რატომ არ შეგვიძლია აკუმულატორების ნაცვლად დიდი კონდენსატორების გამოყენება?

კონდენსატორებს არაერთი შესანიშნავი თვისება აქვთ. მაგალითად, ისინი ენერგიას ელექტრული მუხტის სახით ინახავენ და არა ქიმიური ენერგიის სახით. ეს, როგორც წესი, თითქმის მყისიერ დატენვას და ძალიან მაღალ პიკურ გამომავალ დენებს იძლევა. მათ შეუძლიათ ასობით ათასი დამუხტვა-განმუხტვის ციკლის გაძლება, სრული ციკლის მქონე ბატარეების ასობით ციკლის ნაცვლად. მაშ, რაშია პრობლემა?

ელემენტი საკმაოდ მუდმივ ძაბვას უზრუნველყოფს ხანგრძლივი გამოყენების ვადის განმავლობაში. მოწყობილობიდან გამომდინარე, შესაძლოა, მუშაობის პრობლემები დაცლის პირას გქონდეთ. მაგალითად, სმარტფონები ენერგიის დაზოგვის რეჟიმში გადადიან. ეს არა მხოლოდ იმისთვის, რომ ისინი ცოტა ხნით იმუშაონ, არამედ იმისთვისაც, რომ გაფრთხილების გარეშე მყისიერი გამორთვა თავიდან აიცილონ.

როგორც ხედავთ, ძაბვა ეცემა, როდესაც აკუმულატორი თითქმის დაცლილია. თქვენს ტელეფონში არის ენერგიის გადამყვანი წრედი, რომელიც ენერგიის მართვის საერთო ნაწილია და რომელიც მუშაობს ისე, რომ არც ისე მუდმივი აკუმულატორის ენერგია გარდაქმნას ძალიან მკაცრად რეგულირებად სისტემის ენერგიად (ალბათ სხვადასხვა ძაბვის ერთობლიობად). გაითვალისწინეთ, რომ აქ მნიშვნელოვანი ურთიერთობაა: სიმძლავრე = დენი * ძაბვა. ასე რომ, იგივე სიმძლავრის შესანარჩუნებლად, ძაბვის ვარდნისას, ჩემს წრედს მეტი დენის მოხმარება უწევს.

ყველა აკუმულატორს აქვს მცირე შიდა წინააღმდეგობა და კიდევ ერთი ურთიერთობის გამო, რომელსაც ოჰმის კანონი ეწოდება, თქვენ იცით, რომ აკუმულატორში გარკვეული ძაბვა დაეცემა. ნახაზზე Vout=V0−r∗I, სადაც I არის დენი. ამრიგად, როდესაც ჩემი V0 ეცემა და ჩემს ენერგიის მართვის წრედს იგივე სიმძლავრის მისაწოდებლად მეტი დენი უწევს მოხმარებას, აკუმულატორის გამომავალი ძაბვა კიდევ უფრო სწრაფად ეცემა. ეს ზღუდავს აკუმულატორის მაქსიმალურ გამომავალ დენს და ასევე ნიშნავს, რომ ისინი საკმაოდ სწრაფად ცდებიან, როდესაც დაღლას უახლოვდებიან.

თუმცა, კონდენსატორში გამომავალი ძაბვა, პიკური დენი და მთლიანი სიმძლავრე დროთა განმავლობაში ექსპონენციალურად ეცემა. კონდენსატორს ერთი უპირატესობა აქვს: ის ინახავს ელექტრულ მუხტს და არა გარდაქმნის მას ქიმიურ მუხტად, როგორც ეს აკუმულატორშია, ამიტომ, მიუხედავად იმისა, რომ არსებობს შიდა წინააღმდეგობა, ის ძალიან მცირეა და, როგორც წესი, შეიძლება იგნორირებული იყოს. კონდენსატორებს შეუძლიათ ძალიან, ძალიან მაღალი დენის მიწოდება მოკლე დროში.

მაგრამ ნივთის კვებისთვის ისინი პრობლემურია. გაიხსენეთ ჩემი სურვილი, რომ ჩემს ენერგიის მართვის სისტემაში მუდმივი სიმძლავრე შემენარჩუნებინა და ეს სიმძლავრე = დენი * ძაბვა. როდესაც ჩვენი ძაბვა სწრაფად ეცემა, იგივე სიმძლავრის მისაწოდებლად სწრაფად მზარდი დენით უნდა შევავსოთ იგი. ძალიან მაღალი დენი გაცილებით ძვირადღირებულ წრედს, უფრო დიდ სიმძლავრის გარდამქმნელ კომპონენტებს, უფრო მეტ სიმძლავრის დანაკარგს მიკროსქემების დაფებზე და ა.შ. ქმნის იგივე ძირითად პრობლემას, რაც აკუმულატორს აქვს დასრულებისას, მხოლოდ ეს ხდება კონდენსატორის სასარგებლო სიმძლავრის შენახვის ვადის ძალიან ადრეულ ეტაპზე. და როდესაც კონდენსატორი იწურება, პიკური დენი, მიუხედავად იმისა, რომ შედარებით მაღალია, ასევე მცირდება.

კიდევ ერთი პრობლემა ის არის, რომ თანამედროვე ულტრაკონდენსატორებს გაცილებით დაბალი სპეციფიკური ენერგია აქვთ, ვიდრე ელემენტებს. ბაზარზე არსებული საუკეთესო ულტრაკონდენსატორებს შეუძლიათ 8-10 ვტ.სთ/კგ-მდე ენერგიის გამომუშავება, უმეტესობა კი დაახლოებით 5 ვტ.სთ/კგ-ს შეადგენს. საუკეთესო ლითიუმ-იონური ელემენტები თითქმის 200 ვტ.სთ/კგ-ს გამოიმუშავებენ, ბევრი ფორმულა კი 100 ვტ.სთ/კგ-ზე მეტსაც კი აღწევს. ამიტომ, ულტრაკონდენსატორების გამოსაყენებლად დაახლოებით 20-ჯერ მეტი წონაა საჭირო. თუმცა, შესაძლოა, მეტიც, რადგან განმუხტვის გარკვეულ მომენტში, გამოყენების მიხედვით, ძაბვა იმდენად დაბლა დაეცემა, რომ მისი გამოყენება შეუძლებელია, რის შედეგადაც ენერგია გამოუყენებელი დარჩება. ასევე, ტრადიციული კონდენსატორებისგან განსხვავებით, ულტრაკონდენსატორებს ასევე აქვთ შედარებით მაღალი შიდა წინააღმდეგობა. ამიტომ, მათ არ შეუძლიათ ძაბვის დენის სანაცვლოდ დიდი რაოდენობით გაცვლა.

შემდეგ არის თვითგანმუხტვა: რამდენად სწრაფად „გაჟონავს“ ენერგია შენახვის მოწყობილობიდან. ერთადერთი NiMh ელემენტები გამძლეა, მაგრამ თვითგანმუხტვა თვეში 20-30%-მდე აღწევს. ლითიუმ-იონური ელემენტები ამ მაჩვენებელს თვეში დაახლოებით <2%-მდე ამცირებენ, კონკრეტული ლითიუმ-იონური ტექნოლოგიიდან გამომდინარე, ზოგიერთ სისტემაში კი შესაძლოა 3%-მდე, ბატარეის მონიტორინგის ხარჯებიდან გამომდინარე. დღევანდელი ულტრაკონდენსატორები პირველ თვეში 50%-მდე იკლებს დამუხტვის დონეს. შესაძლოა, ეს არ იყოს მნიშვნელოვანი მოწყობილობაში, რომელიც ყოველდღიურად იტენება, მაგრამ ეს აბსოლუტურად ზღუდავს კონდენსატორების და აკუმულატორების გამოყენების შემთხვევებს, სულ მცირე, უკეთესი დიზაინის შექმნამდე.

და რადგან ამდენი ულტრაკონდენსატორი გჭირდებათ, ულტრაკონდენსატორების ამჟამინდელი ღირებულება შეიძლება აკუმულატორების ღირებულებაზე 6-20-ჯერ მეტი იყოს. თუ თქვენს აპლიკაციას ძალიან მცირე სიმძლავრე სჭირდება, განსაკუთრებით ძალიან მოკლე მაღალი დენის ტალღების დროს, ულტრაკონდენსატორი შეიძლება იყოს ვარიანტი. წინააღმდეგ შემთხვევაში, ის აკუმულატორის შემცვლელი არ იქნება უახლოეს მომავალში.

მაღალი დენის მქონე აპლიკაციებისთვის, როგორიცაა ელექტრომობილები, ეს ჯერ კიდევ არ არის სასარგებლო, როგორც დამოუკიდებელი ვარიანტი. მიუხედავად იმისა, რომ სისტემები, რომლებიც იყენებენ როგორც ულტრაკონდენსატორებს, ასევე აკუმულატორებს, შეიძლება მიმზიდველი იყოს, რადგან მათი განსხვავებები ძალიან ავსებს ერთმანეთს, კონდენსატორის მაღალი დენის გადაცემა და ხანგრძლივი სიცოცხლის ხანგრძლივობა აკუმულატორის მაღალ სპეციფიკურ ენერგიასთან/ენერგიის სიმკვრივესთან შედარებით. და უამრავი სამუშაოა გასაკეთებელი ბევრად უკეთესი ულტრაკონდენსატორების და ბევრად უკეთესი აკუმულატორების შესაქმნელად. ასე რომ, შესაძლოა, ერთ დღეს ულტრაკონდენსატორი აკუმულატორისთვის დამახასიათებელ მეტ ფუნქციას შეასრულებს.

სტატია აღებულია: https://qr.ae/pCacU0-დან