Ultracapacitor & Supercapacitor Fre

Ultracapacitor & Supercapacitor Frequently Asked Questions

What Is An Ultracapacitor?
Electric double-layer capacitors, also known as supercapacitors, electrochemical double layer capacitors (EDLCs) or ultracapacitors are electrochemical capacitors that have an unusually high energy density when compared to common capacitors, typically several orders of magnitude greater than a high-capacity electrolytic capacitor.
The electric double-layer capacitor effect was first noticed in 1957 by General Electric engineers experimenting with devices using porous carbon electrode. It was believed that the energy was stored in the carbon pores and it exhibited "exceptionally high capacitance", although the mechanism was unknown at that time.
General Electric did not immediately follow up on this work, and the modern version of the devices was eventually developed by researchers at Standard Oil of Ohio in 1966, after they accidentally re-discovered the effect while working on experimental fuel cell designs. Their cell design used two layers of activated charcoal separated by a thin porous insulator, and this basic mechanical design remains the basis of most electric double-layer capacitors to this day. With advances made on both materials and manufacturing process, today Tecate Group PowerBurst® product show a superior advantage amongst all other ultracapacitors in the market.
Generally, capacitors are constructed with a dielectric placed between opposed electrodes, functioning as capacitors by accumulating charges in the dielectric material. In a conventional capacitor, energy is stored by the removal of charge carriers, typically electrons from one metal plate and depositing them on another. This charge separation creates a potential between the two plates, which can be harnessed in an external circuit. The total energy stored in this fashion is a combination of the number of charges stored and the potential between the plates. The former is essentially a function of size and the material properties of the plates, while the latter is limited by the dielectric breakdown between the plates. Various materials can be inserted between the plates to allow higher voltages to be stored, leading to higher energy densities for any given size. For example aluminum electrolytic and tantalum electrolytic capacitors, use an aluminum oxide film and a tantalum oxide film as the dielectric, respectively. In contrast, Electric Double Layer Capacitors do not have any dielectrics in general, but rather utilize the phenomena typically referred to as the electric double layer. In the double layer, the effective thickness of the “dielectric” is exceedingly thin, and because of the porous nature of the carbon the surface area is extremely high, which translates to a very high capacitance. Generally, when two different phases come in contact with each other, positive and negative charges are set in array at the boundary. At every interface an array of charged particles and induced charges exist. This array is known as Electric Double Layer. The high capacitance of an EDLC arises from the charge stored at the interface by changing electric field between anode and cathodes.

Figure 1: Ultracapacitor Charge Separation
However, the double layer capacitor can only withstand low voltages (typically less than 2.7V per cell), which means that electric double-layer capacitors rated for higher voltages must be made of matched series-connected individual capacitors, much like series-connected cells in higher-voltage batteries.
There are 2 types of electrolytes used by EDLC manufacturers. One is water-soluble and the other is non-water soluble. The non-water soluble electrolyte does increase the withstand voltage per cell compared to that of a water soluble electrolyte, hence producing a higher energy density. Tecate Group PowerBurst® cells are made with non-water soluble electrolytes, and feature a small size and light weight.

What Are Ultracapacitors Advantages & Challenges?
Each application needs to be evaluated based on its requirements. Below are some of the advantages and disadvantages when considering the use of EDLCs:

Advantages:
• High energy storage. Compared to conventional capacitor technologies, EDLCs possesses orders of magnitude higher energy density. This is a result of using a porous activated carbon electrode to achieve a high surface area.
• Low Equivalent Series Resistance (ESR). Compared to batteries, EDLCs have a low internal resistance, hence providing high power density capability.
• Low Temperature performance. Tecate Group PowerBurst® products, with their use of patented technology, are capable of delivering energy down to -40°C with minimal effect on efficiency.
• Fast charge/discharge. Since EDLCs achieve charging and discharging through the absorption and release of ions and coupled with its low ESR, high current charging and discharging is achievable without any damage to the parts.

Disadvantages:
• Low per cell voltage. EDLC cells have a typical voltage of 2.7V. Since, for most applications a higher voltage is needed, the cells have to be connected in series.
• Cannot be used in AC and high frequency circuits. Because of their time constant EDLCs are not suitable for use in AC or high frequency circuits.
The specifics of ultracapacitor construction are dependent on the manufacturer, and the intended application. The materials may also differ slightly between manufacturers or due to specific application requirements. The commonality among all ultracapacitors is that they consist of a positive electrode, a negative electrode, a separator between these two electrodes, and an electrolyte filling the porosities of the two electrodes and separators.


Figure 4: Internal Cell Construction

Today, in general, most manufacturers have adopted a cylindrical construction method for their EDLCs. However, there are still products in the market that use a prismatic design. Each method has its own advantages and disadvantages which may or may not affect their use in specific applications. Tecate’s PowerBurst® products use the round or cylindrical construction method. The cells are constructed from activated carbon particles, mixed with a binder and then deposited on aluminum foil. In this method, as shown in the following figure, the electrodes are wound into a jellyroll configuration very similar to an aluminum electrolytic capacitor. The electrodes have foil extensions that are then welded to the terminals to enable a current path to the outside of the capacitor.

Figure 5: Cell Construction
EDLCs share the same equivalent circuit as conventional capacitors. The first order model is represented by the circuit below. It is comprised of four ideal components. The series resistance Rs which is also referred to as the equivalent series resistance (ESR). This is the main contributor to power loss during charging and discharging of the capacitor. It is also comprised of a parallel
resistance Rp which affects the self-discharge, a capacitance C and a series inductor Ls that is normally very small as a result of the cell construction.


Figure 6: First Order Equivalent Circuit

Since Rp is always much larger than Rs it can be ignored. Also, because of the porous material used on the electrode of EDLCs, they exhibit non-ideal behavior which causes the capacitance and resistance to be distributed such that the electrical response mimics transmission line behavior. Therefore, it would be necessary to use a more general circuit, as shown in the figure 6, for representing the real electrical response.

Figure 7: Ladder Network
However, to simplify the circuit we can model the EDLC as an RC circuit. In this case the charge stored is Q=CV. The energy stored in the capacitor in Joules (watt-second) = 1/2CV2. Other useful formulas are discussed more in the sizing section.
One final note to consider in regards to EDLC, is the discharge characteristics of the cells. Unlike batteries which can discharge a fairly constant voltage, the EDLC cells act very similar to traditional capacitors and will drop their voltage as they discharge their stored energy similar to what is shown in Figure 8.


Figure 8: Ultracapacitor Discharge Curve

How Do Ultracapacitors Differ From Battery And Traditional Capacitors?

Figure 2: Ragone Plot
As can be seen in Figure 2, the Ultracapacitors reside in between conventional batteries and conventional capacitors. They are typically used in applications where batteries have a short fall when it comes to high power and life, and conventional capacitors cannot be used because of a lack of energy. EDLCs offer a high power density along with adequate energy density for most short term high power applications. Many users compare EDLCs with other energy storage devices including batteries and conventional capacitor technology. Each product has its own advantages and disadvantages compared to other technologies as can be seen from the chart below:


Figure 3: Ultracapacitors vs. Battery and Conventional Capacitors

What Is The Difference Between Power And Energy?
Power * Time = Energy
Power is the rate of using energy.



Power Density vs Energy Density


What Are The Key Applications For Ultracapacitors?
• Ultracapacitor Functions
o Secure power
 Provides reliable interim power, even if the primary source fails or fluctuates
o Energy storage
 Stores energy from low power sources, enabling support for high power loads
o Pulse power
 Supplies peak power to the load while drawing average power from the source
• User Benefits
o Reduces the size & weight of the battery / power source required
o Improves run-time & battery life, particularly at cold temperatures
o Enables more power-hungry features, being used more often
o Can remove the need for a battery & harvest energy from clean sources
o Protects against accidental power loss or fluctuations/interruptions
o Doesn’t need to be replaced like batteries (u

Kết quả (Việt) 1:

Ultracapacitor & Supercapacitor thường xuyên hỏi câu hỏi Ultracapacitor một là gì?Điện hai lớp tụ, còn được gọi là supercapacitors, tụ điện hóa lớp kép (EDLCs) hoặc ultracapacitors là tụ điện có một mật độ năng lượng cao bất thường khi so sánh với tụ điện phổ biến, thường một số đơn đặt hàng của cường độ lớn hơn một tụ điện điện phân cao năng lực.Các hiệu ứng điện hai lớp tụ điện đầu tiên nhận thấy vào năm 1957 bởi General Electric kỹ sư thử nghiệm với các thiết bị sử dụng điện cực xốp cacbon. Nó được tin rằng năng lượng được lưu trữ trong các lỗ chân lông cacbon và nó trưng bày "điện dung đặc biệt cao", mặc dù cơ chế được biết vào thời điểm đó.General Electric đã không ngay lập tức theo dõi trên này làm việc, và phiên bản hiện đại của các thiết bị cuối cùng đã được phát triển bởi nhà nghiên cứu tại tiêu chuẩn dầu của Ohio vào năm 1966, sau khi họ vô tình tái phát hiện hiệu quả trong khi làm việc trên thiết kế thử nghiệm các tế bào nhiên liệu. Thiết kế di động của họ sử dụng hai lớp của than hoạt tính cách nhau bằng một cách điện xốp mỏng, và thiết kế cơ khí cơ bản này vẫn còn cơ sở nhất đôi-lớp tụ đến ngày nay. Với những tiến bộ thực hiện trên vật liệu và quy trình sản xuất, hôm nay Tecate nhóm PowerBurst ® sản phẩm chỉ một lợi thế vượt trội trong số tất cả các ultracapacitors khác trên thị trường.Nói chung, tụ điện được xây dựng với một lưỡng điện đặt giữa điện cực phản đối, hoạt động như tụ bởi tích lũy chi phí vật liệu cách điện. Trong một tụ điện thông thường, năng lượng được lưu trữ bởi các loại bỏ của tàu sân bay phí, thường điện tử từ một tấm kim loại và ký gửi khác. Ly thân phí này tạo ra một tiềm năng giữa hai mảng, mà có thể được khai thác trong một mạch bên ngoài. Tổng số năng lượng được lưu trữ trong thời trang này là một sự kết hợp của số lượng chi phí lưu trữ và tiềm năng giữa các tấm. Trước đây là về cơ bản là một chức năng của kích thước và các tính chất vật chất của các mảng, trong khi sau này bị hạn chế bởi sự phân tích cách điện giữa các tấm. Vật liệu khác nhau có thể được chèn giữa mảng để cho phép các điện áp cao hơn để lưu trữ, dẫn đến cao mật độ năng lượng cho bất kỳ kích thước nhất định. Ví dụ: nhôm điện phân và tantali tụ điện phân, sử dụng một bộ phim nhôm ôxít và một bộ phim ôxít tantali như lưỡng điện, tương ứng. Ngược lại, lớp tụ điện đôi không có bất kỳ sự nói chung, nhưng thay vì sử dụng các hiện tượng thường được gọi là lớp kép điện. Trong lớp kép, dày "lưỡng điện", hiệu quả là cực mỏng, và bởi vì bản chất xốp các-bon diện tích bề mặt là rất cao, mà dịch để một điện dung rất cao. Nói chung, khi hai giai đoạn khác nhau tiếp xúc với nhau, tích cực và tiêu cực phí được đặt trong mảng tại biên giới. Tại mỗi giao diện một mảng của điện hạt và gây ra phí tồn tại. Mảng này được gọi là lớp kép điện. Điện dung cao của một EDLC phát sinh từ phí lưu giữ tại giao diện bằng cách thay đổi điện trường giữa cực dương và cathodes. Hình 1: Ultracapacitor phí táchTuy nhiên, lớp kép tụ có thể chỉ chịu được điện áp thấp (thường ít hơn 2.7V mỗi tế bào), có nghĩa là rằng điện hai lớp tụ xếp cho điện áp cao phải được làm phù hợp kết nối loạt cá nhân tụ, giống như loạt kết nối các tế bào trong cao hơn điện áp pin.Không có 2 các loại chất điện phân được sử dụng bởi nhà sản xuất EDLC. Một là hòa tan trong nước và các khác là phòng không nước hòa tan. Nước hòa tan chất điện phân tăng điện áp withstand mỗi tế bào so với một chất điện phân hòa tan trong nước, do đó sản xuất mật độ năng lượng cao hơn. Tế bào Tecate nhóm PowerBurst ® được thực hiện với-nước hòa tan chất điện phân, và tính năng một kích thước nhỏ và trọng lượng nhẹ. Ultracapacitors là gì thuận lợi & thách thức?Mỗi ứng dụng cần phải được đánh giá dựa trên yêu cầu của mình. Dưới đây là một số những lợi thế và bất lợi khi xem xét việc sử dụng của EDLCs:Ưu điểm:• Cao năng lượng lưu trữ. So với thông thường tụ điện công nghệ, EDLCs sở hữu các đơn đặt hàng của các cường độ cao mật độ năng lượng. Đây là một kết quả của việc sử dụng một điện cực than xốp để đạt được một diện tích bề mặt cao.• Thấp tương đương loạt kháng (ESR). So với pin, EDLCs có một sức đề kháng nội bộ thấp, do đó cung cấp công suất cao mật độ khả năng.• Hiệu suất nhiệt độ thấp. Sản phẩm Tecate nhóm PowerBurst ®, với việc sử dụng của công nghệ cấp bằng sáng chế, có khả năng cung cấp năng lượng xuống tới-40 ° C với tối thiểu tác động hiệu quả.• Nhanh chóng phí/xả. Kể từ khi EDLCs đạt được sạc và xả thông qua hấp thụ và phát hành của các ion và kết hợp với ESR thấp của nó, cao hiện tại sạc và xả có thể đạt được mà không có bất kỳ thiệt hại nào đến các bộ phận.Nhược điểm:• Thấp một tế bào điện áp. EDLC tế bào có một điện áp điển hình của 2.7V. Kể từ khi, cho hầu hết các ứng dụng một điện áp cao cần thiết, các tế bào đã được kết nối trong loạt.• Không thể được sử dụng trong các mạch AC và tần số cao. Bởi vì thời gian của họ liên tục EDLCs là không thích hợp để sử dụng trong mạch điện AC hoặc tần số cao.Các chi tiết cụ thể của ultracapacitor xây dựng được phụ thuộc vào các nhà sản xuất, và các ứng dụng dự định. Các tài liệu có thể khác nhau cũng hơi giữa các nhà sản xuất hoặc do ứng dụng cụ thể yêu cầu. Sự tương đồng trong số tất cả ultracapacitors là họ bao gồm một điện cực tích cực, điện cực tiêu cực, một tách giữa hai điện cực, và một chất điện phân làm đầy porosities của hai điện cực và tách. Hình 4: Tế bào nội bộ xây dựngHôm nay, nói chung, hầu hết các nhà sản xuất đã thông qua một phương pháp xây dựng hình trụ cho EDLCs của họ. Tuy nhiên, vẫn còn những sản phẩm trên thị trường mà sử dụng một thiết kế hình lăng trụ. Mỗi phương pháp có lợi thế và bất lợi có thể hoặc có thể không ảnh hưởng đến việc sử dụng trong các ứng dụng cụ thể. Sản phẩm PowerBurst ® của Tecate sử dụng phương pháp xây dựng tròn hoặc hình trụ. Các tế bào được xây dựng từ than hạt, trộn lẫn với một chất kết dính và sau đó gửi trên giấy nhôm. Trong phương pháp này, như minh hoạ trong hình dưới đây, các điện cực vết thương vào một cấu hình jellyroll rất giống với một tụ điện điện phân nhôm. Các điện cực có phần mở rộng của lá sau đó cũng gắn với các thiết bị đầu cuối để cho phép một đường dẫn hiện tại để bên ngoài của tụ điện. Hình 5: Di động xây dựngEDLCs chia sẻ cùng một mạch tương đương như thông thường tụ. Mẫu đơn đặt hàng đầu tiên được đại diện bởi các mạch dưới đây. Nó bao gồm bốn thành phần lý tưởng. Loạt kháng Rs cũng được gọi là tương đương loạt kháng (ESR). Điều này là đóng góp chính cho mất điện trong sạc và xả của tụ điện. Nó cũng bao gồm một song songkháng chiến Rp mà ảnh hưởng đến tự xả, một điện dung C và một cuộn cảm loạt Ls, đó là bình thường rất nhỏ là kết quả của việc xây dựng di động. Hình 6: Đầu tiên đặt hàng tương đương CircuitKể từ khi Rp là luôn luôn nhiều hơn Rs nó có thể được bỏ qua. Ngoài ra, bởi vì các vật liệu xốp được sử dụng trên các điện cực của EDLCs, họ triển lãm hành vi không lý tưởng gây điện dung và sức đề kháng để được phân phối như vậy mà các phản ứng điện bắt chước truyền dòng hành vi. Do đó, nó sẽ là cần thiết để sử dụng một mạch tổng quát hơn, như minh hoạ trong hình 6, cho đại diện cho các phản ứng thực tế điện. Hình 7: Bậc thang mạngTuy nhiên, để đơn giản hóa các mạch chúng tôi có thể mô hình EDLC như một mạch RC. Trong trường hợp này phí lưu trữ là Q = CV. Năng lượng được lưu trữ trong các tụ điện trong Joules (watt thứ hai) = 1/2CV2. Công thức hữu ích khác được thảo luận thêm trong phần định cỡ.Một lưu ý cuối cùng để xem xét trong trường hợp EDLC, là các đặc tính xả của các tế bào. Không giống như pin mà có thể xả một điện áp khá liên tục, các tế bào EDLC hành động rất tương tự như truyền thống tụ và sẽ giảm xuống điện áp của họ như họ xả của năng lượng được lưu trữ tương tự như những gì được thể hiện trong hình 8. Hình 8: Ultracapacitor xả đường cong Ultracapacitors khác nhau từ pin và truyền thống tụ như thế nào? Hình 2: Ragone âm mưuNhư có thể được nhìn thấy trong hình 2, các Ultracapacitors nằm ở giữa pin thông thường và tụ thông thường. Chúng thường được sử dụng trong các ứng dụng mà pin có một mùa thu ngắn khi nói đến quyền lực cao và cuộc sống, và tụ thông thường không thể được sử dụng vì thiếu năng lượng. EDLCs cung cấp một mật độ năng lượng cao cùng với mật độ năng lượng đầy đủ cho đặt ngắn hạn công suất cao ứng dụng. Nhiều người sử dụng so sánh EDLCs với các thiết bị lưu trữ năng lượng bao gồm pin và công nghệ thông thường tụ điện. Mỗi sản phẩm có lợi thế và bất lợi so với các công nghệ khác có thể nhìn thấy từ biểu đồ dưới đây: Hình 3: Ultracapacitors vs pin và tụ thông thường Sự khác biệt giữa sức mạnh và năng lượng là gì?Điện * thời gian = năng lượngSức mạnh là tỷ lệ của việc sử dụng năng lượng. Năng lượng và mật độ vs mật độ năng lượng Các ứng dụng quan trọng cho Ultracapacitors là gì? • Ultracapacitor chức năngo an toàn điện cung cấp đáng tin cậy điện tạm thời, ngay cả khi các nguồn chính thất bại hoặc biến độngo năng lượng lưu trữ cửa hàng năng lượng từ các nguồn năng lượng thấp, cho phép hỗ trợ cho quyền lực cao tảio xung điện suất đỉnh nguồn cung cấp để tải trong khi vẽ suất trung bình từ nguồn• Người dùng lợi ícho làm giảm kích thước & trọng lượng của pin / điện nguồn yêu cầuo Improves thời gian chạy & pin cuộc sống, đặc biệt là ở nhiệt độ lạnho cho phép thêm các tính năng điện-đói, được sử dụng thường xuyên hơno có thể loại bỏ sự cần thiết cho một pin & năng lượng thu hoạch từ sạch nguồno bảo vệ chống lại bị mất do tai nạn điện hoặc biến động/gián đoạno không cần phải được thay thế như pin (u