОАО Элеконд, Элтон, РОСНОУ, проект университета «Дубна» и НПО «Восток» [3,12 ]. За рубежом: AVX Corp.; Cooper Bussmann; Cornell Dubilier; Elna America Inc.; EPCOS; Maxwell Technologies, Inc.; NEC; NessCap Co Ltd.; Nichicon; Panasonic Industrial Components; Seiko Instruments USA Inc.; Taiyo Yuden; Vishay; United Chemi-Con; Wima; LS Ultracapacitor. Сравнительные характеристики суперконденсаторов представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Сравнительные характеристики суперконденсаторов

Тип системы
620ИКЭ108/400
ТехноКор
120ВМОD0063-Р125
Maxwell
100*10ЭК303
ЭЛТОН
Диапазон рабочих напряжений, В
800-400
810-405
800-400
Запасаемая энергия, МДж
50,2
51,7
57,6
Максимальная мощность, МВт
57,1
30,4
3,6
Масса, т
24,3
6,95
3,4
Габаритный объем, м3
30,4
11,9
2,3
Отдаваемая энергия, МДж (при мощности 350кВт)
50
51
51
Рабочая температура, 0С
-45/+50
-40/+65
-50/+70
Вспомогательное оборудование
нет
Система выравнивания напряжений элементов
нет
Электролит
водный
ацетонитрил
водный
Цена, млн. руб.
15,5
24
10,2

Существует множество принципов построения данного устройства. Например, особенностью электрохимических конденсаторов ЭЛТОН является “асимметричная” конструкция, который состоит из отрицательных и положительных электродов, сепаратора и электролита. Применение сепаратора между электродами необходимо для предотвращения возникновения короткого замыкания между электродами, при проникновении ионов. Отрицательный электрод выполнен из активированного углеродного материала, а положительный электрод – из гидроксида никеля. В качестве электролита используется водный раствор щелочи [4].
Емкость электрохимического конденсатора можно найти по выражению:
(1)
где I – постоянный ток разряда, t – время разряда, - номинальное напряжение ,  - диапазон изменения напряжений [5, Кочетов, с. 19]
К недостаткам суперконденсаторов следует отнести: энергетическую плотность (1-10Вт/кг) большую, чем у конденсаторов, но меньшую чем у аккумуляторов; небольшую удельную энергоемкость по сравнению с аккумуляторами; линейное изменение напряжение при заряде и разряде постоянным током; высокую стоимость (до 10 долларов за кДж накопленной энергии); значительно более высокую, по сравнению с конденсаторными установками, величину внутреннего сопротивления.
Преимуществами данного устройства являются: высокая мощность, значительно превышающая мощность аккумуляторов; значительный ресурс – большое число циклов “заряд-разряд” (100.000) и длительный срок службы (более 10 лет); быстрый процесс заряда (15-40 мин); возможность работы при низких и высоких температурах без значительных изменений выходных характеристик (–50/+70 0С); возможность пропускать большие токи при разряде, заряде [6, Шурыгина, с.15; 7, Деспотули, с.13. ]
Эффективность совместного применения суперконденсаторов и аккумуляторных батарей подтверждается опытом их использования в автотранспорте (табл. 2)

Таблица 2 – Характеристики пускового режима

Старт дизеля Камаз
Обычный
С суперконденсатором
Тип и емкость источников тока
2 аккумулятора по 190Ач
2 аккумулятора по 90Ач и суперконденсатор
Вес, кг
116
81
Объем, л
68
53
Срок эксплуатации, мес
36
60

Рассмотренный успешный опыт применения суперконденсаторов в качестве гибридного источника тока совместно с аккумуляторными батареями позволяет рекомендовать их для использования в электротехническом комплексе для пуска генерирующего агрегата, работающего в режиме электродвигателя.


Библиографический список
  1. Арсентьев В Пленочные конденсаторы специального применения // Компоненты и технологии. 2008. №11. С. 20-21.
  2. Конышев В.С. Нанотехнологии и новая эра электролитических конденсаторов / Нанотехнологии Экология Производство. 2009. №1. С.84-84.
  3. Мировой и российский рынок суперконденсаторов для транспорта / М.: Агентство промышленной информации, 2010. 13 с.
  4. Элтон. Электрохимические конденсаторы. URL: http://www.elton-cap.ru/products/texnologiya/ (дата обращения: 28.05.2014)
  5. Кочетов Н. Ионисторы // Моделист-конструктор. 2001. № 2. С. 18-20.
  6. Шурыгина В. Суперконденсаторы. Размеры меньше, емкость выше // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2009. №7. С.10-20.
  7. Деспотули А Суперконденсаторы для электроники / А. Деспотули, А. Андреева // Современная электроника. 2006. № 5. С.10-14.


Все статьи автора «Турышева Анна Вахтанговна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: