Tek katmanlı Ultrakapasitörlerde yüksek dielektrik sabitin önemi

Dielektrik, elektrik alanı tarafından polarize edilebilen herhangi bir elektrik yalıtkandır. Bir elektrik alanının etkisi altında, pozitif yüklerin alanla uyumlu olması için dielektrikteki yük dağılımı değişir.

Güneş paneli enerji toplama kurulmuş bir teknolojidir. Ancak, fiyatlar son on yılda büyük ölçüde düşmüş olsa da, büyümesini engelleyen çeşitli zorluklar vardır. Bunlardan biri, rüzgar ve güneş enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının değişkenliği ile başa çıkmak için kötü donanımlı ızgara altyapısı, ve diğer depolama olduğunu. Piller, elektrolitik kapasitörler ve mekanik depolama sistemleri gibi çeşitli depolama çözümleri mevcut olmakla birlikte, bunların hepsinin eksiklikleri vardır.

Burada katı hal tek katmanlı enerji depolama cihazları (SSESD) yeni bir gelişme nasıl bir çözüm sunuyor bakacağız. SSESD 16 milyon sırada bir dielektrik sabiti ile yüksek izin dielektrik içerir.

Dielektrik

Dielektrik, elektrik alanı tarafından polarize edilebilen herhangi bir elektrik yalıtkandır. Bir elektrik alanının etkisi altında, pozitif yüklerin alanla uyumlu olması için dielektrikteki yük dağılımı değişir. Üç ana kutuplaşma mekanizması şunlardır:

  • Pozitif iyonların alanla aktığı ve negatif iyonların alana doğru aktığı iyonik polarizasyon
  • Dielektrik kalıcı dipol momentli malzemeler içerdiği oryantasyonel polarizasyon, diğer bir deyişle moleküllerin düzensiz bir yük dağılımına sahip
  • Arayüz polarizasyonu, malzeme içindeki ücretsiz mobil yüklerin dielektrik/elektrot arabirimine geçiş yaptığı durumlarda; pozitif yükler negatif elektrota, pozitif yükler negatif elektrota doğru hareket ettirin.

Kondansatörler

En basit haliyle, bir kondansatör iki iletken arasında sıkışmış bir dielektrik tabakadan oluşur. İletkenler arasında bir gerilim uygulamak bir elektrik alanı oluşturur. Dielektrik sabiti veya izin (K), dielektrik (Eo) olmayan alan ile dielektrik (E) ile alan arasındaki orandır.

K = Eo/E

Açıklanan tek kat kondansatörde, iletkenler arasında bir gerilim (V) uygulandığında, kondansatöre bir yük (Q) indüklenir. Gerilim ve yük arasındaki oran kondansatörün kondansatörü (C) olarak tanımlanır.  

C = Q/V

Depolanan şarj miktarı iletkenlerin alanına (A), aralarındaki ayrıma (d) ve dielektrik sabitine bağlıdır.

C = K(A/d)

Yani, aynı boyutlara sahip kondansatörler için, K değeri ne kadar yüksekse, depolanabilecek şarj miktarı da o kadar fazladır.

Yüklü bir kondansatörde depolanan potansiyel elektrik enerjisi (E), elektrotlar arasındaki voltaj (C), kondansatans (C) fonksiyonudur. Şarj ederek yapılan işe eşdeğerdir ve aşağıdakiler ile ifade edilebilir:

E = 1/2 CV2

Güç yoğunluğu

Bir kondansatörün güç yoğunluğu, belirli bir hacim için üretebileceği güç miktarıdır. Örneğin, kapasitörler pillerden çok daha hızlı enerji sağlayabildiklerinden, pillerden daha fazla güç yoğunluğuna sahiptirler. Küçük bir kondansatör, bir pilin daha yüksek enerji yoğunluğuna sahip olmasına rağmen, büyük bir pilden çok daha yüksek güç yoğunluğuna sahip olabilir. Başka bir deyişle, güç enerji kullanma oranıdır. Bir kondansatörün güç yoğunluğu genellikle gram başına veya birim hacim başına potansiyel enerji olarak ifade edilir.

Kapasitörler in çok daha hızlı güç sunabilir gibi, onlar da çok daha hızlı şarj edebilirsiniz.  Biz daha sonra güneş paneli enerji depolama ile ilgili olarak güç yoğunluğu dönecek, ama ilk olarak, biz kapasitörler diğer tür olacak, yani ultra kapasitörler.

Ultra capakitörler

Söylediğimiz gibi, dielektrik sabit ilerlemiş sayılsa, depolanabilecek şarj miktarı da o kadar fazla olur. Süper kapasitörlerin ilk nesli bir elektrolit getirerek kapasitansi arttırmaya dayanıyordu. Tipik olarak, bu ince bir dielektrik tabaka, bir elektrolit ve bir katot yatırılır bir anot oluşur. Elektrolit gerçek katot oluşturur. Polarize edildiğinde, elektrolitteki iyonlar pozitif elektrota negatif iyonlar ile çift katman oluştururlar.

Konvansiyonel kondansatörlerle karşılaştırıldığında, elektrolitik ultra kapasitörler çok daha yüksek güç yoğunluğuna sahiptir. Bir dezavantajı, ancak, onlar sadece onlar yıkmak önce düşük voltajdayabiliyorum. Ayrıca, gelişimleri üzerindeki ilerleme yavaşladı.

Tipik olarak, ultra kapasitörler bu tür elde edilebilir en yüksek güç yoğunluğu yaklaşık 15 kW / kg.

Katı hal tek katmanlı enerji depolama cihazları

Elektrolitik ultra kapasitörlerin aksine, katı hal ultra kapasitörleri elektrolitkullanmaz. Bunun yerine, son derece yüksek dielektrik sabiti olan katı bir dielektrik içerirler. Yukarıda verilen denklemlere atıfta bulunarak, kondansatörün potansiyel enerjisi dielektrik sabitle doğru orantılıdır.  Böylece, son derece yüksek güç yoğunluklarına sahip 106 kondansatör sırasına göre bir dielektrik sabiti ile süper dielektrik bir araya gelerek inşa edilebilir.

Böyle bir dielektrik geliştirdik. 16 milyonluk dielektrik sabiti şimdiye kadar bildirilen en yüksek değerdir. Tipik olarak 400 cm2'lik 6.000 tabakave 600 V'lik bir şarj gerilimi 85 kWh ve 7,78 kW/kg güç yoğunluğu sağlar.

Şarj süresi

SSESD'nin elektrolitik ultra kapasitörlere göre büyük bir avantajı şarj süresidir. Şarj süresi, kondansatörün besleme gerilimi ve eşdeğer seri direnci (ESR) tarafından yönetilir. ESR karmaşıktır ve kullanılan malzemeler ve mekanik konstrüksiyon dahil olmak üzere bir dizi faktör tarafından belirlenir. Geleneksel bir ultra kapasitörde ESR nispeten yüksektir, ancak polimer tipi ultra kapasitörler daha düşük ESR ile inşa edilebilir, ancak yine de SSESD'den önemli ölçüde daha yüksektir. Tipik şarj süreleri 1 ile 10 saniye arasında değişir.

SSESD'miz söz konusu olduğunda, şarj dielektrik/metal arabiriminde saklanır. ESR çok daha düşük ve hızlı şarj süreleri elde edilebilir. Şu anda, bir saniyeden daha az birkaç katman için şarj süreleri görüyoruz.

Güneş enerjisi

Yenilenebilir enerjinin mevcut hedefi, 2020 yılına kadar toplam enerjinin üçte birini yenilenebilir kaynaklardan elde etmektir. Gelişmiş teknolojiler geliştirilmediği sürece bu hedefin çok altında kalabiliriz.

Güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştürmek yerleşik bir teknolojidir ve güneş çiftlikleri dünya çapında yaygın bir görüş alanıdır. Elektrik enerjisine güneş ışığı dönüştürme çeşitli yolları olmakla birlikte, en yaygın güneş termik enerji santralleri ve fotovoltaik vardır.

  • Güneş termik enerji santralleri lensler ve aynalar kullanarak güneş radyasyonkonsantre ve buhar türbinleri sürücü ısı kullanın
  • Fotovoltaikler, yarı iletkenler belli bir frekanstaki fotonları emdiğinde enerjinin elektronları değerlik bandında delikler bırakarak iletim bandına kadar heyecanlandırdığı olgusundan yararlanır. Fotovoltaik hücre bir PN kavşağından oluşur, böylece elektronlar N tarafına ve P tarafına kadar olan deliklere hareket ederler. İki taraf arasında bir devre oluştuğunda, elektrik akımı akar ve bir yüke güç sağlamak için kullanılabilir.

Burada fotovoltaik ve ultra kapasitörler ve özellikle SSESD ile birlikte yenilenebilir enerji üretimi için optimum bir çözüm sağlamak üzerinde duruluyor.

Güneş enerjisi üretimiyle karşı karşıya olan zorluklar

Dünyanın büyük bir yerinde, güneş enerjisi ızgara büyük bir katkı yapabilir, ama önemli sorunlar kalır. Güneş enerjisi aralıklı; güneş parladığında güneş enerjisi Şebekeye katkıda bulunabilir, ancak bir bulut göründüğünde bu katkı önemli ölçüde azalır. Bu açma/kapama etkisi Şebeke istikrarsızlığı yol açabilir ve, bu üstesinden gelmek için, alternatif güç kaynakları genellikle güneş enerjisi seviyeleri düştüğünde tekme gereklidir.

Bunu önlemek için enerji depolama çeşit bile kaynağı dışarı gereklidir. Lityum-iyon ve kurşun asit piller, volanlar, elektrolitik kapasitörler ve ultra kapasitörler gibi çeşitli çözümler mevcuttur. Ancak, belirli enerji hususlar sadece lityum-iyon piller, volan ve ultra kapasitörler gerçekçi seçenekler olduğunu göstermektedir.

Başka bir husus ömür boyu. En az 10.000 döngü artı ve en az 10 yıllık ömür tipik bir gerekliliktir. Bu sadece volan ve ultra kapasitörler bırakarak lityum-iyon pilleri ortadan kaldırır. Volanlarla ilgili bir sorun, yeraltında inşa edilmesi ve önemli bir yatırım gerektirmesi, ultrakapasitörler ise çok daha basit bir çözümdür. Ayrıca, ultra kapasitörler hiçbir hareketli parça var ve çok az bakım gerektirir.

Güneş paneli enerji koleksiyonu için SSESD

Gösterdiğimiz gibi, yüksek dielektrik sabitlere sahip SSESD, geleneksel ultra kapasitörlere göre birçok avantaj sunar. Daha iyi güç yoğunlukları, daha yüksek şarj oranları sunar ve potansiyel maliyet avantajına sahiptir. Güneş panelleri ile entegrasyon kolaydır ve panel düzeyinde bile güneş enerjisinin aralıklı lık için acil bir çözüm sağlar.

Yorum Bırak

Sialon Seramik Ltd

Sialon Seramik Ltd ultrasonik çevre dostu enerji depolama cihazları veya 'piller' geliştirme hedefi ile kurulmuştur. Şimdi%60'ı gelişmiş, bu cihazlar elektrik enerjisinin depolanıp taşınmasında devrim yapacak. Şarj sadece 4 dakika ile, bizim pil kullanan bir elektrikli araç kadar sürücü mümkün olacak 480 kilometre kadar mevcut yavaş şarj Li-Ion piller aşan.

Merkez Ofis

  • Østerbrogade 226 st. tv.
  • DK-2100 Kopenhag
  • Kopenhag
  • Danimarka
  • CVR DK 37012807

Iletişim

10 Ağustos 2020 - Pzt
Kopenhag, DK
26°C
açık gökyüzü
açık gökyüzü
3 m/s, SE
57%
765,82 mmHg
pzt08/10tue08/11wed08/12thu08/13cum08/14
birkaç bulut
25/20°C
açık gökyüzü
23/18°C
birkaç bulut
22/17°C
birkaç bulut
23/17°C
açık gökyüzü
24/18°C
Metni kopyalama!
en_USİngilizce
fr_FRFrançais en_USİngilizce