Superkapasitor — perangkat, aplikasi praktis, kelebihan dan kekurangan

Apa itu superkapasitor

Superkapasitor atau superkapasitor menyerupai kapasitor elektrolitik biasa, meskipun berbeda dari yang terakhir dalam kapasitas listrik yang jauh lebih tinggi (kapasitor sangat besar). Berdasarkan sifatnya, ionistor adalah persilangan antara baterai dan kapasitor. Perangkatnya dapat digambarkan sebagai kapasitor dengan lapisan ganda listrik, bukan tanpa alasan superkapasitor disebut EDLC - Kapasitor Lapisan Ganda Listrik dalam sumber bahasa Inggris.

Kapasitor semacam itu bekerja berkat proses elektrokimia yang terjadi di dalamnya, dan bukan hanya karena medan listrik yang disimpan dalam dielektrik di antara pelat, seperti pada kapasitor konvensional. Tidak ada lapisan dielektrik klasik di antara pelat, dan pelat itu sendiri terbuat dari zat yang berbeda dalam pembawa muatan dari jenis yang berlawanan.

Sejauh itu kapasitansi kapasitor berbanding lurus dengan luas lempengnya; untuk mendapatkan kapasitas yang besar, perlu memiliki area pelat yang luas. Karena alasan inilah elektroda superkapasitor biasanya terbuat dari karbon berbusa, yang memberikan area «pelat» yang sangat signifikan.

Elektroda dipisahkan oleh pemisah dan berada dalam asam padat atau elektrolit basa. Pemisah menghilangkan hubungan pendek antara elektroda. Elektrolit kristal rubidium, perak, dan yodium memungkinkan untuk membuat ionistor berkapasitas tinggi, berdaya rendah, tahan terhadap suhu rendah.

Superkapasitor dengan resistansi internal rendah diperoleh, misalnya berdasarkan larutan asam sulfat, tetapi tegangan operasi superkapasitor tersebut dibatasi hingga 1 volt, selain itu, larutan semacam itu beracun, sehingga jarang digunakan.

Reaksi elektrokimia dalam superkapasitor menyebabkan sebagian elektron meninggalkan elektroda, yang mengisi elektroda secara positif. Ion negatif tertarik oleh elektrolit ke elektroda bermuatan positif. Ini membentuk lapisan listrik.

Akibatnya, muatan superkapasitor disimpan pada antarmuka antara karbon dan elektrolit, dan ketebalan lapisan listrik yang dibentuk oleh kation dan anion hanya 1-5 nm, yang setara dengan jarak yang sangat kecil antara pelat kapasitor. . Ini menghasilkan kapasitansi signifikan yang diukur dalam farad. Superkapasitor bersifat polar, oleh karena itu, ketika dihubungkan ke sirkuit, perlu diperhatikan polaritas yang benar.

Aplikasi superkapasitor

Saat ini, superkapasitor sering ditemukan dalam teknologi digital sebagai catu daya cadangan untuk mikrokontroler, sirkuit memori, chip CMOS, jam elektronik, dan lainnya.

Ketika digunakan bersamaan dengan baterai, superkapasitor juga dapat meningkatkan efisiensi dan memungkinkan pengurangan berat dan ukuran baterai, memberikan daya tambahan selama beban puncak.

Berada di posisi perantara antara kapasitor dan baterai, superkapasitor dapat diterapkan di berbagai bidang: penyimpanan energi dalam sistem pengereman regeneratif, aplikasi daya rendah, dan aplikasi pengisian cepat (petir, pemutar, memori, dll.).

Masa depan kemungkinan besar akan mencakup perangkat elektronik portabel, mobil listrik, dan apa pun yang menggunakan baterai saat ini, dengan keuntungan dapat diisi ulang dalam hitungan menit. Superkapasitor juga sangat diperlukan ketika sejumlah besar siklus pengisian daya diperlukan dalam kondisi konsumsi daya jangka pendek.

Kami hanya mencantumkan beberapa bidang penerapan superkapasitor yang berhasil saat ini:

• energi angin,
• peralatan medis,
• catu daya redundan,
• cadangan energi,
• regenerasi energi pengereman,
• makanan untuk elektronik konsumen dan peralatan dapur,
• menyalakan LED dan sensor,
• memori cadangan,
• menjaga catu daya kunci elektronik,
• stabilisasi tegangan.

Keuntungan dan kerugian

Kerugian dari superkapasitor termasuk tegangan operasi yang rendah (hingga 2,7 volt per sel, yang mengarah pada kebutuhan untuk mengumpulkan superkapasitor dalam baterai) dan harga yang agak tinggi dibandingkan dengan baterai dan kapasitor.

Karakteristik positif superkapasitor: kecepatan pengisian dan pengosongan, sumber daya ratusan ribu siklus, bebas perawatan, ukuran dan berat kecil, kemudahan penggunaan, rentang suhu pengoperasian yang luas, masa pakai yang lama.

Lihat juga: Apa perbedaan antara baterai dan kapasitor