superkondensaattorit

Superkondensaattorit, eli ultrakapasit, ovat energianvarastajia, jotka perustuvat sähköiseen kaksoiskalvoon elektrolyytin ja elektrodin välisessä rajapinnassa. Ne voivat lisäksi hyödyntää pienimuotoisia faradaisia reaktioita elektrodin pinnalla. Näiden yhteisvaikutus antaa erittäin suurta tehon tiheyttä ja pitkän käyttöpään, mutta energiatiheys on tyypillisesti pienempi kuin suurten paristojen.

Tyypit ja toimintaperiaate

Pääasialliset tyypit ovat elektrokeemisen kaksoiskalvon kondensaattorit (EDLC) ja pseudokondensaattorit. EDLC:t varastoivat energiaa sähköisen kaksoiskalvon muodostumisessa elektrolyytin ja elektrodin pinnan välille; niiden suoritus perustuu statiikkaan, ei merkittäviin kemiallisiin reaktioihin. Pseudokondensaattorit hyödyntävät nopeita, pinnalla tapahtuvia faradaisia reaktioita. Hybridikondensaattorit yhdistävät ominaisuuksia molempien perinteisten tyypeistä.

Ominaisuudet ja suoritus

Superkondensaattoreilla on erittäin korkea purkautumisnopeus ja erinomainen sykliperusteinen kestävyys (kymmeniä tuhansia tai jopa miljoonia lataus- ja purkukertoja). Ne tarjoavat laajan lämpötilakäytön ja nopeasti tapahtuvan varastoinnin. Energiatiheys on kuitenkin tyypillisesti alhaisempi kuin litium-ione-pakkauksilla, mikä rajoittaa käyttökohteita, joissa tarvitaan pitkäaikaista energiaa pienellä tilavuudella.

Käyttö ja materiaalit

Tyypillisiä ovat sähköajoneuvojen jarrutusenergia, tehostettu virransyöttö elektroniikkalaitteisiin, tehonsaanti tehomuuntimille sekä varmuuskäyttöjärjestelmät. Elektrodimateriaalit koostuvat usein hiilestä (aktiivinen hiili, grafiitti, graphene), kun taas elektrolyytteinä käytetään sekä vesiliuoksia että orgaanisia liuottimia tai ionisia nesteitä korkeammankesyin jännitteisiin sovelluksiin.

Hyödyt ja rajoitteet

Edut: erittäin suuri tehon tiheys, pitkä elinikä, nopea lataus ja korkea muutosten vasteaika. Rajoitteet: pienempi energiamassa suhteessa paristoihin, kustannukset tietyillä sovellusalueilla sekä jännite- ja sarjalaitteiden hallintaan liittyvät haasteet.

Historia ja turvallisuus

Kondensaattoreiden kehitys alkoi 1950–60-luvuilla, ja kaupalliset tuotteet yleistyivät 1990-luvulla. Turvallisuusvaatimukset vaihtelevat elektrolyytin mukaan; monissa tapauksissa käytetään epäorgaanisia tai ionisia nesteitä, jotka vaativat asianmukaiset venttiilit ja lämpötilanhallinnan.