슈퍼커패시터 소개

사회와 경제가 발전함에 따라 사람들은 녹색 에너지와 생태 환경에 점점 더 많은 관심을 기울이고 있습니다. 새로운 유형의 에너지 저장 장치인 슈퍼커패시터는 대체할 수 없는 장점으로 인해 점점 더 많은 주목을 받고 있습니다. 엔지니어들은 고전력, 고효율 솔루션이 필요한 일부 설계에서 기존 배터리를 슈퍼커패시터로 교체하기 시작했습니다. 배터리 기술의 결함 리튬 이온 및 NiMH와 같은 새로운 배터리는 안정적인 에너지 저장 솔루션을 제공할 수 있으며 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 우리 모두 알고 있듯이 화학 배터리는 전기화학 반응을 통해 전하를 저장하여 패러데이 전하 이동을 일으킵니다. 수명이 짧고 온도의 영향을 크게 받습니다. 이는 납축전지(배터리) 설계자가 직면하는 어려움이기도 합니다.

동시에 높은 전류는 배터리의 수명에 직접적인 영향을 미칠 수 있으므로 긴 수명과 높은 신뢰성이 요구되는 일부 애플리케이션의 경우 이러한 화학 반응 기반 배터리는 다양한 단점을 나타냅니다. 슈퍼커패시터의 특징과 장점 슈퍼커패시터의 원리는 새로운 기술이 아니다. 일반적인 슈퍼커패시터의 대부분은 전기이중층 구조를 갖고 있다. 전해 커패시터와 비교하여 이 슈퍼커패시터는 매우 높은 에너지 밀도와 전력 밀도를 갖습니다. 기존 커패시터 및 2차 배터리에 비해 슈퍼커패시터는 일반 커패시터보다 전하 저장 용량이 더 높으며 빠른 충전 및 방전 속도, 고효율, 환경 오염 없음, 긴 사이클 수명, 넓은 작동 온도 범위 및 높은 안전성이라는 특성을 가지고 있습니다. . 빠르게 충전하고 방전할 수 있다는 것 외에도 슈퍼커패시터의 또 다른 주요 특징은 낮은 임피던스입니다. 따라서 슈퍼커패시터는 완전히 방전되면 작은 저항 특성을 나타내며, 제한이 없으면 가능한 소스 전류를 끌어당깁니다.

따라서 정전류 또는 정전압 충전기를 사용해야 합니다. 10년 전만 해도 슈퍼커패시터는 매년 극소량만 판매할 수 있었고 가격도 1패럿당 1~2달러 정도로 매우 비쌌다. 이제 슈퍼커패시터는 표준품으로 대량 공급되면서 가격도 평균 0.01달러로 대폭 인하됐다. ~$0.02/패럿. 지난 몇 년 동안 슈퍼커패시터는 가전제품, 산업, 운송 등 다양한 응용 분야에 진출하기 시작했습니다. 슈퍼커패시터의 구조 세계에는 다양한 종류의 슈퍼커패시터 제품을 제공할 수 있는 슈퍼커패시터 제조업체가 많지만 대부분의 제품은 유사한 전기 이중층 구조를 기반으로 합니다. 슈퍼커패시터의 구조는 전해커패시터의 구조와 유사하다. 매우 유사하지만 주요 차이점은 전극 재료입니다. 초기 슈퍼커패시터의 전극은 탄소로 만들어졌습니다. 탄소 전극 재료는 표면적이 크고, 정전 용량은 표면적과 전극 사이의 거리에 따라 달라집니다. 매우 클 수 있으며 대부분의 슈퍼커패시터는 패럿 수준일 수 있으며 일반적인 정전 용량 범위는 1 ~ 5000F입니다. 슈퍼커패시터 사용 슈퍼커패시터는 다양한 용도로 사용됩니다. 연료전지와 같은 고에너지 밀도 물질과 결합된 슈퍼커패시터는 빠른 에너지 방출을 제공하여 높은 전력 수요를 충족할 수 있어 연료전지를 에너지원으로만 사용할 수 있습니다. 현재 슈퍼커패시터의 에너지 밀도는 20kW/kg에 달해 기존 커패시터와 배터리 사이의 시장 부분을 장악하기 시작했습니다.

높은 신뢰성이 필요하지만 에너지 요구 사항이 낮은 응용 분야에서는 슈퍼커패시터를 배터리 교체에 사용할 수 있으며, 에너지 요구 사항이 높은 응용 분야에서는 슈퍼커패시터와 배터리를 결합하여 더 작은 크기를 사용할 수 있습니다. , 더 경제적인 배터리. 슈퍼커패시터는 ESR 값이 매우 낮기 때문에 큰 전류를 공급하고 큰 전류를 빠르게 싱크할 수 있습니다. 화학적 충전 원리와 비교하여 슈퍼커패시터의 작동 원리는 이 제품의 성능을 더욱 안정적으로 만들어 주므로 슈퍼커패시터의 서비스 수명이 더 길어집니다. 슈퍼커패시터는 전동 공구, 장난감 등 빠른 충전이 필요한 장치에 이상적인 전원입니다. 일부 제품은 하이브리드 배터리/슈퍼커패시터 시스템에 적합합니다. 슈퍼커패시터를 사용하면 더 많은 에너지를 얻기 위해 부피가 큰 배터리의 사용을 피할 수 있습니다. 예를 들어 가전제품에 사용되는 디지털 카메라는 슈퍼커패시터를 사용하여 값비싼 리튬 이온 배터리 대신 저렴한 알카라인 배터리를 디지털 카메라에 사용할 수 있게 해줍니다. 슈퍼커패시터 셀(셀)의 정격 전압 범위는 2.5~2.7V이므로 많은 애플리케이션에서는 여러 개의 슈퍼커패시터 셀을 사용해야 합니다. 이러한 셀을 직렬로 연결할 때 설계 엔지니어는 셀 간의 균형과 충전을 고려해야 합니다. 모든 슈퍼커패시터는 전원이 공급될 때 내부 병렬 저항을 통해 방전됩니다. 이 방전 전류를 누설 전류라고 하며 이는 슈퍼커패시터 유닛의 자체 방전에 영향을 미칩니다.

일부 2차 배터리 기술과 마찬가지로 슈퍼커패시터의 전압은 누설 전류가 있기 때문에 직렬로 사용할 때 균형을 이루어야 하며 내부 션트 저항의 크기에 따라 직렬로 연결된 슈퍼커패시터 셀 전체의 전압 분포가 결정됩니다. 슈퍼커패시터의 전압이 안정화되면 각 장치의 전압은 커패시턴스 값이 아닌 누설 전류에 따라 변경됩니다. 누설 전류가 클수록 정격 전압은 작아지고, 반대로 누설 전류가 작을수록 정격 전압은 높아집니다. 이는 누설 전류로 인해 슈퍼커패시터 셀이 방전되어 전압이 낮아지고, 이는 결국 슈퍼커패시터 셀과 직렬로 연결된 다른 셀의 전압에 영향을 미치기 때문입니다(직렬로 연결된 셀이 동일한 정전압으로 전력을 공급받는다고 가정). 누설 전류의 변화를 보상하기 위해 각 유닛 옆에 저항을 병렬로 연결하여 유닛 전체의 누설 전류를 제어하는 ​​것이 일반적인 방법입니다. 이 방법은 장치 간의 해당 병렬 저항의 변동을 효과적으로 줄입니다.

또 다른 권장 방법은 전압 변화가 있을 때 각 셀을 능동적으로 모니터링하고 서로 균형을 맞추는 능동 셀 밸런싱입니다. 이 접근 방식은 장치에 가해지는 추가 부하를 줄여 작업 효율성을 높여줍니다. 전압이 장치의 정격 전압을 초과하면 장치의 수명이 단축됩니다. 고신뢰성 슈퍼커패시터의 경우 요구되는 범위 내에서 전압을 어떻게 유지하느냐가 관건이며, 각 셀의 정격전압을 초과하지 않도록 충전전압을 제어해야 한다.