Pragniemy zwrócić uwagę na alternatywne zastosowanie kondensatorów litowo-jonowych Li-C jako zamiennika klasycznych akumulatorów Li-Ion w systemach magazynowania energii elektrycznej. Technologia Li-C stanowi interesujące połączenie cech superkondensatorów oraz baterii litowo-jonowych, umożliwiając projektantom urządzeń wprowadzenie nowych założeń konstrukcyjnych i użytkowych.
Kondensatory Li-C posiadają jedną z elektrod wykonaną na bazie związków grafitu i litu. Taka konstrukcja sprawia, że łączą one wysoką gęstość mocy oraz bardzo długą żywotność cykliczną, charakterystyczną dla kondensatorów typu Supercap (EDLC), z wyższą gęstością energii znaną z technologii Li-Ion.
| Parametr | Supercap (EDLC) | Kondensatory Li-C | Akumulatory Li-Ion |
| Napięcie | 2,3–3,0 V | 3,8–4,2 V | 3,7–4,2 V |
| Maks. prąd ładowania | ok. 1000C | ok. 100C | 0,5–1C (typowo) |
| Liczba cykli ładowania | >500 000 | 50 000–500 000 | ok. 1000 |
| Samorozładowanie | >30% / 2000 h | <5% / 2500 h | <5% / 2500 h |
| Bezpieczeństwo | wysokie | wysokie | zależne od aplikacji |
| Gęstość energii | 5–8,5 Wh/kg | 40–90 Wh/kg | 150–250 Wh/kg |
Zastosowanie kondensatorów Li-C w miejsce akumulatorów Li-Ion umożliwia zmianę wielu założeń projektowych, szczególnie w aplikacjach wymagających wysokiej mocy, krótkiego czasu ładowania oraz długiej żywotności.
Przede wszystkim kondensatory Li-C mogą być ładowane prądem wielokrotnie wyższym niż akumulatory litowo-jonowe. W praktyce oznacza to możliwość skrócenia czasu ładowania nawet stukrotnie, co ma kluczowe znaczenie w systemach pracujących cyklicznie lub wymagających częstego doładowywania.
Istotną przewagą jest również bardzo duża liczba cykli pracy, wynosząca od 50 000 do nawet 500 000 cykli, co znacząco wydłuża żywotność systemu magazynowania energii i redukuje koszty serwisowe.
Wysoki dopuszczalny prąd ładowania w technologii Li-C pozwala na znaczne skrócenie czasu ładowania w porównaniu do akumulatorów Li-Ion. Jednocześnie kondensatory te zachowują stabilność parametrów przez dziesiątki, a nawet setki tysięcy cykli, co czyni je idealnym rozwiązaniem w aplikacjach o intensywnym użytkowaniu.
Na uwagę zasługuje wysoki poziom bezpieczeństwa. W przypadku przekroczenia parametrów pracy lub oddziaływania ognia kondensator Li-C zachowuje się podobnie do kondensatora elektrolitycznego, a nie jak akumulator Li-Ion. Zmniejsza to ryzyko pożaru oraz jego rozprzestrzeniania się.
Dzięki temu możliwe jest uproszczenie konstrukcji mechanicznej urządzenia, w tym ograniczenie lub eliminacja osłon przeciwpożarowych. Dodatkowo zawartość litu w elektrodzie jest niewielka.
Kondensatory Li-C nie podlegają również tak restrykcyjnym przepisom środowiskowym jak akumulatory. Mogą być całkowicie rozładowane na czas transportu lub prac serwisowych bez ryzyka uszkodzenia.
Zastosowanie kondensatorów Li-C pozwala na zmianę filozofii projektowania systemów zasilania – zamiast magazynowania dużej ilości energii i rzadkiego ładowania, możliwe jest stosowanie mniejszych zasobników energii ładowanych bardzo szybko, ale częściej.
Dobrym przykładem jest autobus miejski. Zamiast dużego akumulatora wymagającego wielogodzinnego ładowania można zastosować baterię kondensatorów Li-C o mniejszej pojemności, ładowaną w ciągu kilku minut – na przykład na przystankach końcowych.
Choć ładowanie odbywa się częściej, znacznie większa liczba dopuszczalnych cykli przekłada się na dłuższą żywotność systemu. Dodatkowo uproszczona konstrukcja magazynu energii pozwala zaoszczędzić miejsce i zwiększyć przestrzeń użytkową pojazdu.
Szeregowe łączenie kondensatorów Li-C, podobnie jak w przypadku akumulatorów, wymaga stosowania układów balansujących napięcia pomiędzy celami.
W praktyce stosuje się dedykowane rozwiązania elektroniczne zapewniające równomierne rozłożenie napięć i bezpieczną pracę całego systemu. W większych projektach możliwe jest zastosowanie gotowych modułów magazynowania energii dopasowanych do konkretnej aplikacji.
Pojedyncze kondensatory Li-C dostępne są w różnych wykonaniach mechanicznych, takich jak obudowy osiowe, radialne oraz pryzmatyczne przypominające cele akumulatorów Li-Ion.
Typowy zakres temperatur pracy wynosi od -25°C do +70°C. Napięcie znamionowe mieści się w przedziale 3,8–4,0 V (maksymalnie impulsowo do 4,35 V), natomiast pojemności dostępne są od 1,5 F do 25 000 F.
Model o parametrach 4 V / 25 000 F oferuje energię 35 Wh, prąd ciągły 100 A oraz prąd impulsowy (do 3 s) 400 A. Jego rezystancja ESR wynosi 0,46 mΩ, a konstrukcja ma wymiary fi 61 × 138 mm i masę 740 g, co przekłada się na gęstość energii 47 Wh/kg.
Z kolei kompaktowy kondensator 3,8 V / 50 F zapewnia energię 0,057 Wh, prąd ciągły 1,3 A oraz impulsowy 1,8 A. ESR wynosi 0,7 Ω, a jego wymiary to fi 10 × 20 mm przy masie 3,2 g.
Jeśli są Państwo zainteresowani propozycjami kondensatorów Li-C, lub dalszymi informacjami technicznymi, zachęcamy do kontaktu pod adresem komponenty[at]jm.pl lub korzystając z formularza znajdującego się poniżej.
Jeśli jesteś zainteresowany samodzielnym zgłębianiem oferty JM elektronik, rekomendujemy założenie nieodpłatnego konta w Portalu zakupowym B2B>>
Konto w Portalu B2B umożliwia:
