बैटरी के बजाय सुपरकैपेसिटर: डिवाइस, फीचर तुलना, उपयोग के लाभ, समीक्षा

2024 लेखक: Erin Ralphs | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-02-19 16:09

1960 के दशक में एक उच्च विशिष्ट समाई के विचार का पता लगाया गया था, लेकिन आज अंतिम उत्पाद के प्रदर्शन गुणों के अद्वितीय संयोजन के कारण इस तकनीक में बढ़ी हुई रुचि की एक नई लहर है। आज, इस तकनीक के आधार पर, सुपरकेपसिटर और अल्ट्राकेपसिटर के विभिन्न संशोधनों का उत्पादन किया जाता है, जिन्हें अच्छी तरह से पूर्ण पावर बैटरी माना जा सकता है। नीचे दिखाए गए सुपरकेपसिटर अवधारणाएं दिखाती हैं कि परंपरागत बैटरी पैक (बैटरी) के साथ उनकी भविष्य की प्रतिस्पर्धा इतनी शानदार नहीं है।

सुपरकैपेसिटर क्या है?

संक्षेप में, यह एक अनुकूलित इलेक्ट्रोकेमिकल बैटरी है, जिसे एक कॉम्पैक्ट कैपेसिटर के रूप में बनाया गया है। यहां तक कि एक विशिष्ट. के साथ डिवाइस की सरसरी तुलना के साथ भीएक कार के लिए बैटरी, आप आकार में स्पष्ट अंतर को उजागर कर सकते हैं, और व्यवहार में, लंबे समय तक सेवा जीवन और शक्ति के रूप में लाभ भी सतह पर आएंगे। दूसरे शब्दों में, बैटरी के बजाय सुपरकेपसिटर का उपयोग किया जा सकता है, हालांकि ऊर्जा संभावित संचय के मामले में सीमाओं के कारण कुछ आरक्षणों के साथ। आयनिस्टर्स के तकनीकी विकास की अपूर्णता के कारण ऐसी बारीकियां अभी भी होती हैं, हालांकि, बैटरी की बढ़ती आवश्यकताओं के साथ बाजार के दबाव में स्थिति बदल रही है।

डिजाइन और उत्पाद डिजाइन

इस संधारित्र का आधार दो इलेक्ट्रोड से बनता है, जिसके बीच पारंपरिक रूप से इलेक्ट्रोलाइटिक माध्यम रखा जाता है। इलेक्ट्रोड के निर्माण के लिए सामग्री की संरचना में बैटरी से अंतर देखा जा सकता है, जिनमें से प्लेट झरझरा सक्रिय कार्बन के साथ लेपित होते हैं। इलेक्ट्रोलाइट के लिए, इस क्षमता में कार्बनिक और अकार्बनिक मिश्रण का उपयोग किया जा सकता है। संरचनात्मक रूप से, सुपरकैपेसिटर की संरचना में इन्सुलेशन का तकनीकी समाधान भी बाहर खड़ा है। ढांकता हुआ परत के साथ बैटरी एल्यूमीनियम प्लेटों के बजाय, आयनिक और इलेक्ट्रॉनिक चालकता के इष्टतम गुणों वाले घटकों का उपयोग किया जाता है। यदि हम बैटरी के रूप में सुपरकैपेसिटर के संभावित उपयोग की अवधारणा को जारी रखते हैं, तो झरझरा कार्बन एक इलेक्ट्रॉनिक कंडक्टर के रूप में अच्छी तरह से कार्य कर सकता है, और सल्फ्यूरिक एसिड का एक समाधान आयनिक कंडक्टर के रूप में कार्य कर सकता है। इस तरह, भारी इंसुलेटर के अतिरिक्त समावेश के बिना इलेक्ट्रोड के बीच एक इष्टतम चार्ज पृथक्करण परत प्रदान की जा सकती है।

सुपरकैपेसिटर की किस्में

आज ही से आयनिस्टर्स के विकास में कई दिशाएँ हैं। निम्न प्रकार के उपकरण सबसे अधिक ध्यान देने योग्य और आशाजनक हैं:

• डबल लेयर कैपेसिटर। मानक मॉडल, जो विद्युत प्रवाहकीय सामग्री से बने उपर्युक्त इलेक्ट्रोड का उपयोग करता है, और एक विशेष विभाजक का उपयोग इलेक्ट्रोलाइट के रूप में किया जाता है। इलेक्ट्रोड पर चार्ज पृथक्करण के परिणामस्वरूप ऊर्जा क्षमता का संचय होता है।
• स्यूडोकैपेसिटर। इस प्रकार के सुपरकैपेसिटर से बनी रिचार्जेबल बैटरी एक बहुत ही सफल समाधान हो सकती है, क्योंकि यह ऊर्जा को स्टोर करने के अधिक उन्नत तरीके प्रदान करती है। सबसे पहले, पारंपरिक बैटरी में ऊर्जा संचय की प्रक्रियाओं से जुड़े फैराडे तंत्र का सिद्धांत सक्रिय होता है। और दूसरी बात, दोहरी विद्युत परत में इलेक्ट्रोड के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन की मूल योजना भी संरक्षित है।
• हाइब्रिड कैपेसिटर। एक मध्यवर्ती अवधारणा जो बैटरी और कैपेसिटर की व्यक्तिगत सकारात्मक विशेषताओं को जोड़ती है। ऐसे उपकरण आमतौर पर मिश्रित ऑक्साइड और डोप्ड पॉलिमर से बने इलेक्ट्रोड के संयोजन का उपयोग करते हैं। इस दिशा का और विकास कार्बन वाहक और प्रवाहकीय पॉलिमर के साथ पूरक मिश्रित सामग्री के उपयोग से जुड़ा है।

मुख्य विशेषताएं

आज आयनिस्टर्स के सुस्थापित प्रदर्शन संकेतकों के बारे में बात करना मुश्किल है, क्योंकिप्रौद्योगिकी में लगातार सुधार किया जा रहा है, और विद्युत रासायनिक वर्तमान स्रोतों के सुधार के लिए समायोजित किया जा रहा है। लेकिन अगर हम सुपरकैपेसिटर की मुख्य विशेषताओं पर औसत डेटा लेते हैं, तो विशिष्ट संकेतक इस तरह दिखेंगे:

• चार्जिंग समय - 1 से 10 सेकंड
• चार्जिंग साइकिल की संख्या लगभग 1 मिलियन है, जो 30,000 घंटे के अनुरूप है।
• ब्लॉक सेल में वोल्टेज - 2.3 से 2.75 V. के बीच
• ऊर्जा की तीव्रता - मानक मान 5 Wh/kg.
• पावर - लगभग 10,000 डब्ल्यू/किग्रा.
• स्थायित्व - 15 साल तक।
• ऑपरेटिंग तापमान -40°C से 65°C.

पारंपरिक बैटरियों के साथ तुलना

मुख्य विशिष्ट पैरामीटर ऊर्जा के संचय की दर और विद्युत आवेश की वापसी की डिग्री हैं। समान आयामों वाले सुपरकैपेसिटर के पास विद्युत क्षमता की दोहरी परत के उपयोग के कारण, इलेक्ट्रोड की कार्यशील सतह का क्षेत्र बढ़ जाता है। यानी हम बैटरी और कैपेसिटर के बेहतरीन गुणों के संयोजन के बारे में बात कर सकते हैं। यदि हम बैटरी और सुपरकैपेसिटर की धाराओं के वितरण की तुलना लोड से करते हैं, तो खपत की गई धारा की मात्रा की एकरूपता आम तौर पर समान होगी, लेकिन दो सुधारों के साथ। बैटरी के संचालन के दौरान, ब्लॉक के निचले हिस्से में स्थित तत्व की ओर सबसे बड़ा वर्तमान स्थानांतरित करना संभव है, और आयनिस्टर्स के मामले में, सिद्धांत रूप में, कम वोल्टेज के कारण क्षमता कम होगी। इसके अलावा, महत्वपूर्ण अंतरों में कार्यशील संसाधन में अंतर शामिल है - सुपरकेपसिटर समय में लगभग 25-30% अधिक समय तक सेवा करते हैं, उल्लेख नहीं करने के लिएकरने योग्य कर्तव्य चक्रों की उच्च दर।

ऑपरेटिंग सुपरकैपेसिटर के लाभ

अगर हम आम तौर पर बैटरी के बजाय सुपरकैपेसिटर के उपयोग के सकारात्मक प्रभावों पर विचार करें, तो निम्नलिखित गुण सामने आएंगे:

• सुपरकैपेसिटर का उच्च ऊर्जा घनत्व उन्हें इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में अल्पकालिक शक्ति स्रोत के रूप में उपयोग करने की अनुमति देता है।
• पर्यावरण सुरक्षा। बेशक, इलेक्ट्रोकेमिकल घटकों को अभी भी डिजाइन में बरकरार रखा गया है, लेकिन उनके विषाक्त प्रभाव लगातार कम हो रहे हैं।
• नवीकरणीय स्रोतों से ऊर्जा के उपयोग की संभावना - हवा, सूरज, पानी और जमीन।
• बैटरियों के संरचनात्मक एकीकरण के अवसरों का विस्तार - उदाहरण के लिए, जटिल बिजली संयंत्रों, हाइब्रिड इलेक्ट्रिक मशीनों, हाइड्रोजन-ईंधन वाले वाहनों आदि के रखरखाव के लिए।

पारंपरिक संधारित्र के संबंध में सुपरकैपेसिटर के कुछ लाभों पर ध्यान देने योग्य है। उनमें से कुछ हैं, लेकिन ऊर्जा भंडारण के लिए एक बड़ी क्षमता मौलिक रूप से महत्वपूर्ण है। इस सूचक के अनुसार, आयनिस्टर्स के सभी संशोधन बैटरी के साथ प्रतिस्पर्धा नहीं कर सकते हैं, हालांकि, विद्युत क्षमता पैरामीटर में कैपेसिटर की तुलना में, वे आत्मविश्वास से जीतते हैं।

सुपरकैपेसिटर की सकारात्मक समीक्षा

सुपरकैपेसिटर का परीक्षण और आंशिक अनुप्रयोग आज विभिन्न उद्योगों में होता है। जैसा कि इन उपकरणों के संचालन की समीक्षा से पता चलता है, वे निर्माताओं के उच्च के बारे में बयानों की पुष्टि करते हैंविश्वसनीयता, पर्यावरण सुरक्षा और उच्च क्षमता। सुपरकैपेसिटर और बैटरियों की तुलना करने के दृष्टिकोण से विशेष रूप से महत्वपूर्ण क्या है, पूर्व भौतिक हैंडलिंग के दौरान विशेष परिस्थितियों को बनाने की इतनी मांग नहीं कर रहे हैं। यह आंशिक रूप से घटकों की समान कम विषाक्तता के कारण है, लेकिन अधिक हद तक, ऑपरेशन के एर्गोनॉमिक्स मामले की उच्च स्तर की सुरक्षा के कारण है। अर्थात्, उपयोगकर्ता को सीलबंद स्थितियों में सुपरकैपेसिटर के रखरखाव के लिए विशेष उपकरण प्रदान करने की आवश्यकता नहीं है। कम वजन और अनुकूलित आयाम भी नियमित रखरखाव कार्यों को करना आसान बनाते हैं।

सुपरकैपेसिटर की नकारात्मक समीक्षा

इस प्रकार के कैपेसिटर में कमजोरियां भी होती हैं, जो व्यवहार में भी स्पष्ट रूप से प्रकट होती हैं। विशेष रूप से, उपयोगकर्ता अपने कम ऊर्जा घनत्व, कम प्रदर्शन और हमेशा पर्याप्त वोल्टेज स्तर की ओर इशारा करते हैं, जिससे एक लक्षित उपभोक्ता इकाई की सेवा के लिए कई तत्वों का उपयोग करना आवश्यक हो जाता है। कई मायनों में, ये कमियां आज बैटरियों के बजाय सुपरकैपेसिटर के उपयोग को रोकती हैं, हालांकि, फिर से, तकनीकी विकास से इन समस्याओं को हल करने की अधिक संभावना है।

कैपेसिटर के विकास की संभावनाएं

बैटरियों के विशेषज्ञों और डेवलपर्स के अनुसार, निकट भविष्य में, हर जगह नई पीढ़ी के कैपेसिटर का उपयोग किया जाएगा। यह उपकरणों की विशिष्ट क्षमता में सक्रिय वृद्धि के कारण संभव हो जाएगा। यह इसके लायक हैसुपरकैपेसिटर की तकनीकी और संरचनात्मक विशेषताओं को जोड़ें और सुधारें, जो मुख्य रूप से आयामों और वजन से संबंधित हैं। इसी समय, आज 2.5 mW तक की शक्ति वाले आयनिस्टर्स के परीक्षण पहले से ही आयोजित किए जा रहे हैं। भविष्य में, ऐसी प्रणालियों का उपयोग परिवहन नेटवर्क, औद्योगिक सुविधाओं और आवासीय परिसरों के रखरखाव में किया जा सकता है।

निष्कर्ष

सुपरकैपेसिटर अवधारणा को उन स्थितियों में इष्टतम समाधान माना जाता है जहां लाइव चार्ज के साथ बिजली की आपूर्ति की अल्पकालिक आवश्यकता होती है। भाग में, यह विद्युत रासायनिक बैटरी के विचार के साथ एक विरोधाभास है, जो कुछ मापदंडों के साथ बिजली के दीर्घकालिक रखरखाव पर केंद्रित है। लेकिन क्या इस ऑपरेशनल फीचर को देखते हुए कार में बैटरी के बजाय सुपरकैपेसिटर का इस्तेमाल करना संभव है? उच्च स्तर की संभावना के साथ, उन्नत ऑटो चिंताएं उच्च क्षमता वाले कैपेसिटर का उपयोग करेंगी, लेकिन केवल विशेष हाइब्रिड संस्करणों में जो सुपरकैपेसिटर के सकारात्मक गुणों जैसे और पारंपरिक इलेक्ट्रोकेमिकल घटकों को जोड़ती हैं। उदाहरण के लिए, आज ऐसे समाधानों का उपयोग विद्युत रासायनिक लेड-एसिड संरचना और एक सुपरकैपेसिटर के संयोजन के रूप में किया जाता है।