Kapasitor mempunyai beberapa sifat yang hebat. Ia menyimpan kuasa sebagai cas elektrik dan bukannya tenaga kimia, sebagai contoh. Ini biasanya membolehkan masa cas hampir serta-merta dan arus keluaran puncak yang sangat tinggi. Ia boleh bertahan ratusan ribu kitaran cas-nyahcas, berbanding ratusan kitaran untuk bateri berkitar penuh. Jadi apakah masalahnya?
Bateri menyediakan voltan yang agak malar sepanjang hayat berguna yang panjang. Bergantung pada peranti, anda mungkin menghadapi masalah prestasi yang hampir habis. Telefon pintar, sebagai contoh, beralih kepada mod penjimatan kuasa. Ini bukan sahaja untuk memastikan ia berfungsi lebih lama, tetapi juga untuk mengelakkan penutupan serta-merta tanpa amaran.
Seperti yang anda lihat, voltan menurun apabila bateri hampir kehabisan kuasa. Dalam telefon anda, terdapat litar penukaran kuasa, sebahagian daripada pengurusan kuasa keseluruhan, yang berfungsi untuk menukar kuasa bateri yang tidak terlalu malar kepada kuasa sistem yang dikawal selia dengan ketat (mungkin sekumpulan voltan yang berbeza). Perhatikan terdapat hubungan penting di sini: kuasa=arus*voltan. Jadi untuk mengekalkan kuasa yang sama, apabila voltan menurun, litar saya perlu menarik lebih banyak arus.
Setiap bateri mempunyai sedikit rintangan dalaman, dan kerana hubungan lain, yang dipanggil Hukum Ohm, anda tahu bahawa akan terdapat sedikit voltan yang jatuh dalam bateri. Dalam lukisan, Vout=V0−r*I, di mana I ialah arus. Oleh itu, apabila V0 saya jatuh dan litar pengurusan kuasa saya perlu menarik lebih banyak arus untuk menghantar kuasa yang sama, voltan output bateri jatuh lebih cepat. Ini mengehadkan output arus maksimum bateri, dan ia juga bermakna ia putus dengan cepat apabila hampir kehabisan kuasa.
Tetapi voltan keluaran, arus puncak dan jumlah kuasa dalam kapasitor menurun secara eksponen dari semasa ke semasa. Kapasitor mempunyai satu kelebihan: ia menyimpan cas elektrik, dan bukannya menukar cas elektrik kepada cas kimia seperti dalam bateri, jadi walaupun terdapat rintangan dalaman, ia kecil dan biasanya boleh diabaikan. Kapasitor boleh memberikan arus yang sangat, sangat tinggi untuk masa yang singkat.
Tetapi untuk menguasakan sesuatu, ia menimbulkan masalah. Ingat kembali keinginan saya untuk memastikan kuasa tetap masuk ke dalam sistem pengurusan kuasa saya, dan kuasa = arus * voltan. Apabila voltan kita menurun dengan cepat, kita perlu menambahnya dengan arus yang meningkat dengan pantas untuk menghantar kuasa yang sama. Arus yang sangat tinggi menjadikan litar yang jauh lebih mahal, komponen penukaran kuasa yang lebih besar, lebih banyak kehilangan kuasa dalam papan litar, dan sebagainya… masalah asas yang sama yang dihadapi oleh bateri menjelang akhir, cuma ini mula berlaku pada awal hayat penyimpanan kuasa kapasitor. Dan apabila kapasitor berkurangan, arus puncak, walaupun masih agak tinggi, juga menurun.
Masalah lain ialah ultrakapasitor moden mempunyai tenaga tentu yang jauh lebih rendah daripada bateri. Ultrakapasitor terbaik di pasaran menguruskan 8-10 Wh/kg, kebanyakannya lebih kurang 5 Wh/kg. Bateri Li-ion terbaik memberikan hampir 200 Wh/kg, banyak formulasi boleh mencapai lebih 100 Wh/kg. Jadi anda memerlukan kira-kira 20x berat untuk menggunakan ultrakapasitor. Tetapi mungkin lebih, kerana pada satu ketika semasa nyahcas, bergantung pada aplikasi, voltan akan jatuh terlalu rendah untuk digunakan, menyebabkan kuasa tidak digunakan. Selain itu, tidak seperti kapasitor yang lebih tradisional, ultrakapasitor juga mempunyai rintangan dalaman yang agak tinggi. Jadi ia tidak semestinya dapat menyokong banyak pertukaran voltan untuk arus.
Kemudian terdapat nyahcas sendiri: betapa cepatnya kuasa "kebocoran" daripada peranti storan. Satu-satunya sel NiMh adalah lasak, tetapi nyahcas sendiri setinggi 20–30% sebulan. Sel Li-ion mengurangkannya kepada lebih kurang <2% sebulan bergantung pada teknologi Li-ion tertentu, mungkin 3% dalam sesetengah sistem bergantung pada overhed pemantauan bateri. Ultrakapasitor hari ini mengurangkan sehingga 50% cas pada bulan pertama. Itu mungkin tidak penting dalam peranti yang dicas semula setiap hari, tetapi ia benar-benar mengehadkan kes penggunaan untuk penutup berbanding bateri, sekurang-kurangnya sehingga reka bentuk yang lebih baik dicipta.
Dan kerana anda memerlukan begitu banyak, kos semasa ultrakapasitor boleh mencecah 6x-20x kos bateri. Jika aplikasi anda memerlukan output kuasa yang sangat kecil, terutamanya dengan lonjakan arus tinggi yang sangat pendek, ultracap mungkin menjadi pilihan. Jika tidak, ia tidak akan menjadi pengganti bateri dalam masa terdekat.
Untuk aplikasi arus tinggi seperti kereta elektrik, ia bukanlah pertimbangan yang berguna lagi, sebagai satu kendiri. Walaupun sistem yang menggunakan kedua-dua ultracap dan bateri boleh menjadi menarik, memandangkan perbezaannya sangat saling melengkapi, pemindahan arus tinggi dan jangka hayat penutup yang panjang berbanding tenaga tentu/ketumpatan tenaga bateri yang tinggi. Dan terdapat banyak kerja yang sedang dilakukan untuk menghasilkan ultrakapasitor yang jauh lebih baik, serta bateri yang jauh lebih baik. Jadi mungkin suatu hari nanti ultracap akan mengambil lebih banyak tugas bateri yang biasa.
artikel daripada: https://qr.ae/pCacU0
Masa siaran: 6 Jan-2026