A kondenzátorok számos nagyszerű tulajdonsággal rendelkeznek. Például elektromos töltésként tárolják az energiát, nem pedig kémiai energiaként. Ez jellemzően szinte azonnali töltési időket és nagyon magas csúcskimeneti áramot tesz lehetővé. Több százezer töltési-kisütési ciklust is kibírnak, szemben a teljes ciklusú akkumulátorok több száz ciklusával. Akkor mi a probléma?
Egy akkumulátor viszonylag állandó feszültséget biztosít hosszú élettartamon keresztül. Az eszköztől függően teljesítményproblémák adódhatnak a lemerüléshez közeli állapotban. Az okostelefonok például energiatakarékos módba kapcsolnak. Ez nem csak azért van, hogy egy kicsit tovább működjenek, hanem azért is, hogy elkerüljük a figyelmeztetés nélküli azonnali leállásokat.
Amint láthatod, a feszültség csökken, ahogy az akkumulátor közel kerül a lemerüléshez. A telefonodban van egy teljesítményátalakító áramkör, az energiagazdálkodás része, amely a nem túl állandó akkumulátorteljesítményt egy nagyon szigorúan szabályozott rendszerenergiává alakítja (valószínűleg egy csomó különböző feszültségből). Figyeld meg, hogy itt van egy fontos összefüggés: teljesítmény=áram∗feszültség. Tehát ahhoz, hogy ugyanazt a teljesítményt tartsam, ahogy a feszültség csökken, az áramkörömnek több áramot kell felvennie.
Minden akkumulátornak van egy kis belső ellenállása, és egy másik összefüggés, az Ohm törvénye miatt tudjuk, hogy lesz némi feszültségesés az akkumulátorban. A rajzon a Vout=V0−r∗I, ahol I az áramerősség. Így, ahogy a V0 csökken, és az energiagazdálkodási áramkörömnek több áramot kell felvennie ugyanazon teljesítmény leadásához, az akkumulátor kimeneti feszültsége még gyorsabban csökken. Ez korlátozta az akkumulátor maximális áramkimenetét, és azt is jelenti, hogy elég gyorsan lemerülnek, amikor közel van a lemerüléshez.
De a kondenzátor kimeneti feszültsége, csúcsárama és összteljesítménye idővel exponenciálisan csökken. A kondenzátornak van egy előnye: elektromos töltést tárol, ahelyett, hogy kémiai töltéssel alakítaná át az elektromos töltést, mint egy akkumulátor, így bár van belső ellenállás, az kicsi, és általában figyelmen kívül hagyható. A kondenzátorok rövid ideig nagyon-nagyon nagy áramot tudnak leadni.
De egy dolog áramellátásához problémásak. Emlékezzünk vissza arra, hogy állandó energiát szerettem volna biztosítani az energiagazdálkodási rendszeremben, és hogy teljesítmény = áram * feszültség. Ahogy a feszültségünk gyorsan csökken, gyorsan növekvő árammal kell pótolnunk, hogy ugyanazt a teljesítményt biztosítsuk. A nagyon nagy áramok sokkal drágább áramkört, nagyobb teljesítményátalakító alkatrészeket, nagyobb teljesítményveszteséget eredményeznek az áramköri lapokon stb... ugyanaz az alapvető probléma, mint az akkumulátornak a vége felé, csak ez a kondenzátor hasznos energiatárolási élettartamának nagyon korán kezd el jelentkezni. És ahogy a kondenzátor lemerül, a csúcsáram, bár még viszonylag magas, szintén csökken.
A másik probléma az, hogy a modern ultrakondenzátorok sokkal alacsonyabb fajlagos energiával rendelkeznek, mint az akkumulátorok. A piacon kapható legjobb ultrakondenzátorok 8-10 Wh/kg-ot tudnak leadni, a legtöbbjük inkább 5 Wh/kg körül van. A legjobb lítium-ion akkumulátorok közel 200 Wh/kg-ot adnak le, sok kiszerelés elérheti a 100 Wh/kg feletti értéket. Tehát körülbelül 20-szor akkora súlyra van szükség az ultrakondenzátorok használatához. De esetleg többre is, mivel a kisülés során egy bizonyos ponton, az alkalmazástól függően, a feszültség túl alacsonyra esik ahhoz, hogy használható legyen, így az energia fel nem használódik. Ezenkívül a hagyományosabb kondenzátorokkal ellentétben az ultrakondenzátorok viszonylag magas belső ellenállással is rendelkeznek. Tehát nem feltétlenül tudják támogatni a feszültség áramra való nagymértékű cseréjét.
Aztán ott van az önkisülés: milyen gyorsan „szivárog” az energia egy tárolóeszközből. Az egyetlen NiMh cella strapabíró, de az önkisülés akár havi 20–30%-ot is elérhet. A lítium-ion cellák ezt a mennyiséget havi <2%-ra csökkentik, az adott lítium-ion technológiától függően, egyes rendszerekben akár 3%-ra is, az akkumulátor-felügyeleti terheléstől függően. A mai ultrakondenzátorok akár 50%-os töltöttségi szintjüket is elveszíthetik az első hónapban. Ez talán nem számít egy olyan eszköznél, amelyet naponta töltenek, de abszolút korlátozza a kondenzátorok és az akkumulátorok felhasználási lehetőségeit, legalábbis addig, amíg jobb terveket nem készítenek.
És mivel ilyen sok ultrakondenzátorra van szükség, az ultrakondenzátorok jelenlegi ára 6-20-szorosa lehet az akkumulátorok árának. Ha az alkalmazásnak nagyon kis teljesítményre van szüksége, különösen nagyon rövid, nagy áramlökések esetén, az ultrakondenzátor lehet a megoldás. Ellenkező esetben a közeljövőben nem fog akkumulátor-helyettesítővé válni.
Nagy áramerősségű alkalmazásoknál, mint például az elektromos autóknál, önálló megoldásként még nem igazán érdemes megfontolni. Bár az ultrakondenzátorokat és akkumulátorokat egyaránt használó rendszerek vonzóak lehetnek, mivel különbségeik nagyon kiegészítik egymást, a kondenzátor nagy áramáteresztése és hosszú élettartama az akkumulátor nagy fajlagos energia/energiasűrűségével szemben. És rengeteg munka folyik a sokkal jobb ultrakondenzátorok, valamint a sokkal jobb akkumulátorok létrehozásán. Tehát talán egy napon az ultrakondenzátor több tipikus akkumulátorfeladatot is átvesz.
Cikk innen: https://qr.ae/pCacU0
Közzététel ideje: 2026. január 6.