Nguyên lý làm việc và ứng dụng của siêu tụ điện

Một siêu tụ điện là một thiết bị có thể lưu trữ năng lượng điện nhanh chóng và xả chậm. Chúng ta biết rằng các tụ điện bình thường như Tụ điện, Tụ gốm v.v … có thể lưu trữ năng lượng điện rất nhanh và phóng điện cũng rất nhanh nhưng siêu tụ điện thì không giống vậy.

Siêu tụ điện còn được gọi là tụ điện dung lượng cao hoặc tụ điện hai lớp điện (EDLC). Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu về siêu tụ điện, các ứng dụng, ưu điểm, nhược điểm của chúng nhé.

Siêu tụ điện là gì?

Một siêu tụ điện còn được gọi là tụ điện dung lượng cao hoặc tụ điện hai lớp có thể lưu trữ một lượng lớn năng lượng gấp gần 10 đến 100 lần năng lượng so với các tụ điện thông thường. Nó được ưa chuộng rộng rãi hơn pin vì khả năng sạc nhanh hơn và cung cấp năng lượng nhanh hơn.

Siêu tụ điện là gì
Siêu tụ điện là gì

Nó có nhiều chu kỳ sạc và xả hơn pin sạc. Chúng được phát triển trong thời hiện đại vì lợi ích công nghiệp và kinh tế.
Điện dung của tụ điện này cũng được đo bằng Fara (F). Ưu điểm chính của tụ điện này là hiệu quả và khả năng lưu trữ năng lượng cao.

Siêu tụ điện tiếng Anh là gì?

Trong tiếng Việt chúng ta, có lẽ khi nói đến siêu tụ điện thì rất nhiều người còn thấy lạ lẫm. Không biết chúng là gì? Có phải là mấy cái tụ điện thông thường trong mạch điện tử hay không?

Siêu tụ điện
Siêu tụ điện

Nhưng trong các tài liệu nước ngoài, siêu tụ điện là một thuật ngữ, một tên gọi rất phổ biến. Và chúng được gọi là Supercapacitor. Lý do vì sao mình muốn chia sẻ với các bạn biết trong tiếng Anh siêu tụ điện được gọi là gì. Mục đích để chúng ta có thêm từ ngữ để tìm kiếm tài liệu để nghiên cứu tìm hiểu về loại linh kiện hay thiết bị lưu trữ tích điện này.

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.

Nguyên lý siêu tụ điện
Nguyên lý siêu tụ điện

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.

Làm thế nào để sạc một siêu tụ điện?

Các siêu tụ điện có khả năng tự xả và chu kỳ sạc không giới hạn. Những loại tụ điện này có thể làm việc với điện áp thấp (2-3V) và có thể được kết nối nối tiếp để tạo ra điện áp cao, được sử dụng trong các thiết bị cần nguồn lớn. Nó có thể lưu trữ nhiều năng lượng hơn và giải phóng tức thời và nhanh hơn khi so sánh với pin.

Khi tụ điện này được kết nối với mạch hoặc nguồn điện áp DC, các bản là điện tích và điện tích trái dấu được hình thành ở cả hai phía của dải phân cách, tạo thành một tụ điện điện phân hai lớp.

Sạc siêu tụ điện
Sạc siêu tụ điện

Để sạc một siêu tụ điện, kết nối cực dương của nguồn điện áp với cực dương của siêu tụ điện và cực âm của nguồn điện áp được nối với cực âm của chúng.

Nếu siêu tụ điện được kết nối với nguồn điện áp 15V, thì nó sẽ sạc tới 15V. Khi điện áp được tăng lên quá điện áp ngưỡng, thì chúng có thể bị hỏng. Vì vậy, điện trở được kết nối nối tiếp với nguồn điện áp và tụ điện để giảm dòng điện chạy qua tụ điện và nó không bị hỏng.

Nguồn cung cấp dòng không đổi và nguồn cung cấp điện áp giới hạn phù hợp với siêu tụ điện. Khi điện áp tăng dần, lượng dòng điện chạy qua tụ thay đổi. Trong chế độ sạc đầy, dòng giảm theo mặc định.

So sánh siêu tụ điện với pin

Pin được sử dụng rộng rãi với dung lượng cụ thể, cũng có mật độ năng lượng tốt hơn. Các siêu tụ điện là các tụ điện dung lượng cao với mật độ năng lượng cao. Khi so sánh với pin, siêu tụ điện có khả năng sạc nhanh, có thể xử lý nhiệt độ thấp, độ tin cậy cao và trở kháng thấp.

Siêu tụ điện và pin
Siêu tụ điện và pin

Chi phí của pin thấp trong khi chi phí của siêu tụ điện cao. Các siêu tụ điện có khả năng tự xả. Trong pin, điện áp hoạt động xác định chế độ sạc và xả. Trong một siêu tụ điện, điện áp cho phép phụ thuộc vào loại vật liệu điện môi được sử dụng giữa các bản. Và cũng là chất điện phân trong tụ điện có thể làm tăng điện dung.

Pin có các dạng như pin axit-chì, Ni-MH, Li-Po, Li-ion, LMP, … Các siêu tụ điện có sẵn với chất điện phân hữu cơ, chất điện phân nước, chất lỏng ion,… Pin được sử dụng để lưu trữ một lượng lớn năng lượng và siêu tụ điện được sử dụng để cung cấp mật độ năng lượng cao.

Sự khác biệt giữa siêu tụ điện và tụ điện bình thường là gì?

Có một vài điểm khác biệt giữa siêu tụ điện và tụ điện thông thường như:

– 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.

– Tốc độ sạc và xả của tụ điện bình thường rất nhanh. Nhưng trong trường hợp siêu tụ điện, tốc độ sạc rất nhanh nhưng tốc độ xả chậm.

– 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

Các siêu tụ điện có nhiều lợi thế như:

– Hiệu quả rất cao.

– Khả năng sạc nhanh.

– Siêu tụ điện có tuổi thọ cao hơn pin 10 đến 15 năm.

Cung cấp năng lượng cho vi mạch
Cung cấp năng lượng cho vi mạch

– 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 cũng có một số nhược điểm, chẳng hạn như:

– 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

Một số ứng dụng đáng chú ý của siêu tụ điện mà chúng ta có thể thấy như:

– 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

Ứng dụng siêu tụ điện trên xe hơi
Ứng dụng siêu tụ điện trên xe hơi

– 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.

Một số câu hỏi thường gặp về siêu tụ điện

Sau đây là một vài câu hỏi mà chúng ta thường tìm thấy trên các diễn đàn công nghệ khi thảo luận về siêu tụ điện. Các bạn cùng tham khảo nhé!

Siêu tụ điện có thể thay thế pin?

Để cung cấp mật độ năng lượng cao, và cho các mục đích sạc đơn giản và nhanh nhất, các siêu tụ điện có thể thay thế pin.

Một siêu tụ điện có thể lưu trữ bao nhiêu năng lượng?

Các siêu tụ điện lưu trữ 22,7J lượng năng lượng tối đa cho nguồn cung cấp 5,5V. Nó lưu trữ năng lượng gấp 10 – 100 lần trên mỗi đơn vị khối lượng hoặc thể tích khi so sánh với các tụ điện điện phân

Sự khác biệt giữa pin và siêu tụ điện là gì?

Pin được sử dụng để lưu trữ năng lượng cao và siêu tụ điện có mật độ năng lượng cao.

Ứng dụng của siêu tụ điện
Ứng dụng của siêu tụ điện

Các siêu tụ điện được sử dụng để lưu trữ và giải phóng năng lượng nhanh chóng trong khi pin lưu trữ năng lượng trong thời gian dài hơn.

Một siêu tụ điện có thể giữ điện tích trong bao lâu?

Thời gian sạc của siêu tụ điện là 1-10 giây khi so với 10-60 phút để đạt được pin sạc đầy. Nó cung cấp 10.000W/kg với chu kỳ xả sạc không giới hạn.

Tại sao không sử dụng tụ điện thay vì pin?

Tụ điện lưu trữ năng lượng điện và có hàng ngàn chu kỳ sạc-xả. Pin khi xả có dòng điện không đổi và có công suất không đổi. Trong khi điện áp Tụ điện giảm tuyến tính ở dòng điện không đổi, thì công suất cũng giảm. Vì vậy, các tụ điện không thể thay thế cho pin.

Nguồn:huphaco.vn

 


Siêu tụ điện CDA 3.8V 70F

Siêu tụ điện cao cấp nhãn hiệu CDA nhập khẩu chính hãng từ Taiwan, độ bền vượt thời gian với 100.000 lần nạp xả, tương đương tuổi thọ 30 năm. Siêu tụ điện CDA 3.8V 70F có khả năng lưu trữ năng lượng thay thế cho pin lưu trữ với ưu điểm cực bền, không bị “chai” như pin truyền thống

Dải điện áp hoạt động tương đồng với pin lithium nên có thể sử dụng các mạch sạc cho pin lithium rất thuận tiện Nhỏ gọn, kích thước chỉ 13*13mm, siêu nhẹ chỉ 3.5 gram

Cấu tạo vỏ nhôm đúc Thay thế pin lưu trữ trong các thiết bị tai nghe bluetooth

Thay thế pin lưu trữ trong thiết bị định vị GPS, báo động Sử dụng làm nguồn điện backup cho thiết bị camera hành trình, các thiết bị cần nguồn nuôi cmos

Có thể sử dụng đơn lẻ từng siêu tụ hoặc đấu song song 2 hay nhiều siêu tụ điện thay thế pin trong DIY sáng tạo mạch phát nhạc bluetooth

Sử dụng với chức năng ổn định điện áp liên tục cho các thiết bị máy phát điện dynamo mini xách tay, máy phát điện khẩn cấp cầm tay, du lịch

Làm pin lưu trữ trong thiết bị chiếu sáng bằng năng lượng mặt trời, cực kỳ hữu ích khi đèn chiếu sáng nạp xả liên tục hàng ngày, sử dụng pin thông thường sẽ nhanh “chết” do phải nạp xả liên tục hàng ngày. Siêu tụ điện thì nạp xả thoải mái bởi chu kỳ nạp xả lên đến hàng trăm ngàn lần. Ổn định dòng điện và lọc sạch tinh khiết dòng điện trong các thiết bị âm thanh xe hơi Sử dụng thay thế pin cho đồng hồ điện tử Thay thế pin trong đồ chơi trẻ em, nạp xả thoải mái, chơi thoải mái mà không lo bị “chai” như pin thông thường

THÔNG SỐ KỸ THUẬT CƠ BẢN

  • Điện dung: 70F (70.000.000 Farads)
  • Điện áp tiêu chuẩn: 3.8V Điện áp sạc đầy (full charge): 4.2V
  • Dải điện áp hoạt động: 0.8V-3.8V Năng lượng lưu trữ: 25mAh
  • Dòng xả liên tục: 10C
  • Dòng xả tức thời (max peak current – 1s): 120C
  • Dòng sạc tối đa: 500mA Dòng sạc nhanh: 1500mA
  • Kích thước (đường kính * chiều cao): 13*13mm
  • Cân nặng: 3.5 gram
  • Xuất xứ: TAIWAN

Khối Siêu tụ điện 16V 83F

Khối Siêu tụ điện 16V 83F ghép từ 06 siêu tụ điện 500F 2.7V (màu ngẫu nhiên) mật độ năng lượng cao, tích hợp MẠCH SẠC CÂN BẰNG VÀ BẢO VỆ (BMS), sử dụng khởi động xe ô tô, xe máy và các thiết bị động cơ điện, xe điện, xe nâng…

Khối Siêu tụ điện 16V 83F có khả năng phóng dòng điện lớn hàng trăm Ampe giúp khởi động xe ô tô, xe máy, xe điện rất “mượt mà”, gánh cho bình acquy của xe không phải phóng dòng lớn, giúp bình acquy bên bỉ.

Siêu tụ điện này cũng giúp cho các thiết bị trợ sáng trên xe như đèn pha công suất lớn hoạt động hoàn hảo, khả năng nạp xả cực nhanh (vài giây) giúp cho duy trì nguồn sáng công suất cao của đèn được liên tục, giảm tải cho acquy phải liên tục phóng dòng lớn để “nuôi” đèn pha công suất lớn của xe, đặc biệt với các loại đèn “độ” trên xe máy, ô tô…

Ngoài ra, khối siêu tụ điện 16V 83F cũng được sử dụng làm tụ bù năng lượng mặt trời trong các biến tần năng lượng mặt trời dự trữ hoặc tụ bù cho các tấm pin mặt trời từ 100W trở lên.

Việc đấu nối linh hoạt (song song, nối tiếp) cho phép siêu tụ tạo thành khối siêu tụ với điện áp và điện dung không giới hạn, phục vụ được mọi nhu cầu khởi động thiết bị với dòng lớn, bù công suất, lưu trữ điện năng…

THÔNG SỐ KỸ THUẬT CƠ BẢN

  • – Điện áp: 16.2V (06 siêu tụ điện 2.7V 500F mắc nối tiếp)
  • – Điện áp sạc tối đa: 16.8V
  • – Điện dung: 83F (83.000.000 Micro Farad)
  • – Dòng phóng cực đại (Max Peak Current(A)): Trên 60Ampe
  • – Nội trở: 3.1 (mΩ)
  • – Tự xả trong 72 giờ: 1.1mA
  • – Phạm vi nhiệt độ hoạt động: -25 ~ +70 C
  • – Tuổi thọ thiết kế (Life Time): 10 năm
  • – Chu kỳ nạp xả: 500.000 lần
  • – Kích thước (mm – dài*rộng*cao): 114*72*65
  • – Cân nặng: 0,6kg
  • – Nhãn hiệu: Green-CAP

Pack siêu tụ điện 12V – 16.2V 8.3F Maxwell Mỹ

Pack siêu tụ điện 12V – 16.2V 8.3F Maxwell Mỹ cao cấp (gồm 06 siêu tụ 50F Maxwell mắc nối tiếp trên bo mạch cân bằng điện áp) có khả năng phóng dòng điện 40A và sạc lại trong vòng vài giây, sử dụng khởi động xe máy và hỗ trợ xe “độ” đèn siêu sáng công suất cao. Đặc biệt hỗ trợ tốt cho xe đã độ lại bộ sạc.

SIÊU TỤ ĐIỆN MAXWELL XUẤT XỨ MỸ LÀ LOẠI SIÊU TỤ ĐIỆN CAO CẤP ĐƯỢC “SĂN ĐÓN” NHIỀU NHẤT BỞI NGƯỜI DÙNG.

Hiệu quả cao nhất của pack siêu tụ điện 16.2V 8.3F Maxwell là hỗ trợ tốt cho bình acquy đã yếu, bản thân bình acquy đề nổ khởi động xe yếu, không khởi động được hoặc khởi động khó khăn, không “mượt”. Khi đấu song song pack siêu tụ điện với bình acquy, siêu tụ điện sẽ được nạp điện (trong vòng vài giây hoặc vài chục giây) và sẵn sàng phóng điện khởi động xe khi bạn nhấn công tắc khởi động. Dòng điện tự siêu tụ điện có sức phóng tới 40A trong khoảng thời gian ngắn, gánh đến 70-90% dòng phóng của acquy, như vậy acquy chỉ cần phóng 1 lượng điện rất nhỏ hoặc thậm chí không phóng điện chút nào mà xe vẫn đề nổ mượt mà.

ƯU ĐIỂM CỦA SIÊU TỤ ĐIỆN 16.2V 8.3F MAXWELL (8.300.000 Micro Farads)

* KHẢ NĂNG LƯU TRỮ ĐIỆN CỰC LÂU, ĐỂ HÀNG THÁNG KHÔNG HẾT ĐIỆN (Tự xả rất thấp)

* Sử dụng đấu nối song song với acquy xe máy giúp cho acquy tránh phải phóng dòng điện cao khi đề nổ xe, tăng tuổi thọ acquy và khởi động tốt khi acquy đã sử dụng lâu năm.
* Giúp acquy không bị “hụt hơi” khi xe sử dụng đèn siêu sáng công suất cao. Khả năng nạp xả dòng lớn liên tục sẽ gánh cho acquy không bị phóng điện quá tải để nuôi đèn.
* Cần đấu song song với bình acquy hoặc pin sắt, pin lithium để phát huy tối đa hiệu quả của siêu tụ, pack siêu tụ không hoạt động độc lập được khi không có bình acquy hoặc pin.

Trong trường hợp khẩn cấp, có thể sử dụng hoạt động độc lập để khởi động xe (cần nạp điện cho siêu tụ từ nguồn điện bên ngoài), tuy nhiên lượng điện năng lưu trữ trên tụ rất nhỏ, chỉ 0.3Wh nên chỉ có thể khởi động xe được 1-2 lần, bật xi-nhan được 5-7 lần.

Thông số kỹ thuật cơ bản:

  • Model: SK-6S50F1L
  • Điện áp khối siêu tụ: tối đa 16.2V
  • Điện dung: 8.33F (ghép từ 06 siêu tụ điện 2.7V 50F)
  • Điện năng dự trữ: 0.3Wh
  • Dòng phóng cực đại (tức thì): 40A +-3
  • Dòng sạc khuyến khích dưới 15A. Thời gian sạc đầy siêu tụ: 10 giây với điện áp 16.2V, dòng điện 10A
  • Số lượng siêu tụ: 06 tụ 50F/2.7V mắc nối tiếp, tích hợp sẵn bảng mạch sạc cân bằng điện áp cho từng siêu tụ
  • Số lần nạp/xả: 500.000 lần (tương đương tuổi thọ trên 10 năm)
  • Kích thước khối siêu tụ: 120*20*50 (mm) (dài*rộng*cao)
  • Cân nặng: 135 (gram)