קבלי-על - מכשיר, יישום מעשי, יתרונות וחסרונות

מהו קבל-על

קבלי-על או קבלי-על דומים קבלים אלקטרוליטיים רגילים, אם כי הם שונים מהאחרונים בקיבולת חשמלית גבוהה בהרבה (קבלים גדולים במיוחד). מבחינת תכונותיו, יוניסטור הוא הכלאה בין סוללה לקבל. ניתן לתאר את המכשיר שלו כקבל עם שכבה כפולה חשמלית, לא בכדי נקראים קבלי-על EDLC — Electric Double Layer Capacitor במשאבים באנגלית.

קבל כזה עובד הודות לתהליכים האלקטרוכימיים המתרחשים בו, ולא רק בגלל השדה החשמלי האגור בדיאלקטרי שבין הלוחות, כמו בקבל רגיל. אין שכבה דיאלקטרית קלאסית בין הלוחות, והלוחות עצמם עשויים מחומרים שונים בנושאי מטען מהסוג ההפוך.

עד כדי ש קיבול של הקבל עומד ביחס ישר לשטח הצלחות שלו; על מנת להשיג קיבולת גדולה, יש צורך בשטח נרחב של הצלחות. מסיבה זו האלקטרודות של קבל העל עשויות בדרך כלל מפחמן מוקצף, מה שנותן שטח משמעותי מאוד של "צלחות".

האלקטרודות מופרדות על ידי מפריד ונמצאות בחומצה מוצקה או אלקטרוליט אלקליין. המפריד מבטל קצר חשמלי בין האלקטרודות. האלקטרוליט הגבישי של רובידיום, כסף ויוד מאפשר ליצור יוניסטורים בעלי קיבולת גבוהה, פריקה עצמית נמוכה, עמידים לטמפרטורות נמוכות.

קבלים-על עם התנגדות פנימית נמוכה מתקבלים, למשל, על בסיס תמיסת חומצה גופרתית, אך מתח ההפעלה של קבלי-על כאלה מוגבל ל-1 וולט, בנוסף, פתרונות כאלה הם רעילים, ולכן הם משמשים לעתים רחוקות.

תגובה אלקטרוכימית בקבל העל גורמת לחלק מהאלקטרונים לעזוב את האלקטרודות, מה שמטעין את האלקטרודות בצורה חיובית. יונים שליליים נמשכים על ידי האלקטרוליט אל האלקטרודות הטעונות בחיוב. זה יוצר שכבה חשמלית.

כתוצאה מכך, המטען של קבל-העל מאוחסן בממשק שבין פחמן לאלקטרוליט, ועובי השכבה החשמלית הנוצרת על ידי קטיונים ואניונים הוא 1-5 ננומטר בלבד, דבר השווה למרחק קטן מאוד בין לוחות הקבלים. . זה מביא לקיבול משמעותי הנמדד בפאראדים. קבל-העל הוא קוטבי, לכן, כאשר הוא מחובר למעגל, יש צורך להקפיד על הקוטביות הנכונה.

יישום של קבלי-על

כיום, קבלי-על נמצאים לרוב בטכנולוגיה דיגיטלית כספקי כוח לגיבוי עבור מיקרו-בקרים, מעגלי זיכרון, שבבי CMOS, שעונים אלקטרוניים ועוד.

בשימוש בשילוב עם סוללות, קבלי-על יכולים גם להגביר את היעילות ולאפשר הפחתה במשקל ובגודל של סוללות, ולספק כוח נוסף במהלך עומסי שיא.

בהיותם במצב ביניים בין קבלים וסוללות, קבלי-על ניתנים ליישום בתחומים שונים: אחסון אנרגיה במערכות בלימה רגנרטיביות, יישומי הספק נמוך ויישומי טעינה מהירה (ברק, נגן, זיכרון וכו').

העתיד עשוי לכלול מכשירים אלקטרוניים ניידים, מכוניות חשמליות וכל מה שפועל היום על סוללות, עם היתרון שניתן לטעון אותם תוך דקות. קבלי-על חיוניים גם כאשר נדרשים מספר רב של מחזורי טעינה-פריקה בתנאים של צריכת חשמל לטווח קצר.

אנו מפרטים רק חלק מהתחומים של יישום מוצלח של קבלי-על כיום:

• אנרגיית רוח,
• ציוד רפואי,
• ספק כוח מיותר,
• מאגר אנרגיה,
• חידוש אנרגיית בלימה,
• מזון לאלקטרוניקה ומכשירי מטבח,
• הפעלת נוריות וחיישנים,
• זיכרון גיבוי,
• שמירה על אספקת החשמל של מנעולים אלקטרוניים,
• ייצוב מתח.

יתרונות וחסרונות

החסרונות של קבלי-על כוללים מתח הפעלה נמוך (עד 2.7 וולט לתא, מה שמוביל לצורך באיסוף קבלי-על בסוללות) ומחיר גבוה למדי בהשוואה לסוללות וקבלים.

מאפיינים חיוביים של קבלי-על: מהירות טעינה ופריקה, משאב של מאות אלפי מחזורים, ללא תחזוקה, גודל ומשקל קטן, קלות שימוש, מגוון רחב של טמפרטורות פעולה, חיי שירות ארוכים.

ראה גם: מה ההבדל בין סוללות וקבלים