Superkapasitor vs baterai

Ada perdebatan panjang bahwa Supercapacitors akan mengesampingkan pasar baterai di masa depan. Beberapa tahun yang lalu ketika Supercapacitors tersedia, ada hype besar tentang hal itu dan banyak yang mengharapkannya untuk mengganti baterai dalam produk elektronik komersial dan bahkan di Kendaraan Listrik. Namun, hal seperti itu sebenarnya tidak terjadi, karena baik Superkapasitor dan Baterai sama sekali berbeda satu sama lain dan memiliki aplikasinya sendiri.

Fakta Menarik: Hampir semua pengontrol kantung udara modern ditenagai oleh superkapasitor, karena waktu responsnya yang cepat atas baterai.

Dibandingkan dengan baterai, Supercapacitor atau Ultracapacitor adalah sumber atau penyimpanan energi dengan kepadatan tinggi dengan kapasitansi besar untuk rentang waktu yang singkat. Pada artikel ini, kita akan membahas Supercapacitor vs Battery (Lithium / Lead Acid) pada berbagai parameter dan diakhiri dengan studi kasus bagi seorang insinyur untuk memahami di mana seseorang dapat memilih superkapasitor daripada baterai untuk aplikasinya. Jika Anda pemula di Supercapacitors, maka sangat disarankan untuk mempelajari dasar-dasar Supercapacitors sebelum Anda melanjutkan lebih jauh.

Densitas Daya

Superkapasitor memiliki kepadatan daya yang tinggi daripada baterai dengan nilai yang sama. Meskipun ada berbagai jenis baterai di pasaran, misalnya baterai lithium-ion, polimer, timbal-asam memiliki kepadatan daya yang berbeda, dari 1000 Wh per kg hingga 2000 Wh per kg. Peringkat juga dapat sangat bervariasi tergantung pada proses pembuatannya. Bagan perbandingan di bawah ini menunjukkan kepadatan daya Supercapacitor vs Baterai.

Tapi, untuk superkapasitor, kepadatan daya bervariasi dari 2500 Wh per kg hingga 45000 Wh per kg. Itu jauh lebih besar daripada kepadatan daya baterai dengan nilai yang sama.

Karena kepadatan daya yang tinggi, superkapasitor adalah sumber daya yang berguna di mana dibutuhkan arus puncak yang lebih besar.

Tegangan sel

Dalam berbagai jenis aplikasi, seringkali tegangan input merupakan faktor yang besar. Jelas, ada berbagai jenis regulator tegangan yang tersedia di pasaran tetapi tetap saja, tegangan input yang melintasi regulator menjadi bagian penting dari aplikasi. Gambar di bawah ini menunjukkan tegangan keluaran Supercapacitor vs Battery untuk jumlah sel yang sama.

Misalnya, aplikasi dengan regulator tegangan linier seperti 7812 membutuhkan setidaknya input 15V. Baterai Lithium sel tunggal memberikan 3,2 volt pada kondisi pengisian terendah dan 4,2 volt pada kondisi pengisian tertinggi. Oleh karena itu, untuk mengimbangi spesifikasi tegangan input, setidaknya diperlukan 5 baterai dalam sambungan seri, tetapi superkapasitor dapat menyediakan output 2,5 volt hingga 5,5 volt. Superkapasitor memiliki tegangan sel tinggi 5,5V dibandingkan dengan 3,7V baterai Lithium pada umumnya. Dengan demikian, mengabaikan batasan lain dari superkapasitor, perancang sirkuit dapat memilih tiga superkapasitor 5,5 volt secara seri. Selama baterai, ini tidak diragukan lagi merupakan poin plus super kapasitor dalam situasi kendala ruang atau pengoptimalan biaya untuk tujuan.

Efisiensi

Dalam hal efisiensi, superkapasitor 95% lebih efisien daripada baterai yang efisien 60-80% dalam kondisi beban penuh. Baterai dalam beban tinggi menghilangkan panas yang berkontribusi pada efisiensi rendah. Selain itu, suhu baterai dan parameter lainnya harus dipantau selama pengisian dan pengosongan menggunakan Sistem Manajemen Baterai (BMS), sedangkan dalam superkapasitor, sistem pemantauan ketat seperti itu mungkin tidak diperlukan. The Efisiensi Ultracapacitor vs Baterai ditunjukkan pada gambar di bawah. Namun, perlu dicatat bahwa Supercapacitor juga menghasilkan panas nominal selama operasi.

Dapat digunakan kembali dan Umur

Umur baterai sangat bergantung pada siklus pengisian dan pemakaian. Dalam kasus baterai Lithium dan timbal-asam, waktu pengisian dan pemakaian dibatasi dari 300 hingga 500 siklus, terkadang bisa maksimal 1000 kali. Umur tanpa situasi pengisian dan pemakaian baterai lithium dapat bertahan selama rentang 7 tahun.

Superkapasitor hampir memiliki siklus pengisian tak terbatas, ia dapat diisi dan dikosongkan untuk beberapa kali; bisa dari 1 lakh hingga 1 juta waktu. Umur superkapasitor juga tinggi. Sebuah super bisa bertahan selama 10-18 tahun, sementara baterai Lead-Acid dapat bertahan sekitar 3-5 tahun saja.

Faktor Tegangan Debit

Baterai memberikan tegangan keluaran yang relatif konstan. Tetapi tegangan keluaran superkapasitor menurun selama kondisi pemakaian. Oleh karena itu, saat menggunakan baterai sebagai sumber daya, seseorang dapat menggunakan buck atau boost regulator tergantung pada persyaratan aplikasi, tetapi saat menggunakan supercapacitor, ini adalah pilihan yang populer untuk menggunakan konverter boost jangkauan luas untuk mengkompensasi kehilangan tegangan input.

Waktu pengisian

Baterai yang berbeda menggunakan algoritme pengisian daya yang berbeda. Untuk mengisi baterai Lithium-ion tegangan konstan dan pengisi daya arus konstan digunakan. Pengisi daya harus dikonfigurasi secara khusus untuk mendeteksi kondisi pengisian daya baterai serta suhu. Untuk kasus baterai timbal-asam, metode pengisian tetesan digunakan.

Secara keseluruhan, untuk mengisi baterai terlepas dari Lithium-ion atau timbal-asam, dibutuhkan waktu berjam-jam untuk mengisi penuh. The super telah perjamuan cepat pengisian waktu; itu membutuhkan waktu yang sangat singkat untuk mendapatkan muatan penuh. Oleh karena itu, untuk aplikasi di mana waktu pengisian yang diperlukan sangat sedikit, superkapasitor pasti menang atas kapasitas baterai yang sama.

Biaya

Biaya merupakan parameter penting untuk masalah terkait desain produk. Superkapasitor adalah alternatif yang mahal jika digunakan sebagai pengganti baterai. Biayanya terkadang menjadi sangat tinggi seperti 10 kali lebih tinggi jika dibandingkan dengan kapasitas baterai yang sama.

Faktor risiko

Baterai litium atau timbal-asam memerlukan perawatan atau perhatian khusus selama pengoperasian atau kondisi pengisian daya. Khusus untuk baterai lithium-ion, topologi pengisian perlu dikonfigurasi sedemikian rupa sehingga baterai tidak boleh diisi secara berlebihan atau diisi dengan kapasitas arus yang lebih tinggi daripada yang sebenarnya dapat diterima baterai. Ini meningkatkan risiko ledakan setiap kali baterai diisi secara berlebihan atau diisi dengan arus tinggi.

Tidak hanya dalam kondisi pengisian, tetapi baterai juga perlu dioperasikan dengan hati-hati selama situasi pemakaian. Kondisi deep discharge berpotensi merusak masa pakai baterai. Oleh karena itu, baterai harus diputuskan dari bebannya setelah mencapai tingkat pengisian tertentu. Selain itu, korsleting baterai merupakan situasi yang berbahaya.

Superkapasitor lebih aman daripada baterai dalam hal faktor risiko di atas. Namun, pengisian superkapasitor menggunakan voltase yang lebih tinggi daripada ratingnya berpotensi berbahaya bagi superkapasitor. Tapi, saat mengisi lebih dari satu kapasitor, itu bisa menjadi pekerjaan yang rumit.

Studi kasus

Mari kita pertimbangkan situasi di mana kita ingin menyalakan 10 LED paralel selama 1 jam. Untuk aplikasi ini, mari kita cari tahu, sebagai seorang insinyur haruskah kita mempertimbangkan untuk menggunakan superkapasitor atau baterai lithium?

Mari kita asumsikan LED menarik arus 30mA pada 2.5V. Oleh karena itu, watt 10 LED secara paralel akan menjadi

2,5V x 0,03 x 10 = 0,75 Watt

Nah, untuk pemakaian 1 Jam yaitu 3600 detik, energi yang dibutuhkan bisa dihitung sebagai

3600 x 0,75 = 2700 Joule.

Jika kita menganggap Superkapasitor 10F 2.5V, ia dapat menyimpan E = 1 / 2CV ² yang mana

½ x 10 x 2,5 ² = 31,25 Joule

Oleh karena itu, dibutuhkan setidaknya 85 Superkapasitor secara paralel dengan rating yang sama. Tentunya dalam aplikasi khusus ini baterai akan menjadi pilihan pertama. Namun jika aplikasi ini diubah menjadi aplikasi khusus yang membutuhkan daya yang sama hanya selama 30 Detik, Supercapacitor dapat menjadi pilihan karena dapat diisi dengan sangat cepat dan dapat digunakan untuk jangka waktu yang sangat lama.

Kesimpulan

Perbandingan di atas hanya dilakukan antara baterai tertentu (litium atau asam timbal) dengan superkapasitor. Namun, ada baterai berbeda dengan komposisi kimia berbeda. Di sisi lain, ada juga superkapasitor berbeda dengan komposisi kimia berbeda seperti superkapasitor elektrolitik berair atau dengan superkapasitor cair ionik serta superkapasitor elektrolitik hibrid dan organik juga di pasaran. Komposisi yang berbeda memiliki karakteristik dan spesifikasi kerja yang berbeda.

Superkapasitor memiliki lebih banyak poin positif dalam aplikasi daripada baterai. Tapi, ini juga memiliki sisi negatif dibandingkan dengan baterai. Oleh karena itu, penggunaan superkapasitor sangat bergantung pada jenis aplikasinya.