能量密度每年提高5%至8%,这是重要的。
电池的发展中必不可少的部分电子从小型设备用于物联网以及大型电动汽车电池。从历史上看,电池的能量密度提高了5% - -8%。虽然这是比摩尔定律的历史进步慢得多,它仍然是这种增长会导致效率的飞跃,打开门到一个更好的经验和更多的应用程序。
不同的电池化学配方的性能改进看上去相对平坦的摩尔定律相比改进百分比。移动能源需求超过电池功能,继续推动电池性能达到更高水平。在过去十年,最新的两个锂电池化学反应已经开始进入移动客户的需求。
圆柱电池、锂离子电池和按钮细胞一直流行的移动设备和物联网选项在低功率运行的应用程序。一个稳定的电源是一个问题,继续挑战的使用电池连续或长期电力需求在移动设备。能量收集提供了一个电源工作有或没有电池。能量收获已经存在了几十年,但最近越来越关注的爆炸trillion-sensor物联网市场受到能源短缺的前景。此外,全球法规与减少气候变化的影响迫使采用替代能源。Semico将发布一个更新的能源报告收集在2019年9月。
另一个选择,也被视为一种电池在某些应用程序中是超级电容器。超级电容器,也称为电容或者双层电容器、与普通电容器的不同之处在于,它有很高的电容。电容器通过静态电荷储存能量而不是一个电化学反应。应用电压微分在积极和消极板电容器的指控。这类似于电荷的累积,当走在地毯上。通过手指触摸对象释放能量。超级电容器的制造商包括辅助、伊顿,村田,NIC组件、松下、三星、增加组件,太阳诱电和威世。
有三种类型的电容器,最基本的是静电电容器和干燥的分离器。这个经典的电容器电容很低,主要用于优化无线电频率和过滤。大小范围从几微微法(pf)低微法拉(μF)。
电解电容器的电容提供高于额定的静电电容器和法拉(μF),也就是一百万倍微微法拉。这些电容器部署一个潮湿的分离器和用于过滤、缓冲和信号耦合。类似于电池,静电能力有积极的和消极的,必须遵守。
第三类是超级电容器的额定法拉,数千倍高于电解电容器。超级电容器用于能量储存,进行频繁的充电和放电周期在高电流和时间短。
超级电容器的充电时间是1到10秒。电荷特性类似于一个电化学的电池,充电电流,在很大程度上,限制了充电器的电流处理能力。初始电荷可以非常快,超过费用需要额外的时间。规定必须限制涌流空超级电容器充电时它会吸收所有。超级电容器是不受过度充电,不需要完全充电检测;目前仅仅当完全停止流动。
下表比较了与一个典型的锂离子超级电容器的解决方案。
应用程序
超级电容器经常被误解;它不是一个电池更换存储长期能源。例如,如果充电和放电时间超过60秒,电池仍然推荐。如果充电时间和放电时间60秒或更短,那么超级电容器成为经济。
超级电容器是理想的快速充电时需要满足短期电力需求,而电池提供长期的能源选择。结合两个成混合动力电池满足需求和降低电池压力,从而导致更长的使用寿命。
日本拥有大量的超级电容器。4兆瓦的系统安装在商业建筑在用电高峰时间和减少电网消耗减轻负荷。其他应用包括停电期间启动备用发电机提供电力,直到转换是稳定的。
超级电容器也取得了进军电动动力系统至关重要。超快速充电的美德在再生制动和交付的高电流加速使超级电容器理想的峰值负荷增强剂混合动力汽车和燃料电池的应用。其广泛的温度范围内,比电池长寿命提供了一个优势。
超级电容器特定能量较低,在每瓦成本昂贵。一些设计工程师认为,超级电容器的钱会花在一个更大的电池。
在大型电池应用程序性能竞争对手大电池在汽车领域是燃料或汽油发动机。最大的问题是要多长时间对电池能量密度等于汽油?
我们将不得不等待48年以8%的复合年电池能源改进前的重量能量密度(能量容量除以体重)将超过汽油!但是重量能量密度并不是唯一的方式来看待基准的性能和改进。重量和效率必须被纳入计算。
我们预计存储每单位质量和体积的电池可能会在10到20年内高原。同时,锂电池的市场渗透是每4到5年翻一倍。燃料和电池之间的直接比较必须包括使用燃料和其所需的机械效率。
特斯拉的范围是200 +公里即使电池组只有大约150 wh每公斤,而汽油每公斤12000 wh。然而,燃气发动机效率只有25%和90% +电池。因此,特斯拉有3000 WH效率因素时每公斤。内燃机重840磅的一个典型的340马力的车。类似的特斯拉汽车重量只有70磅马力评级。
比较时的能量密度将发动机重量和能源效率的结果在以下公式:
能源重量*效率+发动机重量=总重量能量
下表比较上述规格的内燃机和特斯拉电动引擎在340马力。令人惊讶的是,电动汽车和汽油的汽车都有相同的能量密度。
总之,便携式电子设备电池是至关重要的,使我们的生活更愉快的和富有成效的。我们渴望更好的电池寿命持续推进这一进程更好的性能,提高效率和更可持续的解决方案。电动汽车时,他们的效率、重量和性能现在大约相当于能量密度的内燃机排放。在未来,Semico对超级电容器的期望高,能量收获和其他能源解决方案尚未在桌子上。
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