Мощные конденсаторы: Компактные силовые конденсаторы для мощных преобразователей напряжения

Содержание

Компактные силовые конденсаторы для мощных преобразователей напряжения

Силовые конденсаторы цепи постоянного тока являются ключевыми компонентами при разработке мощных преобразователей напряжения. Новое поколение полупроводниковых приборов IGBT устанавливает более высокие стандарты электрических свойств силовых конденсаторов. Замена GTO ключей на полупроводниковые приборы современных технологий также ставит новые высокие требования к качеству силовых конденсаторов. Например, собственная индуктивность конденсаторов должна быть снижена в десять раз по сравнению с силовыми конденсаторами, применявшимися в прошлом поколении преобразователей напряжения, чтобы снизить уровень коммутационных перенапряжений при возросшей скорости переключений. Допустимые для конденсаторов уровни температурных и токовых пиков также должны быть увеличены вдвое по сравнению с силовыми конденсаторами, применявшимися в тиристорных преобразователях напряжения.

Для обеспечения соответствия этим требованиям компания Epcos разработала силовые конденсаторы серии PCC-HP (Power Chip Capacitor High Power) — новое поколение силовых конденсаторов, основанных на технологии MKK (металлизированная пленка, компактный, легкий, сухой дизайн), уже успешно работающих в многочисленных транспортных системах [1].

Требуемая нагрузочная способность по току и индуктивность цепи обеспечиваются размещением модуля силового конденсатора PCC-HP непосредственно на шины преобразователя напряжения. Эти новые возможности конденсаторов PCC-HP позволяют применять их в широком диапазоне мощных преобразователей.

Новая концепция управления позволяет снизить необходимый уровень емкости силовых конденсаторов звена постоянного тока при одновременном увеличении токовой нагрузки. Эта тенденция приводит к использованию пленочных конденсаторов, таких как PCC-HP, в применениях, где до сих пор традиционно использовались электролитические силовые конденсаторы [2].

Рис. 1. Эволюция снижения ESL: а) 1992: MKK-DC →ESL ≈ 400 нГн;
б)1995: MKK-DC →ESL ≈ 80 нГн; в) 2000: PCC-HP →ESL ≈ 30 нГн

Требования, предъявляемые силовыми транзисторами IGBT

При разработке преобразователя напряжения на силовых транзисторах IGBT особое внимание должно быть направлено на обеспечение низкого уровня индуктивности контура (L_σ < 100 нГн) для минимизации коммутационных перенапряжений ui , которые могут превысить допустимые уровни реверсивного напряжения IGBT приборов и привести к выводу из строя полупроводниковых ключей. Таким образом, многослойное расположение шин становится оптимальным решением для соединения IGBT модуля и силового конденсатора звена постоянного тока [3, 4]. Силовые модули IGBT также определяют геометрические размеры LxWxH, емкость CR и собственную индуктивность Lσ конденсатора. Типичные требования для РСС-HP обобщены в таблице 1.

Таблица 1

Концепция PCC

Для современных мощных преобразователей напряжения компания Epcos разработала семейство силовых конденсаторов PCC-HP — новое поколение низкоиндуктивных, компактных, легких конденсаторов, производимых по технологии MKK. Для снижения индуктивности были сделаны значительные конструктивные усовершенствования (рис. 1). Необходимые нагрузочная способность и индуктивность контура были достигнуты путем модульного монтажа силового конденсатора PCC-HP непосредственно на шину (благодаря этому отпала необходимость в снабберных конденсаторах, подключаемых параллельно батарее). Это новшество применимо для широкого диапазона преобразователей напряжения и обеспечивает оптимальную техническую и экономичную конструкцию преобразователя, отвечающую требованиям миниатюризации, стандартизации и модульности.

Рис. 2. Выводы силового конденсатора слева направо: стандартные плоские выводы и специальные ножевые контакты [5, 6].

Рис. 3. Два силовых конденсатора PCC-HP радиального исполнения с плоскими выводами и один стандартный, перевернутый выводами вверх конденсатор PCC-HP

Рис. 4. Стандартный PCC-HP и оптимизированный для конкретного применения с 6 винтовыми терминалами

Технология изготовления силовых конденсаторов MKK предполагает использование самовосстанавливающейся PP[PHD] пленки с напыленным структурированным металлизированным слоем алюминия или сплава Zn/Al. Металлизация выполнена неоднородно, она имеет утолщенную кромку. Волнообразная обрезка пленки по краю позволяет максимально увеличить площадь контакта при плоской намотке. Результатом применения такой технологии стала исключительная способность силовых конденсаторов выдерживать мощные импульсы тока без проявления краевого эффекта (хорошо известный и опасный эффект, возникающий в месте соединения выводов и края обкладки конденсатора).

Рис. 5. Многоуровневый привод ALSTOM Symphony: низкоиндуктивное исполнение внутри ячейки. Аксиальные конденсаторы звена постоянного тока [7]

Рис. 6. Круглая, плоская и стэкнамотка для силовых конденсаторов

Таблица 2. Технические характеристики

Если дизайн силовых конденсатора принят к рассмотрению на ранней стадии разработки преобразователя напряжения, то конденсатор, изготовленный с учетом особенностей конструкции изделия, может иметь, например, специальный дизайн выводов (табл. 3; рис. 2, 3–5).

Таблица 3

В стандартном силовом конденсаторе PCC-HP используется компактная плоская намотка MKK-DC. Epcos обладает всеми наиболее важными и передовыми технологиями намотки: круглая, плоская и так называемая стэк-намотка для производства силовых конденсаторов. Благодаря этому оптимальная система может быть заложена с самого начала разработки (рис. 6). Стэк-намотка фиксируется на платформе, усиленной стекловолокном для обеспечения высокой вибростойкости. Корпус из нержавеющей стали дополнительно упрочняет конструкцию.

Платформа допускает радиальный и аксиальный дизайн и может быть снабжена различными типами выводов. Корпус силового конденсатора снабжен винтовыми фиксирующими гнездами M6 и может быть дополнен различными скобами для механического крепления. Такой дизайн отвечает требованиям стандарта IEC1071/68.

Рис. 7. Обзор размеров стандартных платформ (L×W= L×195 мм) слева направо: а) L = 237 мм; б) L = 367 мм; в) L = 497 мм

Рис. 8. Установка силового конденсатора PCC-HP с длиной платформы L = 497 мм с помощью фиксирующих скоб по сторонам его корпуса на радиатор

Рис. 9. Конструкция преобразователя напряжения с креплением шин к модулям IGBT. На рисунке видна короткая сторона силового конденсатора PCC-HP, слева конденсатор имеет ножевой контакт, а справа — плоский медный вывод

При изготовлении оборудования требования «Стандартов пожаробезопасности для компонентов, используемых на транспорте» (Fire Standards for Public Transportation Parts) играют все большую роль, особенно после нескольких аварий, произошедших у конечных пользователей при эксплуатации данного оборудования.

При выборе компонентов повышенное внимание должно быть уделено соблюдению этих стандартов, особенно NFF-16-101/102. Силовые конденсаторы, производимые компанией Epcos по вышеперечисленным технологиям, отвечают требованиям международных стандартов (табл. 4).

Таблица 4

Аспекты современного дизайна силовых конденсаторов

Следующий пример показывает возможные варианты изготовления. В настоящий момент изготовление стандартного силового конденсатора PCC-HP доступно на трех различных платформах (посадочные места) (рис. 7).

Таблица 5

Силовые конденсаторы PCC-HP ранжированы по напряжению VR. Основные технические данные конденсаторов приведены в таблице 5 (для конденсатора PCC-HP стандартного размера — LxWxH = 367x195xH мм).

Номинальная емкость CR в таблице 5 показывает возможную емкость в зависимости от длины применяемой платформы и выражается следующими формулами:

Монтаж силовых конденсаторов PCC непосредственно на шины обеспечивает исключительно низкую индуктивность (рис. 8, 9, 10).

Преимущества новых силовых конденсаторов

Силовые конденсаторы PCC-HP оптимизированы для использования в преобразователях напряжения для тяжелых условий транспортного и промышленного применения. Наиболее важные преимущества PCC-HP перед стандартными силовыми конденсаторами приведены ниже:

Низкая собственная индуктивность силового конденсатора позволяет снизить индуктивность контура в целом.
Непосредственный монтаж на шины и адаптация к IGBT.
В ряде случаев позволяет отказаться от снабберных конденсаторов.

Упрощение и снижение стоимости конечного устройства.
Произвольное положение монтажа.
Уменьшение объема установки в целом.
Снижение веса установки.
Пожаробезопасность (благодаря сухой технологии изготовления силовых конденсаторов MKK).
Высокая токовая нагрузка.
Исключительная способность выдерживать мощные импульсы тока.
Длительный срок службы.

Рис. 10. Слева на рисунке показаны подробности монтажа и ножевой контакт, механически закрепленный на шине болтом, подпружиненная контактная площадка в корпусе, платформа и корпус конденсаторав разрезе. Справа на фотографии показаны детали контакта: ножевой контакт, пружинная контактная площадка в корпусе с плоским соединителем зоны контакта и обкладок силового конденсатора

Тенденции

Развитие силовой электроники идет по пути увеличения мощности, компактности и степени интеграции систем. Новые силовые чип-конденсаторы, разработанные компанией Epcos для особо мощных преобразователей IGBT, удовлетворяют всем этим требованиям. Продолжающееся развитие силовых чип-конденсаторов откроет новые области их применения. Развитие силовых конденсаторов будет идти по пути совершенствования процесса металлизации для производства высококачественной самовосстанавливающейся полимерной пленки. Компания Epcos работает над увеличением токовой нагрузки и диэлектрической прочности металлизированной пленки в типичных условиях эксплуатации.

Стандартные металлопленочные конденсаторы будут заменяться другими, оптимизированными под специальные применения при сохранении стоимости. Прогресс в дизайне и производстве, направленный на улучшение качества изготовления MKK силовых конденсаторов, позволит отказаться от конденсаторов, выполненных по старым технологиям.

В силовых приложениях свойства алюминиевых электролитических конденсаторов значительно отличаются от свойств самовосстанавливающихся пленочных конденсаторов. В настоящее время видна тенденция к переходу на PCC силовые конденсаторы, особенно в тех применениях, где необходимы свойство самовосстановления при воздействии высоковольтных импульсов и стабильная емкость на протяжении всего срока службы оборудования. Силовые конденсаторы PCC-HP не содержат масло и могут быть легко переработаны по окончании срока службы, так как состоят из легко разделяемых материалов: полиэстер или полипропилен, медь, полиэстер, усиленный стекловолокном, и инертный газ.

Литература

Vetter H. Dry MKK-Capacitors for modern rail traction. SIEMENS Components 02/96, 3/97.
Bramoulie, M.: Electrolytic or film capacitor. IEEE 10/98.
Vetter H. High power capacitors for low inductance circuits. SIEMENS Components 28/90.
Schütze T. Design aspects for inverters with IGBT high-power modules. Proc. PCIM Hong Kong 10/97.
Vetter H. Patent file US 6,409,545 B1 Jun. 25, 2002.
Zorzynski, D. et. al. High voltage IGBT modules in the design of a 3 kV Chopper. Proc. M.E.T. Gdansk, Poland 05/01.
Beinhold G., Jakob R., Nahrstead M. A new range of medium voltage multilevel inverter drives with floating capacitor technology. EPE 2001 Graz.

Конденсаторы для ВЧ/СВЧ. Часть 3 Пленочные и электролитические

Часть 1.
Часть 2.
Часть 3.
Часть 4.

Особенности конструкции и применения

Необходимо сказать о том, как свойства органических вообще и пленочных диэлектриков в частности определили конструктивные особенности и сферы применения конденсаторов этого типа. Пожалуй, главным фактором, определившим современный набор конструктивных исполнений органических конденсаторов, является неширокий по сравнению с керамическими конденсаторами температурный диапазон применения органических полимеров. Это резко снизило возможности использования полимеров в чип-конденсаторах. Речь, прежде всего, идет о процессе пайки, в результате которого может происходить температурное разрушение либо деградация конденсаторов. Дополнительные сложности в «жизнь» органических чип-конденсаторов внесло появление требований RoHS по пайке бессвинцовыми припоями. Поскольку температура плавления таких припоев выше, чем свинцовосодержащих, значительная часть известных серий, в частности пленочных конденсаторов, имеет ограничения при пайке. Часто это невозможность использовать технологию двухволновой пайки либо ограничения по времени прохождения волны припоя. Многолетняя статистика рынка, собранная в основном по пленочным конденсаторам, показывает, что 80–90% таких конденсаторов выпускается в выводном исполнении. Пайка выводов не ухудшает свойств собственно конденсатора.

Органические конденсаторы для ВЧ/СВЧ

Несмотря на то, что признанным лидером в области высокочастотных приложений принято считать керамические конденсаторы, органические полимеры успешно осваивают этот специфический диапазон. Говоря о применении полимерных конденсаторов на высоких частотах, можно упомянуть об авторской технологии AVX — многослойных органических структурах MLO (Multilayer Organic). Эта технология появилась именно как результат усилий по расширению частотного диапазона применения полимерных устройств. Суть ее заключается в том, что из полимерных материалов и посредством отработанных пленочных технологий создается многослойная подложка, стек слоев которой содержит один или несколько уровней полимера с малыми потерями на высоких частотах. Эти слои «зажаты» между слоями металлизации и разделительными. Слои металлизации используются для формирования стандартных компонентов, посредством трассировки соединяемых в целевые устройства. Стандартный стек слоев подложек первого поколения описан в [1] и представлен на рис. 1.

Рис. 1. Подложка MLO с шестью слоями металлизации

Синим цветом на рис. 1 обозначены переходные отверстия между слоями. Основной проблемой при создании этого типа подложек был поиск полимерного материала, имеющего малые потери на высоких частотах и при этом высокую диэлектрическую проницаемость для формирования значительной емкости в малых габаритах. В настоящее время в качестве таких материалов для high-Q‑слоев используются политетрафторэтилен (PTFE) и жидкокристаллические полимеры (LCP). Высокочастотные полимерные подложки MLO стали исключительно благодатной средой для размещения в них стандартных компонентов для повсеместно используемых радиотехнологий: беспроводных сетей многих протоколов, широковещательных спутниковых систем, автомобильных радиосистем и т. п. По технологии MLO выполняются конденсаторы, индуктивности, диплексеры, согласующие четвертьволновые трансформаторы, фильтры, ответвители и другие компоненты, вплоть до радиочастотных микросхем (RFIC). При этом на наружных металлизированных слоях подложек может выполняться стандартная трассировка для SMT-компонентов. Дополнительным бонусом MLO-подложек является их полная совместимость с широко применяемым материалом для печатных плат — FR4. Оба материала имеют одинаковое температурное расширение, и при закреплении MLO-компонентов на печатных платах они не создают дополнительных термических нагрузок на платы. Специалисты фирмы AVX отмечают очень хорошие показатели MLO по диэлектрической абсорбции [2]. По данным [2], этот показатель для MLO составляет 0,0015%, что на порядки лучше абсорбции, например, для керамики NP0 — 0,6%. Это свойство MLO, конечно, весьма востребовано в устройствах выборки/хранения. В качестве практического решения AVX предлагает представленный в [3] MLO-конденсатор формата 0603 (EIA) с диапазоном емкостей 0,1–5,1 пФ, рабочим напряжением 50–250 В. Изделие имеет допуск по номиналу ±0,02 пФ и может применяться в диапазоне частот до 20 ГГц.

Вообще необходимо отметить, что технология сложных подложек переживает период стремительного развития не только в области пленочных технологий. Для керамики примером тому служат 3D однослойные конденсаторы фирмы IPDiA, речь о которых пойдет ниже. А наиболее полным конструктивным аналогом MLO-подложек от AVX являются сложные керамические подложки CapStrate фирмы Johanson Dielectrics.

Типы пленочных конденсаторов и основные материалы для их производства

Конструкция пленочного (как поясняется в сноске в начале обзора) конденсатора схожа с конструкцией многослойного керамического конденсатора или с конструкцией оксидного (электролитического) конденсатора, с тем отличием, что рулон диэлектрика с металлизацией укладывается прямоугольным брикетом. Конструкция пленочного конденсатора компании Wima приведена на рис. 2.

Рис. 2. Конструкция пленочного конденсатора компании Wima

Так же как и в ситуации с MLCC, пленочные конденсаторы имеют большое количество конструктивных исполнений, в основном разделенных на три большие группы c корпусами для поверхностного монтажа (SMD) и выводными корпусами с радиальным (Radial) и аксиальным (Axial) расположением выводов. На рис. 3 представлены некоторые примеры исполнений по информационным материалам фирмы Kemet и промышленной группы Exxelia.

Рис. 3. Виды корпусов пленочных конденсаторов от Kemet и Exxelia:
а) SMD-исполнение от Kemet с размерами 12,7×11,5×6,5 мм;
б) SMD Kemet в корпусе DIL6 с минимальными размерами 11×12,2×6,05 мм;
в) низкоиндуктивные SMD-конденсаторы с самовосстановлением от Exxelia;
г) SMD высокочастотные SMPS Exxelia;
д) радиальный конденсатор с сериальным резистором от Kemet;
е) радиальный Exxelia, выводы с резьбой или в виде контактного лепестка;
ж) радиальный высоковольтный до 1000 В, Exxelia;
з) точный радиальный от Exxelia, каждая обкладка соединена с двумя выводами;
и) аксиальный от Kemet для SMPS-применений;
к) аксиальный низкоиндуктивный от Exxelia;
л) аксиальный высоковольтный до 2200 В от Exxelia;
м) аксиальный Exxelia, имеется исполнение, при котором один из выводов соединен с корпусом

Пленочные конденсаторы применяются, как правило, в сильноточных импульсных устройствах, в том числе работающих в нагруженных режимах с малыми скважностями. Хотя эта область электронной техники напрямую не связана с заявленной темой статьи, тем не менее краткий экскурс в нее оправдан, поскольку в развитии электронной индустрии виден процесс конвергенции, при котором высокочастотные устройства становятся сильноточными, а импульсная техника работает на все больших частотах.

В качестве диэлектрика в них чаще всего применяются поликарбонат, полиэстер и полипропилен, которые называют «большой тройкой» пленочных конденсаторов. Эти диэлектрики применяет большинство фирм — производителей пленочных конденсаторов. Хотя в последнее время на первое место выходит полифенилен сульфид (PPS), который активно замещает конденсаторы из поликарбоната [4]. Достаточно распространены на рынке и конденсаторы с диэлектриком из пропитанной бумаги.

Класс пленочных конденсаторов условно делится на два основных типа. Те конденсаторы, у которых металлические обкладки выполняются из фольги (например, тонкой фольги хрома), называются фольговыми. В англоязычной литературе принят термин all-film либо foiled. Встречается также термин film/foil. Ко второму типу относятся конденсаторы, чьи обкладки выполняются непосредственным напылением на пленку диэлектрика тонкой пленки металла. Это металлизированные конденсаторы, или metallized. В количественном соотношении металлизированные конденсаторы выпускаются в значительно больших объемах, чем фольговые. При этом фирмы-производители стараются разрабатывать и использовать проприетарные технологии изготовления для продвижения своей продукции. Так, перед напылением металлической пленки компания AVX проводит обработку диэлектрика коронным разрядом для лучшего сцепления полимера и металла. О причинах количественного неравенства между фольговыми и металлизированными конденсаторами будет сказано ниже.

В зависимости от типа полимера, который используется в качестве диэлектрика, пленочные конденсаторы можно разбить на три большие группы:

Поликарбонат. Этот материал имеет низкий температурный дрейф (ниже, чем у других материалов), малый коэффициент рассеяния и диэлектрической абсорбции. Конденсаторы на основе поликарбоната применяются в импульсных цепях и прецизионных аналоговых устройствах в тех случаях, когда требуется хорошая температурная стабильность и высокий температурный коэффициент. В отличие от других диэлектриков имеет низкую устойчивость к влажности, что весьма критично в некоторых областях применения. Конденсаторы из поликарбоната имеют высокое тепловое сопротивление (до +125 °C), но плохо подходят для поверхностного монтажа. Большинство производителей рекомендует использовать поликарбонатные пленочные конденсаторы в автомобильных приложениях. Наиболее известные производители конденсаторов этого типа — Kemet PN, Electronic Concepts Inc, American Capacitor Corporation, EFC Wesko.
Полиэстер. Этот материал, вероятно, самый популярный в пленочных конденсаторах, во всяком случае для монтажа на плату. Полиэстер — другое название класса аналогичных полимеров на основе полиэтилена терефталата. Европейское название — милар, PET, PETE или PETP. Высокий коэффициент рассеяния, особенно с ростом частоты, позволяет применять конденсаторы на основе полиэстера в цепях постоянного тока, в низкочастотных импульсных цепях с малым током или в источниках питания. Конденсаторы на основе полиэстера имеют высокий температурный дрейф, но их совместное подключение с конденсаторами на основе полипропилена позволяет выравнивать температурную кривую. Конденсаторы этого типа имеют номиналы 1 нФ – 10 мкФ и выше (речь идет в основном о конденсаторах до 1000 В). Высокое тепловое сопротивление позволяет применять их для поверхностного монтажа. Наиболее известные производители конденсаторов на основе полиэстера — EFC Wesko, Richey, Southern Electronics Inc.
Полипропилен. Конденсаторы на основе полипропилена (РР) являются самым распространенным типом пленочных конденсаторов. Они выпускаются в очень широком диапазоне размеров и рабочих напряжений и применяются во многих электрических цепях. РР имеет низкий коэффициент рассеяния во всем диапазоне рабочих температур и в широком диапазоне частот. Это позволяет применять данный тип конденсаторов в высокочастотных цепях и в цепях с высоким током нагрузки, например в импульсных источниках питания. Некоторые типы конденсаторов имеют рабочее напряжение выше 400 кВ переменного тока. Они предназначены для замены старых моделей электролитических и бумажно-масляных конденсаторов. Конденсаторы данного типа имеют номиналы емкостей 100 пФ – 10 мкФ. Малая утечка и низкий коэффициент диэлектрической абсорбции позволяют применять полипропиленовые конденсаторы в интегрирующих цепях и в цепях выборки и хранения. Влияние влажности незначительное. По температурному дрейфу они немногим превосходят конденсаторы на основе полиэстера, поэтому их эксплуатация ограничена температурой +105 °C и делает невозможным их применение для поверхностного монтажа. Наиболее известные производители конденсаторов на основе полипропилена — Susco, RTI Electronics, TSC Electronics, Suntan.

Интересно практическое количественное сравнение различных типов диэлектриков, данное в материалах фирмы Kemet [4] (табл. 1). Отметим, что в таблице сопротивление изоляции представлено в виде постоянной времени саморазряда конденсатора (секунды) после минутного заряда напряжением 100 или 500 В, в зависимости от типа испытуемого конденсатора.

**Таблица 1.** Сравнение типов диэлектриков (Kemet)
Материал диэлектрика	Аббревиатура	Минимальная толщина, мкм	Диэлектрическая константа (1 кГц, +23 °C)	Нормальная рабочая температура, °C (расширенная)	Температурный коэффициент, ppm/°C	Тангенс угла потерь (1 кГц, +23 °C), %	Сопротивление изоляции, с	Диэлектрическая абсорбция, %
Полиэстер	PET	0,9	3,3	–55…+100 (+125)	+400 (±200)	0,5	25 000	0,5
Полиэтилен нафталат	PEN	1,4	3	–55…+125 (+150)	+200 (±150)	0,4	25 000	1,2
Поликарбонат	PC	2	2,8	–55…+125	0 (±100) нелинейно	0,15	25 000	0,06
Полифенилен сульфид	PPS	1,2	3	–55…+125 (+175)	0 (–50)…+100 °C	0,06	50 000	0,05
Полипропилен	PP	2,4	2,2	–55…+105 (+125)	–200 почти линейно	0,03	100 000	0,01
Пропитанная бумага	P	8	5,5	–40…+115	+1200 (±200)	0,8	15 000	–

Сильноточные и высоковольтные

Еще одно эксклюзивное свойство пленочных конденсаторов, не присущее другим видам, — так называемое управляемое самовосстановление после пробоя (self-healing). Оно определяется не только и не столько свойствами пленки, сколько уже в целом конструкцией конденсатора. Свойством самовосстановления обладают только металлизированные конденсаторы. Суть его заключается в том, что в случае пробоя диэлектрика (в силу разных причин) ток короткого замыкания локализуется в определенном месте диэлектрика, где возник дефект, уменьшивший сопротивление слоя изоляции. При этом плотность тока такова, что происходит испарение металлизированного слоя в локальной области на двух прилежащих обкладках конденсатора. Испарение металла изолирует проблемную область диэлектрика. Лавинного пробоя не происходит. Работоспособность восстанавливается. Этот процесс иллюстрирует рис. 4 из материалов фирмы Wima.

Рис. 4. Процесс управляемого самовосстановления (Wima)

Как следует из данных производителя, локальные дефекты сопротивления изоляции чаще всего возникают в местах сгиба металлизированной пленки при формировании объема конденсатора вследствие механических напряжений. На рис. 5 представлена микрофотография участка пробоя.

Рис. 5. Участок пробоя (Wima)

Надежная система самовосстановления создает своеобразный синергетический эффект, поскольку позволяет повысить энергетическую эффективность металлизированных конденсаторов за счет увеличения рабочей напряженности электрического поля.

Общепринятая практика рекомендует завершение эксплуатации конденсатора после изменения емкости более чем на 2% (из-за локальных пробоев). При этом понятно, что по достижении такой величины падения емкости конденсатор по-прежнему работоспособен и, следовательно, решение о продлении эксплуатации принимает техперсонал объекта. Такая возможность увеличивает выгоды применения пленочных конденсаторов.

Наличие эффекта самовосстановления в немалой степени способствовало использованию пленочных конденсаторов в сильно-
точной, высоковольтной и импульсной технике. С ним же связано и количественное преобладание на рынке металлизированных конденсаторов по сравнению с фольговыми.

Однако необходимо отметить, что фольговые конденсаторы имеют достаточно устойчивую нишу применения. Это связано с некоторыми параметрами данных конденсаторов, которые лучше, чем у металлизированных. Так, именно из-за применения фольги, значительно более толстой, чем напыляемая пленка, снижается переходное сопротивление в области соединения обкладок с внешним выводом. Благодаря этому фольговые конденсаторы часто предпочтительнее металлизированных в импульсных устройствах. Второй важный плюс фольговых конденсаторов — низкий ток утечки неметаллизированной пленки.

Опять же для сравнения отметим, что фольговые конденсаторы не имеют процесса восстановления после пробоя в том виде, как это только что описано для металлизированных конденсаторов. Это связано с тем, что толщина фольги в фольговом конденсаторе может до 1000 раз превышать толщину металлической пленки в металлизированном конденсаторе. При пробое фольгового конденсатора утилизирующейся в канал пробоя энергии недостаточно для испарения металла, именно из-за его толщины. Происходит сплавление двух обкладок конденсатора.

Тем не менее в фольговых конденсаторах также используются технологии самовосстановления. Примером тому может служить продукция немецкой фирмы Electronicon. Речь идет об их силовых высоковольтных косинусных конденсаторах [5]. Эти изделия выполнены по all-film-технологии и представляют собой набор однотипных спирально намотанных секций, помещенных в общий корпус и имеющих смешанное последовательно-параллельное соединение (рис. 6).

Рис. 6. Схема соединений высоковольтного конденсатора и принцип самовосстановления

Как видно на рис. 6, каждая из параллельно включенных секций защищена плавкой вставкой, представляющей собой медную проволоку диаметром 0,25–0,35 мм. В случае пробоя с последующим коротким замыканием предохранитель отключает неисправную секцию. Конденсатор сохраняет работоспособность с потерей емкости в пределах 1,5–5%. На рис. 6 представлен пример того, как изменится емкость конденсатора в случае перегорания предохранителей в двух секциях изделия. Красной стрелкой показано снижение емкости и реактивной мощности.

Системы внутренней защиты в изделиях компании Electronicon отслеживают состояние конденсатора на протяжении всего жизненного цикла. Известно, что в конце срока службы при большом количестве самовосстанавливающихся пробоев в металлизированных конденсаторах или в результате перегрузок по напряжению или температуре внутри корпуса конденсатора может возникнуть избыточное давление с возможностью катастрофического отказа. Защитой в таких случаях является предохранитель-прерыватель избыточного давления [6], используемый в сериях E62, E63, E65 (рис. 7).

Рис. 7. Предохранитель-прерыватель (Electronicon)

Корпус конденсатора оснащен элементом защиты от повышенного давления. В качестве такового может работать либо гибкая крышка корпуса, либо зигованный желоб на корпусе изделия. Один из выводов конденсатора выполняется внутри корпуса в виде струны с ослабленным участком. При повышении давления и появлении выпуклости на крышке либо растяжении зиговки происходит обрыв проводника в месте тарированного ослабления.

Как мы уже убедились, пленочным конденсаторам в высокой степени свойственны технологии внутренней защиты и поддержания работоспособности.

Вкратце отметим основные исполнения выводных пленочных конденсаторов. В современной практике конденсаторы средней мощности чаще всего изготавливаются по сухой технологии (газонаполненные), а высокой мощности делают маслонаполненными. Для многих приложений используется заполнение корпуса конденсатора полиуретановыми смолами (твердый наполнитель). В качестве жидкого наполнителя наиболее часто применяется рапсовое масло. Применение наполнителей (кроме газа) позволяет повысить пробивное напряжение конденсатора, увеличить работоспособность при низких температурах, улучшить экологические параметры производства, эксплуатации и утилизации конденсаторов.

Необходимо обратить внимание на тот факт, что все перечисленные достоинства пленочных конденсаторов стимулируют замену электролитических конденсаторов пленочными. Процесс этот идет достаточно давно и замедляется только тем, что оксидные конденсаторы пока еще часто выигрывают в ценовом отношении (табл. 2).

**Таблица 2.** Сравнение основных параметров пленочных и оксидных конденсаторов [7]
Пленочные конденсаторы	Электролитические конденсаторы
Допускается двукратная перегрузка по напряжению	Максимальная перегрузка в 1,2 раза
Выдерживают броски обратного напряжения	Нет
Выдерживают быстрый разряд	Нет
Обеспечивают эффективный ток до ~1 Аrms/мкФ	Примерно в 40 раз меньше
Нет риска выбросов вредных веществ	Используется кислота
Высокая надежность	Средний срок службы меньше в 10 раз, чем у пленочных
В конце срока службы максимальное уменьшение емкости 5%. Можно использовать и после заявленного срока службы	Снижение емкости до 30%
Длительное хранение не влияет на характеристики	После длительного хранения необходимо их восстановление

Заключение

В завершение разговора об органических полимерных конденсаторах отметим, что полимерные и основанные на сходных технологиях конденсаторы имеют широчайшую область, точнее, даже области применения. Граница разделения тут в основном проходит по типу корпуса. Чипированные изделия применяются в индустрии ВЧ, в то время как основная область применения выводных конденсаторов — это сильноточная техника. Силовые приводы электротранспорта, генераторы энергии, мощные импульсные устройства, источники питания, промышленные индукционные установки и сварка, мощные лазеры и сильноточная техника военного применения.

Основными производителями полимерных конденсаторов являются AVX и его подразделение TPC (Thomson Passive Component), Spectrum Advanced Specialty Products, Pilkor Electronics Co., Elpac Components, Wima, Eurofarad, Vishay Intertechnology, Seacor, Kemet, Faratronic Co. Ltd., Ixis, Cornell Dubilier, Epcos, TDK, JARO Components Ink., Electronicon Kondensatoren Gmbh., Exxelia, Sprague-Goodman Electronics Inc., Electronic Concepts Inc., American Capacitor Corporation, EFC Wesko, Richey, Southern Electronics Inc., Susco, RTI Electronics, TSC Electronics, Suntan.

Статья опубликована в №6’2020 журнала «Компоненты и технологии»

Литература

Stratigos J. Capabilities of Multi-Layer Organic Packaging // Microwave Jornal. 2007. September.
Menendez E. Dielectric Absorption of Multilayer Organic (MLO) Capacitors. US, AVX. 2014.
RF Passive Components Made Using Multi-Layer Organic Technology.
kemet.com/Lists/ProductCatalog/Attachments/155/F9000_GenInfo_SMD.pdf
Шишкин С., Юшков А. Новое поколение косинусных конденсаторов среднего напряжения компании Electronicon // Силовая электроника. 2007. № 2.
electronicon.com/fileadmin/inhalte/pdfs/produkte/leistungselektronik/allgemein/PEC_application_notes.pdf
Самойлова М. Пленочные конденсаторы AVX/TPC // Компоненты и технологии. 2007. № 5.

Как работают суперконденсаторы? — Объясните это.

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 4 апреля 2022 г.

Если вы думаете, что электричество сегодня играет большую роль в нашей жизни, вы «еще ничего не видели»! В ближайшие несколько десятилетий наши автомобили, работающие на ископаемом топливе, и отопление домов должны будут перейти на электроэнергию. также, если у нас есть надежда предотвратить катастрофические климатические изменять. Электричество — чрезвычайно универсальная форма энергии, но имеет один большой недостаток: его относительно трудно хранить в спешке. Аккумуляторы могут хранить большое количество энергии, но на это уходят часы. заряжать. Конденсаторы, напротив, заряжаются почти мгновенно, но хранят лишь незначительное количество энергии. В нашем электрическом будущем когда нам нужно хранить и высвобождать большое количество электроэнергии очень быстро, вполне вероятно, мы обратимся к суперконденсаторам (также известные как ультраконденсаторы), которые объединить лучшее из обоих миров. Что они собой представляют и как они работают? Давайте посмотрим поближе!

Фото: Стек суперконденсаторов Maxwell, используемых для накопления энергии в электромобилях. Фото Уоррена Гретца предоставлено Министерством энергетики США/NREL (Министерство энергетики США/Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии), NREL image id#46619.

Содержимое

Как сохранить электрический заряд?
Что такое суперконденсатор?
Чем суперконденсаторы отличаются от батарей и обычных конденсаторов?
Для чего используются суперконденсаторы?
Узнать больше

Как сохранить электрический заряд?

Батареи и конденсаторы выполняют одинаковую работу — накапливают электричество, — но совершенно по-разному.

Батареи имеют две электрические клеммы (электрода), разделенные химическим вещество, называемое электролитом. Когда вы включаете питание, происходят химические реакции с участием как электродов, так и электролит. Эти реакции превращают химические вещества внутри батареи в другие вещества, высвобождая электрическую энергию, когда они идти. Как только все химические вещества будут израсходованы, реакции остановятся и батарея разряжена. В перезаряжаемой батарее, такой как литий-ионный блок питания, используемый в портативном компьютере или MP3-плеере реакции могут с удовольствием бегают в любом направлении, так что обычно вы можете заряжать и разряжать сотни раз, прежде чем батарея потребует замены.

Фото: Типичная угольно-цинковая батарея имеет накопленное на заводе электричество и может быть разряжена только один раз, прежде чем ее придется выбросить. Такие батареи дороги в использовании и вредны для окружающей среды — каждый год во всем мире выбрасываются миллиарды таких батарей.

В конденсаторах для хранения энергии используется статическое электричество (электростатика), а не химия. Внутри конденсатора есть две проводящие металлические пластины с изолирующим материалом, называемым диэлектриком, между ними — это диэлектрик. бутерброд, если хотите! Зарядка конденсатора немного напоминает трение воздушного шара о свитер. чтобы он прилип. Положительные и отрицательные электрические заряды накапливаются на пластинах, а расстояние между ними, препятствующее их соприкосновению, накапливает энергию. Хороший диэлектрик позволяет конденсатору определенного размера сохранять больше заряда при том же напряжении, чем конденсатор с худшим диаметром, поэтому можно сказать, что он делает конденсатор более эффективным в качестве устройства накопления заряда.

Фото: Типичные электролитические конденсаторы в электронной схеме. Каждая из них хранит в несколько раз меньше энергии, чем батарея, но может мгновенно заряжаться и разряжаться почти любое количество раз. В отличие от батареи, положительные и отрицательные заряды в конденсаторе полностью создаются статическим электричеством; никаких химических реакций не происходит.

Конденсаторы имеют много преимуществ перед батареями: они меньше весят, как правило, не содержат вредные химические вещества или токсичные металлы, и их можно заряжать и разряжался миллионы раз, не изнашиваясь. Но они имеют и большой недостаток: килограмм за килограммом, их базовая конструкция не позволяет им хранить что-либо вроде того же количества электрическая энергия в виде аккумуляторов.

Можем ли мы что-нибудь с этим сделать? Вообще говоря, вы можете увеличить энергию конденсатор будет хранить либо с использованием лучшего материала для диэлектрика или с использованием больших металлических пластин. Для хранения значительного количества энергии, вам нужно будет использовать абсолютно огромные тарелки. Грозовые тучи, например, являются сверхгигантскими конденсаторами, которые хранят огромное количество энергии — и все мы знаем, насколько они велики! Что об усилении конденсаторов за счет улучшения диэлектрического материала между плитами? Изучение этого варианта привело ученых к разработке суперконденсаторы в середине 20 века.

Художественное произведение: Батареи отлично подходят для хранения большого количества энергии в относительно небольшом пространстве, но они тяжелые, дорогие, медленно заряжаются, имеют ограниченный срок службы и часто изготавливаются из токсичных материалов. Обычные конденсаторы лучше почти во всех отношениях, но не так хороши для хранения большого количества энергии.

Что такое суперконденсатор?

Суперконденсатор (или ультраконденсатор) отличается от обычного конденсатора двумя важными моментами: его пластины фактически имеют гораздо большую площадь, а расстояние между ними намного меньше, потому что разделитель между ними работает иначе, чем обычный диэлектрик. Хотя слова «суперконденсатор» и «ультраконденсатор» часто используются как взаимозаменяемые, между ними есть разница: обычно они построены из разных материалов и структурированы немного по-разному, поэтому они хранят разное количество энергии. Для целей этого простого введения мы предположим, что это одно и то же.

Как и обычный конденсатор, суперконденсатор имеет две разделенные пластины. Пластины изготовлены из металла, покрытого пористым веществом, таким как порошкообразный активированный уголь, что фактически дает им большую площадь для хранения большего количества заряда. Представьте на мгновение, что электричество — это вода: если обычный конденсатор похож на ткань, которая может убрать лишь крошечную каплю жидкости, то пористые пластины суперконденсатора делают его больше похожим на толстую губку, которая может впитать во много раз больше. Пористые пластины суперконденсаторов — электрические губки!

А разделитель между пластинами? В обычном конденсаторе пластины разделены относительно толстым диэлектриком, сделанным из чего-то вроде слюды (керамики), тонкой пластиковой пленки или даже просто воздуха (в чем-то вроде конденсатора, который действует как регулятор настройки внутри радиоприемника). Когда конденсатор заряжается, на одной пластине образуются положительные заряды, а на другой — отрицательные, создавая между ними электрическое поле. Поле поляризует диэлектрик, поэтому его молекулы выстраиваются в направлении, противоположном полю, и уменьшают его напряженность. Это означает, что пластины могут хранить больше заряда при заданном напряжении. Это показано на верхней диаграмме, которую вы видите здесь.

Рисунок: Вверху: Обычные конденсаторы накапливают статическое электричество, накапливая противоположные заряды на двух металлических пластинах (синяя и красная), разделенных изолирующим материалом, называемым диэлектриком (серый). Электрическое поле между пластинами поляризует молекулы (или атомы) диэлектрика, заставляя их ориентироваться в направлении, противоположном полю. Это снижает напряженность поля и позволяет конденсатору хранить больше заряда при заданном напряжении. Подробнее читайте в нашей статье о конденсаторах.

Внизу: Суперконденсаторы хранят больше энергии, чем обычные конденсаторы, создавая очень тонкий «двойной слой» заряда между двумя пластинами, которые сделаны из пористых, обычно углеродсодержащих материалов, пропитанных электролитом. Пластины фактически имеют большую площадь поверхности и меньшее разделение, что дает суперконденсатору способность хранить гораздо больше заряда.

В суперконденсаторе диэлектрика как такового нет. Вместо этого обе пластины пропитаны электролитом и разделены очень тонким изолятором (который может быть сделан из углерода, бумаги или пластика). Когда пластины заряжены, противоположный заряд формируется с обеих сторон сепаратора, создавая так называемый двойной электрический слой толщиной всего в одну молекулу (по сравнению с диэлектриком, толщина которого может варьироваться от нескольких микрон до миллиметра). больше в обычном конденсаторе). Вот почему суперконденсаторы часто называют двухслойными конденсаторами, также называемыми электрическими двухслойными конденсаторами или EDLC). Если вы посмотрите на нижнюю диаграмму на иллюстрации, вы увидите, что суперконденсатор похож на два обычных конденсатора, расположенных рядом.

Емкость конденсатора увеличивается с увеличением площади пластин и уменьшением расстояния между пластинами. Короче говоря, суперконденсаторы получают гораздо большую емкость за счет комбинации пластин с большей эффективной площадью поверхности (из-за их конструкции из активированного угля) и меньшего расстояния между ними (из-за очень эффективного двойного слоя).

Первые суперконденсаторы были изготовлены в конце 1950-х годов с использованием активированного угля в качестве пластин. С тех пор достижения в материаловедении привели к разработке гораздо более эффективных пластин из таких материалов, как углеродные нанотрубки (крошечные углеродные стержни, построенные с использованием нанотехнологии), графен, аэрогель и титанат бария.

Чем суперконденсаторы отличаются от батарей и обычных конденсаторов?

Фотографии: Иногда суперконденсаторы могут использоваться в качестве прямой замены батарей. Вот беспроводная дрель, работающая от батареи суперконденсаторов, для использования в космосе, разработанная НАСА. Большим преимуществом перед обычной дрелью является то, что ее можно заряжать за секунды, а не за часы. Астронавты, выходящие в открытый космос, не всегда могут ждать всю ночь, чтобы начать свои тренировки! Фото предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА (NASA-GRC).

Основная единица измерения электрической емкости называется фарад (Ф) в честь британского химика и физика-первопроходца. Майкл Фарадей (1791–1867). Типичные конденсаторы, используемые в электронных схемах, хранят лишь незначительное количество электричества (их обычно измеряют в единицах, называемых микрофарадами (миллионными долями фарад), нанофарадами (миллиардными долями фарад), или пикофарады (триллионные доли фарада). Напротив, типичный суперконденсатор может накапливать заряд в тысячи, миллионы или даже миллиарды раз больше (оценивается в фарадах). Самые большие коммерческие суперконденсаторы, производимые такими компаниями, как Maxwell Technologies®, имеют номинальную емкость до нескольких тысяч фарад. Это по-прежнему составляет лишь часть (может быть, 10–20 процентов) электроэнергии, которую вы можете упаковать в аккумулятор. батарея. Но большое преимущество суперконденсатора в том, что он может хранить и отдавать энергию почти мгновенно — гораздо быстрее, чем батарея. Это потому, что суперконденсатор работает, создавая статические электрические заряды. заряды на твердых веществах, в то время как батарея основана на зарядах, которые медленно производятся в результате химических реакций, часто с участием жидкостей.

Батареи и суперконденсаторы часто сравнивают по энергии и мощности. В повседневной речи эти два слова взаимозаменяемы; в науке мощность — это количество энергии, используемой или произведенной за определенный промежуток времени. Батареи имеют более высокую плотность энергии (они хранят больше энергии на единицу массы), но суперконденсаторы имеют более высокую плотность мощности (они могут выделять энергию быстрее). Это делает суперконденсаторы особенно подходящими для относительно быстрого накопления и высвобождения больших объемов энергии, но батареи по-прежнему являются основными для хранения больших объемов энергии в течение длительных периодов времени.

Хотя суперконденсаторы работают при относительно низком напряжении (возможно, 2–3 вольта), их можно соединить последовательно (как батареи) для получения более высокого напряжения для использования в более мощном оборудовании.

Поскольку суперконденсаторы работают электростатически, а не через обратимые химические реакции, они теоретически могут быть заряжены и разряжаться любое количество раз (листы спецификаций для коммерческих суперконденсаторы предполагают, что вы можете включить их, возможно, миллион раз). У них мало или нет внутреннего сопротивления, что означает, что они накапливают и выделяют энергию. не потребляя много энергии и работая на скорости, близкой к 100 процентная эффективность (97–98% обычно).

Для чего используются суперконденсаторы?

Если вам необходимо хранить разумное количество энергии в течение относительно короткого времени (от нескольких секунд до нескольких минут), у вас слишком много энергии, чтобы хранить в конденсаторе, и у вас нет времени зарядить аккумулятор, суперконденсатор может быть именно то, что вам нужно. Суперконденсаторы были широко используются в качестве электрических эквивалентов маховиков в машинах — «энергетические резервуары», которые сглаживают подвод электроэнергии к электрическим и электронное оборудование. Суперконденсаторы также могут быть подключены к батареи для регулирования мощности, которую они обеспечивают.

Фотографии: большой суперконденсатор, используемый для накопления энергии в гибридном автобусе. Суперконденсаторы используются в рекуперативных тормозах, широко применяемых в электромобилях. Фото предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА (NASA-GRC).

Одним из распространенных применений являются ветряные турбины, где очень большие суперконденсаторы помогают сгладить прерывистую мощность, подаваемую ветром. В электрических и гибридных транспортные средства, суперконденсаторы все чаще используются в качестве временных запасы энергии для рекуперативного торможения (где Энергия, которую транспортное средство обычно расходует при остановке, ненадолго сохраняется и затем повторно используется, когда он снова начинает двигаться). Моторы, которые управляют электромобили работают от источников питания, рассчитанных на сотни вольт, что означает, что сотни суперконденсаторов, соединенных последовательно, необходимо для хранения нужного количества энергии в типичном регенеративном тормоз.

Благодаря таким приложениям будущее суперконденсаторов выглядит очень радужным. А Отчет Allied за 2020 г. Market Research оценил мировой рынок суперконденсаторов в скромные 3,27 миллиарда долларов в 2019 году, но предсказал, что достигнет 16,95 млрд долларов в 2027 году — пятикратный рост всего за несколько лет!

Узнайте больше

На этом сайте

Батарейки
Конденсаторы
Электричество
Рекуперативные тормоза

Книги

Суперконденсаторы: материалы, системы и приложения М. Олис Скибио, Б. Вишванатан. Elsevier, 2020. Исследует проблему разработки суперконденсаторов через призму материаловедения: из каких материалов получаются лучшие электроды и электролиты?
Суперконденсаторы: материалы, системы и приложения Франсуа Бегена и Эльжбеты Фраковяк (редакторы). John Wiley & Sons, 2013. Всесторонний текущий обзор электрохимии и применения суперконденсаторов.
Электрохимические суперконденсаторы для хранения и доставки энергии: основы и применение Айпинг Ю, Виктор Шабо и Цзюцзюнь Чжан. CRC Press, 2013. В этой книге большое внимание уделяется практическим применениям, а также истории, производству, будущим задачам и направлениям исследований.
Электрохимические суперконденсаторы: научные основы и технологические приложения, Б. Э. Конвей. Springer, 1999. Объясняет основы науки о двухслойных конденсаторах и различиях между суперконденсаторами и батареями, прежде чем рассматривать такие области применения, как электромобили и компьютерная память.

Статьи

Превращение кирпичей в суперконденсаторы Мария Галлуччи, IEEE Spectrum, 13 августа 2020 г. Как превратить обычные кирпичи в накопители энергии с помощью простого полимерного покрытия.
Мыло, моющие средства и даже слабительные могут зарядить альтернативу аккумулятору, СяоЧжи Лим, IEEE Spectrum, 22 августа 2019 г. Как новые электроды могут помочь суперконденсаторам увеличить их емкость накопления энергии.
Напечатанный на 3D-принтере графеновый аэрогель обеспечивает самую высокую емкость для суперконденсатора от Dexter Johnson. IEEE Spectrum, 23 октября 2018 г.
Прорыв в хранении энергии может сократить время зарядки электромобилей Адам Вон, The Guardian, 26 февраля 2018 г. Могут ли суперконденсаторы с быстрой зарядкой революционизировать срок службы «аккумуляторов» в электромобилях?
Нановолокна могут придать аккумуляторным электродам необходимое ускорение от Декстера Джонсона. IEEE Spectrum, 29 сентября 2017 г.
Цветок можно использовать как суперконденсатор: Physics World, 28 февраля 2017 г. Шведские ученые, которые превратили розу в транзистор, теперь использовали аналогичные идеи для создания суперконденсатора.
Как микроскопический суперконденсатор будет перезаряжать мобильную электронику Махер Ф. Эль-Кади и Ричард Б. Канер. IEEE Spectrum, 28 сентября 2015 г. Крошечные плоские графеновые суперконденсаторы могут привести к большому прогрессу в микроэлектроники, что делает повседневные гаджеты меньше, дешевле и с гораздо более длительным временем автономной работы.
Supercapacitors делают огромный скачок в производительности Декстер Джонсон, IEEE Spectrum, 28 мая 2015 г. Корейские ученые добились четырехкратного увеличения плотности энергии для суперконденсаторов на основе графена.
Ученые должны перестать путать аккумуляторы и суперконденсаторы, утверждают эксперты, Прачи Патель, IEEE Spectrum, 18 марта 2014 г. Почему переупаковывать аккумуляторы в суперконденсаторы неправильно и бесполезно.
Графеновый суперконденсатор бьет рекорд по хранению, Belle Dumé, Physics World, 26 ноября 2010 г. Как исследователи построили суперконденсатор на основе графена с плотностью энергии, аналогичной никель-металлогидридным батареям.
«UltraBattery» может поставить гибрид в каждый гараж, Мэтью Феникс, Wired, 25 января 2008 г. Как сочетание старомодных свинцово-кислотных аккумуляторов и суперконденсаторов может сэкономить на эксплуатационных расходах в гибридных автомобилях.

Патенты

В патентах вы найдете более глубокие технические детали; вот небольшая, но репрезентативная выборка:

US20180197690A1: многослойные графеновые пленки, устройства накопления энергии с использованием многослойных графеновых пленок в качестве электродов, а также методы производства многослойных графеновых пленок и устройств накопления энергии Донг-Вук Ли и др. , Samsung, 12 июля 2018 г. Суперконденсатор на основе графена имеет электроды, которые тоньше, дешевле и более гибкие, чем электроды на основе более ранних материалов, таких как оксид индия-олова (ITO).
US6697249B2: Суперконденсатор и способ изготовления такого суперконденсатора, Юрий Малетин и др., FOC Frankenburg Oil Co, 24 февраля 2004 г. В этой конструкции электроды изготовлены из порошков наноструктурированного углерода (SNC).
US6187061: Структура суперконденсатора и способ ее изготовления, Гленн Г. Аматуччи и др., Telcordia, 13 февраля 2001 г. Суперконденсатор на основе композитных электродов с полимерной матрицей.
US5426561A: Ультраконденсаторы и суперконденсаторы с высокой плотностью энергии и высокой плотностью мощности, авторы Шиао-Пин С. Йен и Кэрол Р. Льюис, НАСА, 20 июня 1995. Описано использование тонкополимерных электродов.