Un condensatore elettrico a doppio strato è un condensatore ad alta capacità con una resistenza interna molto bassa. Immagazzina energia elettrica in un campo elettrostatico, a differenza di un normale condensatore che immagazzina energia in un campo elettrico. Un supercondensatore ha una capacità di accumulo di energia molto più elevata rispetto a un normale condensatore e può essere caricato e scaricato molto più rapidamente. Inoltre, ha una durata maggiore ed è molto meno sensibile alla temperatura. I supercondensatori sono utilizzati in una varietà di applicazioni, dall'elettronica di consumo ai veicoli elettrici.

La distanza tra i condensatori a doppio strato è molto piccola, con conseguente capacità di resistenza alla tensione molto debole, solitamente non superiore a 20 V, quindi vengono solitamente utilizzati come elementi di accumulo di energia in CC a bassa tensione o applicazioni a bassa frequenza. I condensatori a doppio strato sono ampiamente utilizzati. Possono essere utilizzate come potenza di bilanciamento della potenza per dispositivi di sollevamento, che possono fornire una grande potenza di corrente, e come potenza di avviamento del veicolo, che ha una maggiore efficienza e affidabilità di avviamento rispetto alle batterie tradizionali e può sostituire le batterie tradizionali in tutto o in parte.

Quali sono le caratteristiche di un condensatore a doppio strato?

1. Elevata densità di potenza

Può raggiungere 102-104 W/kg, che è molto superiore al livello di densità di potenza della batteria.

2. Ciclo di vita lungo

Dopo da 500.000 a 1.000.000 di cicli di carica/scarica profonda ad alta velocità in pochi secondi, le caratteristiche dei condensatori a doppio strato cambiano molto poco e la capacità e la resistenza interna diminuiscono solo dal 10% al 20%.

3. Ampio limite di temperatura di lavoro

Poiché le velocità di adsorbimento e desorbimento degli ioni nei condensatori a doppio strato non cambiano molto alle basse temperature, la variazione di capacità è molto inferiore a quella delle batterie. L'intervallo di temperatura operativa dei condensatori commerciali a doppio strato può raggiungere -40 ℃ ~ + 80 ℃.

Come funzionano i condensatori a doppio strato?

Rispetto ai condensatori elettrolitici in alluminio, i condensatori a doppio strato hanno una resistenza interna più elevata, quindi possono essere caricati direttamente senza resistenza di carico e, in caso di sovratensione, i condensatori a doppio strato apriranno il circuito senza danneggiare i dispositivi, il che è diverso dalla rottura per sovratensione dei condensatori elettrolitici in alluminio.

Allo stesso tempo, rispetto a una batteria ricaricabile, il condensatore a doppio strato può essere caricato senza limiti di corrente e il numero di cariche può essere superiore a 106 volte, quindi il condensatore a doppio strato non ha solo le caratteristiche del condensatore ma ha anche le caratteristiche della batteria, che è un nuovo tipo di componenti speciali tra batteria e condensatore.

Il principio di base è che quando si carica l'elettrodo, la carica superficiale dell'elettrodo nello stato di elettrodo polarizzato ideale attirerà gli ioni anisotropici nella soluzione elettrolitica circostante, in modo che questi ioni si attacchino alla superficie dell'elettrodo per formare una doppia carica strato, formando un condensatore a doppio strato. Poiché la distanza tra i due strati di carica è molto piccola (generalmente inferiore a 0,5 nm), unita alla speciale struttura dell'elettrodo, l'area superficiale dell'elettrodo aumenta di diecimila volte, determinando una grande capacità elettrica.

Perché è importante un doppio strato elettrico?

Il doppio strato elettrico è un fenomeno che gioca un ruolo fondamentale nel meccanismo di stabilizzazione elettrostatica dei colloidi. Le particelle colloidali acquistano carica elettrica negativa quando gli ioni caricati negativamente del mezzo di dispersione vengono adsorbiti sulla superficie delle particelle.

Quali sono gli usi di un condensatore elettrico a doppio strato?

I condensatori elettrici a doppio strato (EDLC) sono condensatori ad alta potenza e ad alta densità di energia utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni, dall'elettronica di consumo alle applicazioni industriali. Gli EDLC sono adatti per applicazioni quali il condizionamento dell'alimentazione, la raccolta di energia, l'alimentazione a impulsi e il backup della memoria e sono stati utilizzati nell'elettronica di consumo, nelle applicazioni automobilistiche, militari e mediche.

Gli EDLC sono comunemente usati nell'elettronica di consumo come computer portatili, telefoni cellulari e fotocamere digitali. Sono anche utilizzati nei veicoli elettrici come dispositivi di accumulo di energia e come fonte di alimentazione di riserva. Nelle applicazioni automobilistiche, gli EDLC vengono utilizzati per migliorare l'efficienza del carburante e ridurre le emissioni. Sono anche utilizzati in applicazioni militari come il condizionamento dell'alimentazione, l'alimentazione a impulsi e il backup della memoria. Gli EDLC sono utilizzati anche negli impianti medici e nei dispositivi medici, in quanto sono in grado di immagazzinare energia per lungo tempo e sono altamente affidabili.

Quali sono le differenze tra condensatori a doppio strato e pseudocondensatori?

La pseudocapacità, nota anche come quasi-capacità di Faraday, è la deposizione sottopotenziale di sostanze elettroattive sulla superficie dell'elettrodo o nello spazio bidimensionale o quasi bidimensionale nella fase di massa, dove il chemisorbimento, il desorbimento o l'ossidazione e la riduzione altamente reversibili si verificano reazioni che producono una capacità correlata al potenziale di carica dell'elettrodo.

La pseudocapacità può essere generata non solo sulla superficie dell'elettrodo ma anche all'interno dell'intero elettrodo, consentendo così una maggiore capacità elettrica e densità di energia rispetto alla capacità a doppio strato. Nel caso della stessa area dell'elettrodo, la pseudocapacità può essere da 10 a 100 volte superiore alla capacità del doppio strato.

I condensatori a doppio strato e gli pseudocondensatori differiscono per tre aspetti principali di seguito:

La stabilità e la conducibilità del materiale di carbonio dovrebbero essere buone e la qualità è molto superiore alla capacità perché il doppio strato utilizza la superficie del materiale, mentre questi ossidi di metalli di transizione possono utilizzare la fase di massa, ma è principalmente un valore teorico e il ciclo di vita e la molteplicità sono limitati.

I condensatori a doppio strato immagazzinano energia mediante adsorbimento di carica sulla superficie dell'elettrodo, mentre gli pseudo-condensatori immagazzinano energia mediante la reazione redox dei materiali dell'elettrodo attivo.

Il condensatore a doppio strato è diviso in un condensatore a doppio strato e uno pseudo condensatore dal meccanismo di accumulo di energia. È un nuovo tipo di dispositivo di accumulo di energia, che ha le caratteristiche di alta densità di potenza, breve tempo di ricarica, lunga durata, buone caratteristiche di temperatura, risparmio energetico e protezione ambientale verde, ecc. I condensatori a doppio strato sono ampiamente utilizzati.

Fonte: QUARKTWIN