Что лучше, суперконденсатор или аккумулятор?
Аккумуляторы и аккумуляторные батареи массово применяются во всевозможных приложениях – от игрушек и портативной электроники до электромобилей. В большинстве случаев они рассчитаны на длительное питание нагрузки, т.е. способны обеспечивать продолжительную токоотдачу. Суперконденсаторы решают другие задачи: они генерируют мощные, но кратковременные импульсы энергии. Такие источники питания актуальны, если нужно ненадолго обеспечить высокую токоотдачу.
Рассмотрим подробнее, чем отличается суперконденсатор от аккумулятора, сопоставим их характеристики и сравним по наиболее важным критериям.
Сравнительная таблица
|
Критерий сравнения |
Аккумулятор (химический источник тока, ХИТ) |
Суперконденсатор (ионистор, ультраконденсатор, 2-слойный электрохимический конденсатор, EDLC) |
|
Что собой представляет, внутреннее устройство, принцип работы |
Перезаряжаемый элемент питания с катодом, анодом и электролитом. Работает благодаря протеканию окислительно-восстановительных реакций. При заряде аккумулятора электрическая энергия преобразуется в химическую и накапливается для последующего использования. При разряде выделяемая химическая энергия преобразуется в электрическую и применяется для питания нагрузки. |
Источник питания с электродами и органическим или неорганическим электролитом. Работает без окислительно-восстановительных реакций. Заряды сосредоточены в области электрического слоя между электродами и электролитом. Энергия кратковременно сохраняется в электролите и накапливается при зарядке благодаря поляризации заряженных частиц электролита. Для большего накопления электрических зарядов необходима большая площадь поверхности соприкосновения электрод/электролит. |
|
Циклический ресурс |
У большинства Li-ion аккумуляторов – 500–1000 циклов. У моделей подвида LiFePO4 – более 2000 циклов. |
До 1 000 000 циклов, но они непродолжительны. |
|
Номинальное напряжение элемента |
У большинства Li-ion ячеек – 3,6 или 3,7 В, у элементов подвида LiFePO4 – 3,2 или 3,3 В. |
2,3–2,75 В |
|
Характер выходного напряжения |
Стабильное, постоянное на протяжении всего цикла разряда. |
Нестабильное – снижается по мере разряда. |
|
Внутреннее сопротивление |
Зависит от материала катода. У высокотоковых литий-ионных аккумуляторов – до 18 мОм. |
Низкое, позволяет получать большие импульсные токи и быстро отдавать энергию. |
|
Плотность энергии |
Выше, в среднем от 120 до 240 Вт·ч/кг. |
Ниже, около 5 Вт·ч/кг. |
|
Удельная энерговооруженность (плотность мощности) |
В среднем от 1000 до 3000 Вт/кг. |
Выше – до 10 000 Вт/кг. |
|
Саморазряд |
Незначительный. |
Значительный – до 20% в день. |
|
Скорость заряда |
Ниже, процесс зарядки в обычном режиме длится несколько часов. |
Выше. Зарядка происходит за несколько секунд. Но и время разряда короткое. |
|
Диапазон рабочих температур |
В среднем от -20 до +60 °С, но лучшие рабочие характеристики достигаются при температуре от -5 до +35 °С. |
Диапазон шире – от -60 до +65 °С. |
|
Допустимая температура при зарядке |
От +1 до +45 °С. |
От -60 до +65 °С. |
|
Единица емкости |
Ампер-час (А·ч, Ah). |
Фарад (Ф, F). |
Выводы
Ионисторы и АКБ – это не взаимозаменяемые источники питания с идентичными возможностями использования. Это разные технологии и устройства, рассчитанные на решение различных задач. Суперконденсаторы способны выдавать большую мощность, но недолго, например, при запуске двигателя. Они эффективно используются в роли источников кратковременного питания. Но когда нужна стабильная токоотдача в течение длительного времени, ионистор не подойдет. В таких ситуациях необходимы аккумуляторы и собираемые из них аккумуляторные батареи.
Нередко суперконденсаторы и АКБ используют совместно в составе гибридных систем накопления энергии. В частности, такие сочетания востребованы в области солнечной и ветровой энергетики, в транспортной сфере и системах бесперебойного электропитания различных объектов.
Предыдущая статья в блоге VirtusTec.ru посвящена сравнению различных технологий аккумуляторов: AGM, GEL, Li-ion.
