- శక్తి సాంద్రత
- సెల్ వోల్టేజ్
- సమర్థత
- పునర్వినియోగం మరియు జీవితకాలం
- ఉత్సర్గ వోల్టేజ్ కారకం
- ఛార్జింగ్ సమయం
- ధర
- ప్రమాద కారకాలు
- సందర్భ పరిశీలన
- ముగింపు
భవిష్యత్తులో సూపర్ కెపాసిటర్లు బ్యాటరీ మార్కెట్‌ను అధిగమిస్తాయని సుదీర్ఘ చర్చ జరుగుతోంది. కొన్ని సంవత్సరాల క్రితం సూపర్ కెపాసిటర్లు అందుబాటులోకి వచ్చినప్పుడు, దాని గురించి పెద్ద ఎత్తున ప్రచారం జరిగింది మరియు వాణిజ్య ఎలక్ట్రానిక్ ఉత్పత్తులలో మరియు ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలలో కూడా బ్యాటరీలను భర్తీ చేయాలని చాలా మంది expected హించారు. కానీ, అలాంటిదేమీ జరగలేదు, ఎందుకంటే సూపర్ కెపాసిటర్లు మరియు బ్యాటరీలు రెండూ ఒకదానికొకటి పూర్తిగా భిన్నంగా ఉంటాయి మరియు వాటికి వాటి స్వంత అనువర్తనాలు ఉన్నాయి.
సరదా వాస్తవం: దాదాపు అన్ని ఆధునిక ఎయిర్‌బ్యాగ్ కంట్రోలర్‌లు సూపర్ కెపాసిటర్‌లచే శక్తిని పొందుతాయి, ఎందుకంటే బ్యాటరీలపై వేగంగా స్పందించే సమయం.
బ్యాటరీతో పోలిస్తే, సూపర్ కెపాసిటర్ లేదా అల్ట్రాకాపాసిటర్ అధిక సాంద్రత కలిగిన శక్తి వనరు లేదా స్వల్పకాలిక వ్యవధిలో భారీ కెపాసిటెన్స్‌తో నిల్వ. ఈ వ్యాసంలో, మేము సూపర్‌క్యాపాసిటర్ వర్సెస్ బ్యాటరీ (లిథియం / లీడ్ యాసిడ్) ను వివిధ పారామితులపై చర్చిస్తాము మరియు ఒక ఇంజనీర్ తన అనువర్తనాల కోసం బ్యాటరీపై సూపర్ కెపాసిటర్‌ను ఎక్కడ ఎంచుకోవాలో అర్థం చేసుకోవడానికి కేస్ స్టడీతో ముగుస్తుంది. మీరు సూపర్ కెపాసిటర్లకు క్రొత్తవారైతే, మీరు మరింత ముందుకు వెళ్ళే ముందు సూపర్ కెపాసిటర్స్ యొక్క ప్రాథమికాలను నేర్చుకోవడం చాలా మంచిది.
శక్తి సాంద్రత
సూపర్ కెపాసిటర్లు ఒకే రేటెడ్ బ్యాటరీ కంటే అధిక శక్తి సాంద్రతను కలిగి ఉంటాయి. మార్కెట్లో వివిధ రకాల బ్యాటరీలు ఉన్నప్పటికీ, ఉదాహరణకు, లిథియం-అయాన్, పాలిమర్, లీడ్-యాసిడ్ బ్యాటరీలు వేర్వేరు శక్తి సాంద్రతను కలిగి ఉంటాయి, కిలోకు 1000 Wh నుండి 2000 Wh వరకు. తయారీ ప్రక్రియను బట్టి రేటింగ్‌లు కూడా చాలా మారవచ్చు. దిగువ పోలిక చార్ట్ సూపర్ కెపాసిటర్ vs బ్యాటరీ యొక్క శక్తి సాంద్రతను చూపుతుంది.
కానీ, సూపర్ కెపాసిటర్ కోసం, శక్తి సాంద్రత కిలోకు 2500 Wh నుండి కిలోకు 45000 Wh వరకు ఉంటుంది. అదే రేటెడ్ బ్యాటరీల శక్తి సాంద్రత కంటే ఇది చాలా పెద్దది.
అధిక శక్తి సాంద్రత కారణంగా, సూపర్ కెపాసిటర్ పెద్ద పీక్ కరెంట్ అవసరమయ్యే ఉపయోగకరమైన శక్తి వనరు.
సెల్ వోల్టేజ్
వివిధ రకాల అనువర్తనాలలో, తరచుగా ఇన్పుట్ వోల్టేజ్ పెద్ద కారకం. సహజంగానే, మార్కెట్లో వివిధ రకాల వోల్టేజ్ రెగ్యులేటర్లు అందుబాటులో ఉన్నాయి, అయినప్పటికీ, రెగ్యులేటర్ అంతటా ఇన్పుట్ వోల్టేజ్ అప్లికేషన్ యొక్క ముఖ్యమైన భాగంగా మారింది. దిగువ సంఖ్య అదే సంఖ్యలో కణాల కోసం సూపర్ కెపాసిటర్ vs బ్యాటరీ యొక్క అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ చూపిస్తుంది.
ఉదాహరణకు, 7812 వంటి లీనియర్ వోల్టేజ్ రెగ్యులేటర్ ఉన్న అనువర్తనానికి కనీసం 15 వి ఇన్పుట్ అవసరం. సింగిల్-సెల్ లిథియం బ్యాటరీ 3.2 వోల్ట్‌లను అతి తక్కువ ఛార్జ్ స్థితిలో మరియు 4.2 వోల్ట్‌లను అత్యధిక ఛార్జ్ స్థితిలో అందిస్తుంది. అందువల్ల, ఇన్పుట్ వోల్టేజ్ స్పెసిఫికేషన్తో భర్తీ చేయడానికి, సిరీస్ కనెక్షన్‌లో కనీసం 5 బ్యాటరీలు అవసరం అయితే సూపర్ కెపాసిటర్ 5.5-వోల్ట్ అవుట్‌పుట్‌కు 2.5 వోల్ట్‌లను అందించగలదు. ఒక సాధారణ లిథియం బ్యాటరీ యొక్క 3.7 వితో పోలిస్తే సూపర్ కెపాసిటర్లు 5.5 వి అధిక సెల్ వోల్టేజ్ కలిగి ఉంటాయి. అందువల్ల, సూపర్ కెపాసిటర్ యొక్క ఇతర పరిమితులను విస్మరించి, సర్క్యూట్ డిజైనర్ సిరీస్‌లో మూడు 5.5 వోల్ట్ సూపర్ కెపాసిటర్లను ఎంచుకోవచ్చు. బ్యాటరీపై, ఇది నిస్సందేహంగా అంతరిక్ష పరిమితి పరిస్థితులలో సూపర్ కెపాసిటర్స్ యొక్క ప్లస్ పాయింట్ లేదా ప్రయోజనాల కోసం ఖర్చు ఆప్టిమైజేషన్.
సమర్థత
సామర్థ్యం పరంగా, సూపర్ కెపాసిటర్లు బ్యాటరీల కంటే 95% ఎక్కువ సమర్థవంతంగా పనిచేస్తాయి, ఇవి పూర్తి లోడ్ పరిస్థితులలో 60-80% సమర్థవంతంగా పనిచేస్తాయి. అధిక లోడ్‌లోని బ్యాటరీలు తక్కువ సామర్థ్యానికి దోహదం చేసే వేడిని వెదజల్లుతాయి. అలాగే, బ్యాటరీ నిర్వహణ వ్యవస్థ (BMS) ను ఉపయోగించి ఛార్జింగ్ మరియు డిశ్చార్జ్ చేసేటప్పుడు బ్యాటరీ ఉష్ణోగ్రత మరియు ఇతర పారామితులను పర్యవేక్షించాలి, అయితే సూపర్ కెపాసిటర్లలో ఇటువంటి కఠినమైన పర్యవేక్షణ వ్యవస్థలు అవసరం లేకపోవచ్చు. అల్ట్రాకాపాసిటర్ వర్సెస్ బ్యాటరీ యొక్క సామర్థ్యం క్రింది చిత్రంలో చూపబడింది. అయినప్పటికీ, సూపర్ కెపాసిటర్ ఆపరేషన్ సమయంలో నామమాత్రపు వేడిని కూడా ఉత్పత్తి చేస్తుందని గమనించాలి.
పునర్వినియోగం మరియు జీవితకాలం
బ్యాటరీ యొక్క ఆయుర్దాయం ఛార్జింగ్ మరియు ఉత్సర్గ చక్రాలపై ఎక్కువగా ఆధారపడుతుంది. లిథియం మరియు లీడ్-యాసిడ్ బ్యాటరీల విషయంలో, ఛార్జింగ్ మరియు ఉత్సర్గ సమయాలు 300 నుండి 500 చక్రాల వరకు పరిమితం చేయబడతాయి, కొన్నిసార్లు ఇది గరిష్టంగా 1000 రెట్లు ఉంటుంది. లిథియం బ్యాటరీలను ఛార్జింగ్ మరియు డిశ్చార్జ్ చేయకుండా ఆయుర్దాయం 7 సంవత్సరాల వరకు ఉంటుంది.
ఒక సూపర్ కెపాసిటర్ దాదాపు అనంతమైన ఛార్జ్ చక్రాలను కలిగి ఉంది, ఇది భారీ సంఖ్యలో ఛార్జ్ చేయబడి, విడుదల చేయబడుతుంది; ఇది 1 లక్ష నుండి 1 మిలియన్ సమయం వరకు ఉంటుంది. సూపర్ కెపాసిటర్ యొక్క జీవితకాలం కూడా ఎక్కువ. ఒక supercapacitor 10-18 సంవత్సరాల పాటు ఒక లెడ్-యాసిడ్ బ్యాటరీ చుట్టూ 3-5 సంవత్సరాలు మాత్రమే సాగుతుంది అయితే.
ఉత్సర్గ వోల్టేజ్ కారకం
బ్యాటరీ సాపేక్షంగా స్థిరమైన అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ను అందిస్తుంది. కానీ ఉత్సర్గ పరిస్థితులలో సూపర్ కెపాసిటర్ అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ తగ్గుతుంది. అందువల్ల, బ్యాటరీలను శక్తి వనరుగా ఉపయోగిస్తున్నప్పుడు, అప్లికేషన్ అవసరాలను బట్టి బక్ లేదా బూస్ట్ రెగ్యులేటర్‌ను ఉపయోగించవచ్చు, అయితే సూపర్ కెపాసిటర్‌ను ఉపయోగిస్తున్నప్పుడు, ఇన్పుట్ వోల్టేజ్ నష్టాన్ని భర్తీ చేయడానికి విస్తృత శ్రేణి బూస్ట్ కన్వర్టర్‌ను ఉపయోగించడం ప్రసిద్ధ ఎంపిక.
ఛార్జింగ్ సమయం
వేర్వేరు బ్యాటరీలు వేర్వేరు ఛార్జింగ్ అల్గారిథమ్‌లను ఉపయోగిస్తాయి. లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలను ఛార్జ్ చేయడానికి స్థిరమైన వోల్టేజ్ మరియు స్థిరమైన కరెంట్ ఛార్జింగ్ ఛార్జర్లు ఉపయోగించబడతాయి. బ్యాటరీ యొక్క ఛార్జ్ స్థితిని అలాగే ఉష్ణోగ్రతని గుర్తించడానికి ఛార్జర్‌ను ప్రత్యేకంగా కాన్ఫిగర్ చేయాలి. లీడ్-యాసిడ్ బ్యాటరీల విషయంలో ట్రికిల్ ఛార్జింగ్ పద్ధతి ఉపయోగించబడుతుంది.
మొత్తంమీద, లిథియం-అయాన్ లేదా సీసం-ఆమ్లంతో సంబంధం లేకుండా బ్యాటరీలను ఛార్జ్ చేయడానికి, పూర్తిగా ఛార్జ్ కావడానికి గంటలు పడుతుంది. Supercapacitor రాత్రి వేగంగా ఛార్జింగ్ ఉంది; పూర్తి ఛార్జ్ పొందడానికి దీనికి చాలా తక్కువ సమయం అవసరం. అందువల్ల, ఛార్జ్ సమయం చాలా తక్కువగా ఉండవలసిన అనువర్తనాల కోసం, సూపర్ కెపాసిటర్లు ఖచ్చితంగా బ్యాటరీల యొక్క అదే సామర్థ్యాన్ని గెలుచుకుంటాయి.
ధర
ఉత్పత్తి రూపకల్పన సంబంధిత సమస్యలకు ఖర్చు ఒక ముఖ్యమైన పరామితి. సూపర్ కెపాసిటర్లు బ్యాటరీలకు బదులుగా ఉపయోగించినప్పుడు ఖరీదైన ప్రత్యామ్నాయం. బ్యాటరీ యొక్క అదే సామర్థ్యంతో పోల్చినప్పుడు ఖర్చు కొన్నిసార్లు 10 రెట్లు ఎక్కువ అవుతుంది.
ప్రమాద కారకాలు
లిథియం లేదా లీడ్-యాసిడ్ బ్యాటరీలకు ఆపరేటింగ్ లేదా ఛార్జింగ్ పరిస్థితులలో ప్రత్యేక శ్రద్ధ లేదా శ్రద్ధ అవసరం. ముఖ్యంగా లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల కోసం, ఛార్జింగ్ టోపోలాజీని బ్యాటరీ అధికంగా ఛార్జ్ చేయకూడదు లేదా బ్యాటరీ వాస్తవానికి అంగీకరించే దానికంటే ఎక్కువ కరెంట్ సామర్థ్యంతో ఛార్జ్ చేయకూడదు. బ్యాటరీ అధికంగా ఛార్జ్ చేయబడినప్పుడు లేదా అధిక కరెంట్‌తో ఛార్జ్ అయినప్పుడు ఇది పేలుడు ప్రమాదాన్ని పెంచుతుంది.
ఛార్జింగ్ స్థితిలో మాత్రమే కాదు, ఉత్సర్గ పరిస్థితులలో కూడా బ్యాటరీలను జాగ్రత్తగా ఆపరేట్ చేయాలి. లోతైన ఉత్సర్గ పరిస్థితి బ్యాటరీ జీవితాన్ని దెబ్బతీస్తుంది. అందువల్ల, బ్యాటరీ ఒక నిర్దిష్ట స్థాయి ఛార్జింగ్ స్థితికి చేరుకున్న తర్వాత లోడ్ నుండి డిస్‌కనెక్ట్ చేయాలి. అలాగే, బ్యాటరీ యొక్క షార్ట్ సర్క్యూట్ ప్రమాదకరమైన పరిస్థితి.
పై ప్రమాద కారకాల పరంగా బ్యాటరీల కంటే సూపర్ కెపాసిటర్లు సురక్షితమైనవి. అయినప్పటికీ, సూపర్ కెపాసిటర్‌ను దాని రేటింగ్ కంటే ఎక్కువ వోల్టేజ్ ఉపయోగించి ఛార్జ్ చేయడం సూపర్ కెపాసిటర్లకు హానికరం. కానీ, ఒకే కెపాసిటర్ కంటే ఎక్కువ ఛార్జింగ్ చేసినప్పుడు, ఇది సంక్లిష్టమైన పని అవుతుంది.
సందర్భ పరిశీలన
1 సమాంతరంగా 10 సమాంతర LED లను వెలిగించాలనుకునే పరిస్థితిని పరిశీలిద్దాం. ఈ అనువర్తనం కోసం, ఒక సూపర్ కెపాసిటర్ లేదా లిథియం బ్యాటరీని ఉపయోగించడాన్ని ఇంజనీర్‌గా పరిగణించాలా?
LED లు 2.5v వద్ద 30mA కరెంట్‌ను డ్రా చేస్తాయని అనుకుందాం. అందువల్ల, సమాంతరంగా 10 LED ల యొక్క వాటేజ్ ఉంటుంది
2.5 వి x 0.03 x 10 = 0.75 వాట్
ఇప్పుడు, 3600 సెకన్ల 1 గంట వినియోగానికి, అవసరమైన శక్తిని ఇలా లెక్కించవచ్చు
3600 x 0.75 = 2700 జూల్స్.
మేము ఒక 10F 2.5V supercapacitor పరిగణలోకి ఉంటే, అది E = 1 / 2CV నిల్వ చేయవచ్చు 2 ఇది
½ x 10 x 2.5 2 = 31.25 జౌలేస్
అందువల్ల, ఒకే రేటింగ్‌తో సమాంతరంగా కనీసం 85 సూపర్‌కాపాసిటర్లు అవసరం. సహజంగానే ఈ నిర్దిష్ట అనువర్తనంలో బ్యాటరీ మొదటి ఎంపిక అవుతుంది. ఈ అనువర్తనం ఒక నిర్దిష్ట అనువర్తనంగా మార్చబడితే, అదే శక్తి 30 సెకన్లకు మాత్రమే అవసరమైతే, సూపర్ కెపాసిటర్ ఒక ఎంపిక కావచ్చు, ఎందుకంటే ఇది చాలా వేగంగా ఛార్జ్ చేయబడుతుంది మరియు చాలా కాలం పాటు ఉపయోగించబడుతుంది.
ముగింపు
పై పోలిక సూపర్ కెపాసిటర్లతో నిర్దిష్ట బ్యాటరీల (లిథియం లేదా లీడ్ యాసిడ్) మధ్య మాత్రమే జరుగుతుంది. అయితే, వివిధ రసాయన కూర్పులతో వేర్వేరు బ్యాటరీలు ఉన్నాయి. మరోవైపు, సజల ఎలక్ట్రోలైటిక్ సూపర్ కెపాసిటర్ లేదా అయానిక్ లిక్విడ్ సూపర్ కెపాసిటర్‌తో పాటు హైబ్రిడ్ మరియు సేంద్రీయ ఎలక్ట్రోలైటిక్ సూపర్ కెపాసిటర్లతో విభిన్న రసాయన కూర్పులతో విభిన్న సూపర్ కెపాసిటర్లు కూడా మార్కెట్లో ఉన్నాయి. వేర్వేరు కూర్పులు వేర్వేరు పని లక్షణాలు మరియు లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి.
సూపర్ కెపాసిటర్లకు అప్లికేషన్ పరంగా చాలా సానుకూల పాయింట్లు ఉన్నాయి, అప్పుడు బ్యాటరీలు. కానీ, బ్యాటరీలతో పోలిస్తే ఇది ప్రతికూల వైపులా ఉంటుంది. అందువల్ల, సూపర్ కెపాసిటర్స్ యొక్క ఉపయోగాలు అప్లికేషన్ రకంపై ఎక్కువగా ఆధారపడతాయి.