Siêu tụ điện là gì?

Trước đây nó được gọi là tụ điện lớp kép (electric double-layer capacitor, EDLC)). Nó có thể có điện dung đến 10.000 farad ở 1,2 volt, lấp vùng trống giữa tụ hóa và pin sạc. Thông thường nó trữ năng từ 10 đến 100 lần nhiều hơn mật độ trữ năng lượng của tụ hóa thường, và phóng nạp nhanh hơn pin sạc. Về kích thước thì nó lớn hơn pin sạc cùng mức trữ năng cỡ 10 lần

Nguyên lý siêu tụ điện

Tương tự như một tụ điện bình thường, siêu tụ điện cũng có hai bản song song với diện tích lớn hơn. Nhưng sự khác biệt là, khoảng cách giữa các tấm là nhỏ. Các tấm được tạo thành từ kim loại và ngâm trong chất điện phân. Các tấm được ngăn cách bởi một lớp mỏng gọi là chất cách điện.

Khi các điện tích trái dấu được hình thành ở cả hai phía của chất cách điện, một lớp điện kép được hình thành và các tấm được tích điện. Do đó chúng được tích điện và có điện dung cao hơn. Những tụ điện này được sử dụng để cung cấp năng lượng cao và cho phép dòng tải cao với điện trở thấp. Chi phí của siêu tụ điện cao vì điện dung sạc và xả cao.

Một lớp điện kép được tạo ra khi các tấm được thay đổi và các điện tích trái dấu được hình thành ở cả hai mặt của các tấm. Do đó các siêu tụ điện còn được gọi là tụ điện hai lớp hoặc tụ điện hai lớp điện (EDLC). Khi diện tích của các bản tăng và khoảng cách giữa các bản giảm thì điện dung của tụ tăng.

Khi chúng không được sạc, tất cả các điện tích được phân phối ngẫu nhiên trong tế bào. Khi chúng được tích điện, tất cả các điện tích dương được hút vào cực âm và các điện tích âm được hút vào cực dương. Thông thường, các siêu tụ điện có sẵn với điện dung 420F, dòng sạc và xả 4-2A với nhiệt độ phòng -22 độ C.

Sự khác biệt giữa siêu tụ điện và tụ điện bình thường

• Tụ điện bình thường có vật liệu điện môi nhưng siêu tụ điện không có vật liệu điện môi.
• Các siêu tụ điện có dung dịch điện phân nhưng tụ điện bình thường không có dung dịch điện phân.
• Trong một tụ điện bình thường, các vật liệu điện môi dùng để cách điện giữa các bản hoặc điện cực. Nhưng trong siêu tụ điện, một bộ phân tách được sử dụng để cách điện giữa các điện cực.
• Công suất điện áp của siêu tụ điện rất thấp thường là 2,7V nhưng các tụ điện bình thường như tụ điện phân có sẵn có định mức điện áp rất cao.
• Điện dung của siêu tụ điện rất cao thường trên 500F.

Ưu điểm của siêu tụ điện

• Hiệu quả rất cao.
• Khả năng sạc nhanh.
• Siêu tụ điện có tuổi thọ cao hơn pin 10 đến 15 năm.
• Siêu tụ điện có thể chịu được mọi nhiệt độ trong khoảng từ -30 đến 65 độ trong khi pin có thể chịu được từ 10 đến 40 độ C.
• Các siêu tụ có trọng lượng rất nhẹ.
• Các siêu tụ điện có thể được cài đặt trong một khu vực hẹp vì nó có kích thước rất nhỏ.
• Các siêu tụ điện có phản ứng thoáng qua rất nhanh.

Nhược điểm của siêu tụ điện

• Các siêu tụ điện có năng lượng riêng rất thấp.
• Rất khó để tạo ra siêu tụ điện có công suất điện áp cao ở thời điểm hiện tại, đó là lý do tại sao hầu hết các siêu tụ điện 2.7V đều có sẵn trên thị trường.
• Thuộc tính điện áp phóng tuyến tính của chúng là một bất lợi. Đặc tính điện áp phóng tuyến tính có nghĩa là khi siêu tụ phóng 50% tổng năng lượng dự trữ, điện áp cũng giảm một nửa. Có nghĩa là nếu điện áp đầy của chúng là 2,7V thì điện áp sẽ giảm xuống còn 1,3V. Nhưng trong trường hợp pin, điện áp sẽ gần với điện áp đầy thậm chí khi pin xả 50% năng lượng.
• Giá của siêu tụ điện cao hơn pin Li-ion cùng dung lượng.
• Siêu tụ điện xả nhanh hơn pin khi không được kết nối với tải hoặc nói cách khác, đặc tính tự xả của siêu tụ là một bất lợi nữa.

Ứng dụng của siêu tụ điện

• Các siêu tụ chủ yếu được sử dụng ở những nơi cần sạc và xả rất nhanh.
• Chúng được sử dụng trong máy ảnh kỹ thuật số để nhấp nháy ánh sáng.
• Chúng được sử dụng trong xe điện và cơ cấu hãm tái sinh được sử dụng để sạc siêu tụ điện. Phanh tái tạo giúp sạc trong thời gian rất ngắn. Để khởi động điện trong hệ thống start-stop
• Chúng cũng được sử dụng trong máy khử rung tim trong ngành y tế, để gây sốc tim cho người bệnh.
• Chúng được sử dụng để cung cấp năng lượng dự phòng cho các thiết bị năng lượng thấp như các card PC, các đồng hồ đo tự động.
• Ngày nay các siêu tụ điện được sử dụng trong nhiều công cụ điện và điện tử cầm tay.

Nguồn: BKAII