The principle, classification and formula of Farad capacitor!

Конденсатор Фарада: также известен как суперконденсатор или электрический двухслойный конденсатор.

A Конденсатор Фарад , также известный как суперконденсатор или электрический двухслойный конденсатор , является электрохимическое устройство хранения энергии основанный на принципе электростатическое хранение энергии . По сравнению с традиционными конденсаторами, конденсаторы Фарада имеют более высокая плотность энергии и плотность мощности , сохраняя при этом быстрые характеристики зарядки и разрядки принадлежащий Конденсатор AD8183ARU . В этой статье будет подробно рассмотрено основной принцип, классификация и соответствующие формулы конденсаторов Фарад.

Принцип

Основной принцип работы конденсатора Фарада основан на электрохимический эффект двойного слоя и эффект псевдоемкости . Когда внешнее напряжение применяется к интерфейсу между электрод и электролит , положительные и отрицательные заряды накапливаются на поверхностях двух электродов, в то время как ионы в электролите мигрировать к электроду с противоположным зарядом под действием электрическое поле , образуя плотно организованная двухслойная структура на границе раздела электрод/электролит. Поскольку этот процесс не включает в себя химические реакции, Скорость зарядки и разрядки высокая , и жизненный цикл длинный .

1. Электрическая двухслойная емкость

Этот тип емкости в основном формируется чистое разделение зарядов , и его емкость хранения энергии зависит от Площадь поверхности электрода , тип и концентрация электролита , и расстояние между двумя электродами .

2. Псевдоемкость

Это происходит на специальные электродные материалы , где хранение заряда улучшается за счет быстрые поверхностные окислительно-восстановительные реакции или процессы адсорбции/десорбции , тем самым улучшение емкостных характеристик .

Классификация

Конденсаторы Фарад можно классифицировать несколькими способами на основе различных стандартов.:

1. Классификация по материалу электрода

• Конденсаторы на основе углерода : Наиболее часто используемые электродные материалы, такие как активированный уголь, углеродные нанотрубки и графен , особенность низкая стоимость и хорошая стабильность .

• Металлооксидные конденсаторы : Такой как оксид рутения (RuO₂) и диоксид марганца (MnO₂) , которые улучшают емкость увеличение шероховатости поверхности электрода .

• Конденсаторы из проводящего полимера : Такой как полипиррол и политиофен , которые используют окислительно-восстановительная реакция полимеров для увеличения емкости.

2. Классификация по электролиту

• Конденсаторы с жидким электролитом : Использовать органические растворы или водные растворы как электролит, обеспечивая более высокая плотность энергии но требуя специальная герметизация и контроль температуры .

• Твердоэлектролитные конденсаторы : Использовать гелеобразные или твердые электролиты , улучшение безопасность и уменьшение тока утечки , что делает их пригодными для высокотемпературные или экстремальные условия .

• Гибридные электролитические конденсаторы : Объединить жидкие и твердые электролиты , стремясь к баланс производительности и безопасности .

3. Классификация по структуре

• Электрические двухслойные конденсаторы (EDLC) : наиболее фундаментальный тип , напрямую используя электрохимический двухслойный для хранения энергии.

• Псевдоконденсаторы : Сохраняйте дополнительную энергию с помощью поверхностные окислительно-восстановительные реакции электродных материалов, предлагая более высокая плотность энергии .

• Гибридные суперконденсаторы : Объединить электрические двухслойные конденсаторы и псевдоконденсаторы , стремясь к достичь оптимального баланса между плотность энергии и плотность мощности .

Формулы

The основные параметры и формулы расчета для конденсаторов Фарада включают:

1. Емкость (С)

Емкость, измеренная в Фарады (Ф) , представляет собой способность хранить один кулон заряда под один вольт напряжения . Емкость Конденсаторы Фарад значительно больше, чем у обычных конденсаторов, и обычно находится в диапазоне от фарад в тысячи фарад .

C=I×тδVC = \frac{I \times t}{\Delta V} C =δ V I× т ​

Где:

• $I$ = Ток зарядки

• $т$ = Время зарядки

• $\delta V$ = Изменение напряжения

2. Плотность энергии (E)

Плотность энергии, измеренная в Ватт-часы на килограмм (Вт-ч/кг) , представляет собой количество энергии, запасенной на единицу массы конденсатора.

E=12×C×V2E = \frac{1}{2} \times C \times V^2 E = 21 ​ × C× V 2

Где:

• $C$ = Емкость

• $V$ = Рабочее напряжение

3. Плотность мощности (P)

Плотность мощности, измеренная в ватт на килограмм (Вт/кг) , представляет собой максимальная выходная мощность на единицу массы конденсатора.

P=EtP = \frac{E}{t} P = т E ​

Или, выражаясь непосредственно в терминах ток и напряжение :

$$P=I\times V$$

4. Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR)

СОЭ влияет эффективность зарядки/разрядки и управление температурным режимом , измеренный в Ом (ω) .

ESR=δVIESR = \frac{\Delta V}{I} ESR = Iδ V ​

Где:

• $\delta V$ = Падение напряжения, измеренное во время разряда постоянным током

• $I$ = Ток при разряде