¿Por qué no podemos usar condensadores grandes en lugar de baterías?

Answer 1

muchos piensan que lo haremos, pero aún no. Los nuevos supercaps tienen fugas y pierden carga bastante rápido.

En cuanto a su ejemplo y sus números, parece que hay un poco de confusión de AC, DC, transformadores, coulombs y principios de energía.

un coulomb es un amplificador que fluye en un segundo. un farad es cuando 1 voltio está presente con 1 coulomb de carga. F = C / V, también C = FV

“230 intensificado para decir 5kv” suena como si estuviera pensando en intensificar la potencia de CA industrial estándar 230VAC. Pero aunque los condensadores tienen muchas aplicaciones de CA, el almacenamiento a largo plazo como una batería no es una de ellas. y en la medida en que pueden usarse para almacenamiento, existen restricciones como que tiene que ser CC y los valores grandes deben ser químicos electrolíticos polarizados.

Está calculando coulombs C = FV y proyecta un aumento de voltaje de 230 a 5000 como si multiplicara la carga. Y ha elegido 400F para ser el condensador que acepta la carga. Pero la industria no fabrica tales condensadores.

diferiremos cómo afectar esa carga.

un condensador de 400F 230 VDC tendría que estar compuesto de unidades disponibles, y es bastante más de $ 12. ¡y 5000 VDC lo toma supersónico! así que digamos no a 5kV por ahora. contentemos con la carga de 230VDC en 400F o 92000 coulombs.

en el catálogo de Digi-Key, la tapa más grande (tipo de potencia de tornillo de cilindro electrolítico de aluminio) más cercana a 230 V es 400V 10000 uF o 0.01 F a $ 301.00 cada uno, por lo que necesitaría 400 / .01 = 40000 de ellos por $ 12 millones.

Los supercaps son mucho más pequeños en tamaño físico, pero solo están disponibles en baja tensión. podemos obtener 400F a 2.5 VDC a $ 24. entonces para 230V necesitamos una cadena en serie de 230 / 2.5 = 92 tapas en una matriz 92 × 92 para construir un grupo de 400F 230V, para 8464 en total y $ 203136. Entonces los supercaps son más pequeños y más baratos.

El punto de todo esto es mostrar que un “Faradio” es un ENORME condensador. y en la actualidad, los condensadores de última generación no pueden reemplazar las baterías.

ahora este pequeño rompecabezas, que logra el almacenamiento en kilo-coulomb, necesita una etapa para convertir el almacenamiento nuevamente en un poder transformable útil. eso significa un inversor para obtener CA nuevamente.

Supongamos que nos quedamos con 230 VAC. Tenemos 92000 C disponibles. Alimentemos un inversor cargado de 5kVA con una eficiencia del 80%. la corriente de línea sería A = (P / V) / eff = (5000/230) /. 8 = 27.2 A. y esa corriente agotaría el almacenamiento en 92000 / 27.2 = 3382 segundos = .93 hora

Faustino solo señaló que el condensador de agotamiento tenía una caída lineal de voltaje. así que ahora tenemos que hacer que el inversor sea un tipo de conmutación inductiva para manejar eso.

Claramente, las baterías siguen siendo más baratas.

Answer 2

Estamos trabajando en ello. Los supercondensadores se pueden utilizar para el almacenamiento a corto plazo en vehículos eléctricos y sobrevivir a miles de ciclos de descarga de alta corriente. Los condensadores regulares como los que se ven en una radio son demasiado pequeños, un millón de veces demasiado pequeños, para almacenar energía comparable a una batería AA. Tengo un supercondensador más antiguo (¿2013 quizás?) Con el que estaba jugando para alimentar un LED: es del tamaño de una lata de cerveza y tiene menos energía que una celda AAA. Pero el campo se está desarrollando rápidamente: es evidente que ahora hay condensadores más pequeños con más capacidad.

de Supercapacitor carga, respaldo y balanceo

Answer 3

La respuesta inmediata a este tipo de preguntas siempre será “caballos para cursos”.

En su caso, está preguntando acerca de los dispositivos de almacenamiento de energía para los cuales E = 0.5 * C * V ^ 2
Esta ecuación surge porque, para ambos, Q = C * V

Ahora, la pregunta es, ¿estás interesado en mantener C constante o V constante?
Si usted es ingeniero electrónico y desea diseñar algún tipo de filtro de paso de banda para un amplificador, le interesa que C sea constante (un condensador); Si usted es un ingeniero eléctrico y desea suministrar energía a varios dispositivos, le interesa que V sea constante (una celda de batería).

Nadie habla nunca de eso, pero una celda de batería efectivamente tiene una capacitancia (medida en Faradios) que es casi linealmente proporcional a la cantidad de carga (medida en Coulombs, o más bien en Ampere-Hours, que son 3600 * Coulombs) son capaces de regresar de nuevo.

Answer 4

Gracias por A2A, y felicitaciones al Usuario por reconocer uno de los mejores condensadores de la historia, el Arca de la Alianza. Todavía se desconoce si en realidad había más que solo uno, pero estoy bastante seguro de que originalmente se pensó como una fuente de energía, pero se subvirtió como un arma. Ha habido algunos intentos contemporáneos de reproducirlo, pero han sido abandonados porque se volvieron demasiado peligrosos.

Antes del desarrollo reciente de los supercondensadores basados ​​en grafeno, había (sub) super-tapas circulando en los años 80. Mi máquina de escribir Brother CE-70 todavía tiene una para mantener la memoria interna. Tiene una duración aproximada de 30 días. Como una máquina de oficina normal para su época, eso era bastante adecuado porque era probable que se usara al menos una vez a la semana (uso diario intenso en caso de que sea, incluso los fines de semana), por lo que, cada vez que se encendía, se recargaba .

Alrededor de este tiempo, las tapas de 1F 5V se probaron como reemplazos para la copia de seguridad CMOS en PC. Lamentablemente, estos eran muy poco confiables y tendían a explotar con tanta ferocidad que las cajas de acero sólido de esa época asumirían una forma esférica.

Ahora que tenemos supercapas de grafeno y las personas pueden crear las suyas, he visto un conjunto de seis celdas de 2V conectadas en serie para replicar la batería de un automóvil y una búsqueda en Youtube revelará que las personas han iniciado con éxito vehículos de motor con tales construcciones

El problema fundamental es que crear una batería confiable a largo plazo está limitado por la pérdida de capacidad causada por la conexión en serie. Supongamos que he construido seis supercondensadores de grafeno 1F 2V. Conecto dos en serie para obtener 4V, pero ahora mi capacidad es 0.5 F.

Una vez que conecté los seis para obtener 12V, mi capacidad de almacenamiento real se ha reducido 0.1666 F

Además de las fallas cataclísmicas de los años 80, casi todos los condensadores tienen fugas. Incluso esas queridas tapas CE-70 fallaron después de aproximadamente 30 días debido a una fuga en lugar de agotarse por la RAM interna.

Como la generación actual de supercaps generalmente se limita al funcionamiento de 2V, esa limitación combinada con las fugas no los hace ideales como reemplazos para las células químicas estándar, aunque a medida que mejoran, se espera que primero comiencen a reemplazar las baterías de los teléfonos celulares cuando lleguen al capacidad de mantener un teléfono durante tres o cuatro horas, con la idea de que podrá recargar el teléfono en solo unos minutos.

El otro problema que trabaja contra los condensadores es su descarga lineal. Estos actuales tienen una carga completa de 2V, pero inmediatamente comienzan a caer de voltaje cuando se descargan. Las celdas de litio permanecen relativamente constantes alrededor de 3.6V hasta que de repente se desinflan. Para hacer que estas tapas de 2V sean útiles, el teléfono necesitaría funcionar con éxito en 1V confiando en un regulador chopper para recortar la tapa a la salida de 1V y luego usar un inversor para aumentar la carga inferior a 1V. Esta tecnología ya existe, particularmente en bancos de energía para teléfonos / tabletas. Las celdas de litio en el interior solo se cargan a 3.7V, y la salida de 5V para cargar otros dispositivos es creada por un inversor.

Si uno está preparado para recargar un teléfono celular cada dos horas, la tecnología actual tiene el potencial de ser moderadamente útil. El uso de tales tapas para mantener tabletas y computadoras portátiles de uso intensivo sigue siendo inviable sin una mejora significativa en el desarrollo de estas tapas, y es poco probable que dependa de ellas en dispositivos a largo plazo como los controles remotos de TV.

Answer 5

Hay ejemplos de hacer exactamente eso. Mira este video.

Algunos “entusiastas” han reemplazado las baterías de los automóviles con bancos de supercondensadores. Si bien las características de carga y descarga de las baterías y los condensadores son diferentes, las amplias fluctuaciones en los voltajes de suministro en el sistema de alimentación de un automóvil significa que tiene un rango funcional de aproximadamente 15–9v en muchos vehículos. En términos de energía en un condensador, eso es el 64% de la energía disponible en un condensador completamente cargado (si 15v está completamente cargado).

Muy posiblemente cuando los supercondensadores se vuelvan menos costosos, el reemplazo de la batería del automóvil se convertirá en una opción.

Sin embargo, en la mayoría de los casos, los circuitos están diseñados para utilizar las características de voltaje / carga de las baterías, lo que significa que tienen una oscilación de voltaje muy pequeña hasta que la batería se descarga casi por completo. La extracción de carga de un supercondensador para crear un voltaje estable es casi trivial hoy en día con algunos componentes de elección, por lo que no está fuera de discusión incluso en dispositivos pequeños para usar supercondensadores para el almacenamiento de energía, es solo que es más costoso y la densidad de energía aún No supera las baterías. Una gran ventaja para los súper condensadores es que no se degradan con la cantidad de ciclos de carga como lo hacen las baterías.

Answer 6

Un condensador de 400F y 2.7V cuesta $ 12.00 [1]

Para 5000V, necesitará 5000 / 2.7 = 1,852 condensadores conectados en serie y pagará $ 22,222.22.

Es posible comprarlos más baratos debido a la cantidad, pero no por $ 12.00

La energía almacenada en este conjunto de condensadores es:

E = 0.5 * C * V ^ 2 = 0.5 * (400/1852) * 5000 ^ 2 = 2,699,784 J

Tenga en cuenta que la capacitancia de los capacitores 1852 conectados en serie es 400F / 1852.

En kwh será:

E = 2.78 * 10 ^ -7 * 2,699,784 = 0.75 kwh

Eso significa que necesita 2800 / 0.75 * $ 22,222.22 = $ 82,962954.66 para almacenar 2800 kwh mencionados en la pregunta original. No $ 12.00

Si vives en los Estados Unidos en una casa promedio, estás consumiendo 911/30 = 30 kwh por día. [3] Si durante el día estás usando energía solar y condensadores solo por la noche, necesitarás almacenar unos 20 kwh. Los condensadores necesarios para este almacenamiento costarán:

$ 82,962954.66 * 20/2800 = $ 592,592.59

La vida útil de los supercondensadores es de 10-15 años [2], lo que no está mal. Eso significa que pagará por condensadores $ 592,592.59 / 13 = $ 45,584.00 por año.

Si no cometí un error en mis cálculos, esta es una forma costosa de construir un sistema solar fuera de la red. Además, habrá una cierta pérdida de energía en los convertidores, y esta cantidad aumentará en ~ 20%.

Intentemos calcular de una manera diferente.

Un condensador de 400 F almacena E = 0.5 * 400 * 2.7 ^ 2 * 2.78 * 10 ^ -7 kwh = 4.05 * 10 ^ -4 kwh

Para 20 kwh necesita 20 / (4.05 * 10 ^ -4) = 49,383 condensadores que costarán $ 12 * 49,383 = $ 592,592.59

Si la vida útil de estos condensadores es de 13 años, será equivalente a pagar cada año:

$ 592,592.59 / 13 = $ 45,584.04

Mismo resultado.

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1. XV3560-2R7407-R Bussmann / Eaton | Mouser
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Answer 7

Sí claro, podríamos. Y esa no es una idea nueva. Las personas durante años han intentado hacer esto. Es posible que también haya oído hablar de pocas historias de “éxito”. Pero todo este “éxito” está en el laboratorio. No se pueden usar para aplicaciones prácticas.

¿Por qué? Bueno, la razón más simple es actual.

Si monitorea la corriente suministrada por un condensador (o supercondensador) y una batería a un circuito, verá que la corriente en el circuito alimentado por condensador comienza a decaer. Mientras que en el caso de las baterías, la corriente permanece casi igual hasta que la batería se descarga. Esta incapacidad del supercondensador para proporcionar corriente constante es la razón principal por la que no han podido reemplazar las baterías.

Los súper condensadores PS han reemplazado las baterías en los sistemas que se encienden con bastante frecuencia (por ejemplo, su PC) ya que se pueden cargar muy rápido en comparación con las baterías que toman tiempo y el ciclo de descarga de carga frecuente puede afectar la condición de la batería.

Answer 8

Los condensadores “almacenan electricidad”, pero las baterías no: la generan a través de una reacción química. Es por eso que las baterías son más pesadas, pero si las evalúa en términos de densidad de energía, las baterías son * mucho * más eficientes (energía por unidad de peso) que los condensadores. También son menos costosos y duran mucho más por carga (nuevamente, porque son muy densos en energía).

Los condensadores tienen la ventaja de ser rápidos de cargar y descargar, lo que permite densidades de * potencia * mucho mayores que las baterías. Por lo general, también duran más (en términos del número de ciclos de carga / descarga de por vida), pero dado que las baterías pueden almacenar aproximadamente 30 veces la energía de un condensador, y los condensadores solo tienen una ventaja de 5 veces más, la batería sigue siendo el ganador general por la energía entregada durante su vida útil.

Answer 9

Puede, pero el costo y el tamaño serían enormes.

Por ejemplo, una batería típica de 9v produce 600mAh. Energía = 9V x 0.6A x 3600s = 19,440J

Un condensador, a diferencia de una batería, se descargará continuamente a cero, por lo que debe decidir cuál será su voltaje de corte para suministrar la potencia requerida. Supongamos que usaremos un regulador de impulso para mantener el nivel de 9V. 3V sería un límite razonable para un regulador de impulso.

Entonces,

C (9V) ^ 2/2 – C (3V) ^ 2 = 19,440J

=> C = 540F

Veo que eBay está vendiendo seis supercaps 2500F, 2.5V usados ​​por $ 200. Cinco en serie es equivalente a un supercap de 500F y 12.5V.

Answer 10

Primero, caída de carga. Los condensadores pierden carga muy rápidamente.

Segundo, problemas con la carga. Los condensadores grandes son virtuales cortos para la fuente de alimentación. Puede evitarlo agregando una resistencia en serie para limitar la corriente de carga máxima, pero disminuye drásticamente la eficiencia.

Tercero, precio y forma. Los condensadores siguen siendo mucho más grandes que las baterías (como li-po) cuando la carga almacenada es igual. También son mucho más caros.

Por último, las altas cargas necesitan altos voltajes, los altos voltajes son peligrosos, problemáticos en diseño y cuidado. También son un gran peligro de incendio.

Salud

Answer 11

No es práctico en la mayoría de los casos. Los condensadores pueden descargarse todos a la vez porque funcionan a través de un campo eléctrico (electricidad estática). Las baterías funcionan mediante reacción química, siempre que la reacción continúe, la carga se mantiene y la descarga se limita a la velocidad de la reacción.

Esto hace que las baterías sean más seguras y más densas en energía.

Si quisiera un teléfono con capacidad de capacitancia, necesitaría protegerlo y aislarlo bastante, porque el teléfono utiliza la tecnología mosfet en su arquitectura (eficiente de energía pero susceptible a irregularidades de voltaje y campos eléctricos / magnéticos). Y la fuente de energía en sí misma sería pesado, voluminoso y peligroso (sobrecarga o polarización inversa o cortocircuito accidental puede causar explosiones).

Mis compañeros de clase y yo detonamos intencionalmente pequeños condensadores electrolíticos en nuestro laboratorio de la escuela secundaria, porque éramos idiotas y podían apuntar más o menos en la dirección del otro. Había suficiente velocidad para enviar metralla aproximadamente 20 o 30 pies.

Answer 12

Olvídate de los condensadores. Todo su propósito es el almacenamiento esporádico, a corto plazo, de VOLTAJE. NO ALMACENAMIENTO ENERGÉTICO. Las gorras tienen muchos útiles

Fines La energía alternativa no es uno de esos propósitos útiles. TANSTAAFL. No hay tal cosa como un almuerzo gratis. Los condensadores almacenan pequeñas cantidades de energía. Por un breve período de tiempo. Las baterías y las centrales nucleares crean energía. Olvídate de las gorras.

Answer 13

Muchas cosas mal:

• La configuración de los condensadores de la primera serie tiene menos capacidad, 5000/230 menos.
• 2800 kWhr a 230 voltios, un condensador de 2800/230 o 12,174. Amperios !, ¿estás seguro de que el límite puede soportar esa corriente por 12 dólares?
• Y luego Q = CxV, a la mitad de la descarga, el voltaje del condensador es un problema, a la mitad de la descarga, una batería tiene una tensión inicial de aprox.
• ¡No le digas a Elon Musk tu plan, por favor!

Answer 14

En un condensador, el voltaje a través del condensador depende de cuánta carga hay en las placas. Esto significa que a medida que extrae la carga, el voltaje cae linealmente. Esto significa que no funciona bien como fuente de voltaje constante.

Answer 15

Sin embargo, lo hacemos en un grado limitado. Se llaman supercaps …… algunos microprocesadores deben usarlos como respaldo de la fuente de alimentación por poco tiempo para retener memoria supercrítica o ram. La pérdida de potencia y / o memoria durante el vuelo o un apagón forzaría un reinicio del sistema aéreo sin el tiempo adecuado para que el procesador recupere la conciencia espacial 3D en tiempo real que conduce a una falla de vuelo. Los drones, multirrotores, etc. deben tenerlos, ya que sus IMU tienen una necesidad crítica de ellos.

Answer 16

A veces se usan condensadores en lugar de baterías para una larga vida útil, corta duración o cuando se requieren altas corrientes. Pero por el momento, las baterías tienen mucha más capacidad de energía por peso, volumen y costo.

Answer 17

Los condensadores convencionales (electrostáticos o electrolíticos) almacenan una cantidad muy pequeña de energía para extraer cualquier trabajo significativo de ellos. Su uso para el almacenamiento de energía es muy limitado, ya que la energía almacenada es minúscula en comparación con la batería. Su uso como dispositivo de almacenamiento se limita a circuitos de temporización, circuitos de pulso y algunos otros donde los requisitos de energía son muy pequeños.

El supercondensador (condensador electroquímico) almacena energía a niveles comparables a las baterías, aunque a menor escala. Estos se utilizan principalmente para complementar las baterías para entregar energía rápidamente con alta potencia (que una batería no puede). En muchas aplicaciones, ya han reemplazado las baterías y sus aplicaciones están creciendo.

En los automóviles híbridos, EV y PHEV, el supercondensador, la dirección, las operaciones de la ventana y algunas otras funciones son asumidas por ellos. Esto elimina las sobrecargas de la batería y su vida útil aumenta de 4 a 5 veces.

La energía renovable y los sistemas de red utilizan cada vez más supercondensadores. Los autobuses, tranvías y trenes eléctricos funcionan, impulsados ​​por supercondensadores en China y en algunos otros países.

Se están explorando dispositivos supercondensadores delgados para que funcionen en lugar de la batería en implantes y dispositivos electrónicos portátiles.

Answer 18

Hacemos.

Vaya y busque el almacenamiento de energía SITRAS MES para el sistema ferroviario híbrido. puede especificar otras baterías, por ejemplo, para trenes de larga distancia, o condensadores para tranvías.

Answer 19

Los condensadores tienen menos densidad de energía en comparación con las baterías, por lo que generalmente no se usan para almacenar y proporcionar una gran cantidad de energía. Sin embargo, los condensadores se pueden cargar o descargar a una velocidad mucho mayor que las baterías, por lo que son muy útiles para proporcionar requisitos de energía de corta duración.

Answer 20

No he leído los detalles completos de su pregunta, pero este es el caso general con respecto al reemplazo de baterías con tapas:

Una batería es una fuente de energía. Si deja una batería en pie y no operativa, tendría muy poca fuga (la cantidad depende de si la tiene conectada a un circuito) y el voltaje solo se reduciría un poco con el tiempo.

Un condensador es un dispositivo de almacenamiento de energía . Necesita una fuente de alimentación para cargar primero un condensador. Y los condensadores bajan la carga rápidamente, por lo que deben actualizarse constantemente, para lo cual nuevamente necesita una fuente de alimentación.