Kondenzátory mají řadu skvělých vlastností. Například ukládají energii ve formě elektrického náboje, nikoli chemické energie. To obvykle umožňuje téměř okamžité nabíjení a velmi vysoké špičkové výstupní proudy. Dokážou přežít stovky tisíc cyklů nabíjení a vybíjení, na rozdíl od stovek cyklů u plně nabitých baterií. Tak v čem je problém?
Baterie poskytuje poměrně konstantní napětí po dlouhou dobu životnosti. V závislosti na zařízení se mohou vyskytnout problémy s výkonem blížící se úplnému vybití. Například chytré telefony přecházejí do úsporného režimu. Nejen proto, aby vydržely o něco déle, ale také proto, aby se zabránilo okamžitému vypnutí bez varování.
Jak vidíte, napětí klesá, jak se baterie blíží k vybití. Ve vašem telefonu je obvod pro převod energie, který je součástí celkové správy napájení a převádí ne zrovna konstantní energii baterie na velmi přesně regulovanou energii systému (pravděpodobně sérii různých napětí). Všimněte si zde důležitého vztahu: výkon = proud * napětí. Abych si tedy udržel stejný výkon, musí můj obvod při poklesu napětí odebírat více proudu.
Každá baterie má malý vnitřní odpor a díky jinému vztahu, zvanému Ohmův zákon, víte, že v baterii dojde k určitému poklesu napětí. Na obrázku je Vout=V0−r∗I, kde I je proud. Jak tedy moje V0 klesá a můj obvod pro řízení napájení musí odebírat více proudu, aby dodal stejný výkon, výstupní napětí baterie klesá ještě rychleji. To omezuje maximální výstupní proud baterie a také to znamená, že se baterie poměrně rychle vybíjí, když je téměř vybitá.
Výstupní napětí, špičkový proud a celkový výkon v kondenzátoru však v průběhu času exponenciálně klesají. Kondenzátor má jednu výhodu: ukládá elektrický náboj, nikoli ho přeměňuje na chemický, jako je tomu v baterii, takže i když existuje vnitřní odpor, je malý a obvykle jej lze zanedbat. Kondenzátory mohou po krátkou dobu poskytovat velmi, velmi vysoké proudy.
Ale pro napájení něčeho jsou problematické. Vzpomeňte si na mou touhu udržovat konstantní napájení mého systému řízení napájení a na to, že výkon = proud * napětí. Jak naše napětí rychle klesá, musíme to kompenzovat rychle rostoucím proudem, abychom dodali stejný výkon. Velmi vysoké proudy vedou k mnohem dražšímu obvodu, větším součástkám pro převod energie, větším ztrátám energie v deskách plošných spojů atd. ... stejný základní problém, jaký má baterie ke konci, jen se to začíná dít velmi brzy v užitečné životnosti kondenzátoru. A jak se kondenzátor vybíjí, špičkový proud, i když je stále relativně vysoký, také klesá.
Dalším problémem je, že moderní ultrakondenzátory mají mnohem nižší měrnou energii než baterie. Nejlepší ultrakondenzátory na trhu zvládají 8–10 Wh/kg, většina z nich má spíše 5 Wh/kg. Nejlepší lithium-iontové baterie dodávají téměř 200 Wh/kg, mnoho modelů může dosáhnout i více než 100 Wh/kg. Pro použití ultrakondenzátorů tedy potřebujete asi 20krát větší hmotnost. Ale možná i více, protože v určitém okamžiku během vybíjení, v závislosti na aplikaci, napětí klesne příliš nízko na to, aby bylo možné jej použít, a energie zůstane nevyužitá. Na rozdíl od tradičnějších kondenzátorů mají ultrakondenzátory také relativně vysoký vnitřní odpor. Nemohou tedy nutně podporovat velkou výměnu napětí za proud.
Pak je tu samovybíjení: jak rychle „uniká“ energie z paměťového zařízení. Jediné NiMh články jsou robustní, ale samovybíjení dosahuje až 20–30 % za měsíc. Li-ion články toto číslo snižují na spíše než 2 % za měsíc v závislosti na konkrétní Li-ion technologii, v některých systémech možná na 3 % v závislosti na režii monitorování baterie. Dnešní ultrakondenzátory ztratí až 50 % nabití v prvním měsíci. To nemusí vadit u zařízení, které se denně dobíjí, ale absolutně to omezuje možnosti použití kondenzátorů oproti bateriím, alespoň do doby, než budou vytvořeny lepší konstrukce.
A protože jich potřebujete tolik, současná cena ultrakondenzátorů může být 6x-20x vyšší než cena baterií. Pokud vaše aplikace vyžaduje velmi malý výstupní výkon, zejména s velmi krátkými vysokými proudovými rázy, může být ultrakondenzátor jednou z možností. Jinak to v blízké budoucnosti nebude náhrada baterií.
Pro aplikace s vysokým proudem, jako jsou elektromobily, to zatím není užitečná úvaha, jako samostatný systém. Systémy využívající ultrakondenzátory i baterie však mohou být přesvědčivé, protože jejich rozdíly se velmi doplňují – vysoký přenos proudu a dlouhá životnost kondenzátoru versus vysoká měrná energie/hustota energie baterie. A vynakládá se spousta práce na vývoji mnohem lepších ultrakondenzátorů a také mnohem lepších baterií. Takže možná jednou ultrakondenzátor převezme více typických úkolů spojených s bateriemi.
článek z: https://qr.ae/pCacU0
Čas zveřejnění: 6. ledna 2026