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.
<tabela>
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.
Na uwagę zasługuje także 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, co pozwala uprościć konstrukcję mechaniczną urządzenia, w tym ograniczyć lub wyeliminować osłony przeciwpożarowe. Dodatkowo zawartość litu w elektrodzie jest niewielka.
Kondensatory Li-C są również wyłączone z części restrykcyjnych przepisów środowiskowych dotyczących akumulatorów. Formalnie nie są klasyfikowane jako baterie, dzięki czemu nie podlegają takim samym regulacjom w zakresie transportu, magazynowania, obrotu czy utylizacji. Mogą być także całkowicie rozładowane na czas transportu lub prac serwisowych bez ryzyka uszkodzenia.
Różnice w strategii projektowania dobrze obrazuje przykład autobusu miejskiego. Zamiast dużego akumulatora wymagającego wielogodzinnego ładowania można zastosować baterię kondensatorów Li-C o mniejszej pojemności energetycznej, 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 całego systemu w porównaniu z baterią Li-Ion. Dodatkowo niższe ryzyko pożarowe pozwala uprościć konstrukcję obudowy magazynu energii, a zaoszczędzoną przestrzeń można przeznaczyć na zwiększenie pojemności pasażerskiej pojazdu.
Szeregowe łączenie kondensatorów Li-C, podobnie jak w przypadku akumulatorów, wymaga stosowania układów balansujących napięcia pomiędzy celami. Najczęściej wykorzystywane są aktywne lub pasywne obwody wyrównujące, zapewniające bezpieczną i równomierną pracę całego modułu.
Dla większych projektów możliwe jest przygotowanie kompletnych modułów magazynowania energii opartych o kondensatory Li-C, w formie mechanicznej przypominającej klasyczny akumulator lub w dowolnym, dedykowanym kształcie dopasowanym do aplikacji.
Pojedyncze kondensatory Li-C dostępne są w wielu wykonaniach mechanicznych, w tym w obudowach osiowych, radialnych oraz pryzmatycznych przypominających cele akumulatorów litowo-jonowych.
Typowy zakres temperatur pracy wynosi od −25°C do +70°C. Napięcie znamionowe mieści się w przedziale 3,8–4,0 V (maks. impulsowe do 4,35 V), natomiast pojemności dostępne są od 1,5 F do 25 000 F, co odpowiada energii od ok. 0,002 Wh do 35 Wh.
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, wymiary fi 61 × 138 mm, a masa 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 wymiary fi 10 × 20 mm przy masie 3,2 g (17,77 Wh/kg).
