Superkondensaattorit

Abstract

Opinnäytetyössä käsiteltiin superkondensaattoreita,koska ne yleistyvät energian varastoinnissa. Opinnäytetyön tarkoituksena ja tavoitteena oli antaa lukijalle kattava käsitys superkondensaattoreista kertomalla niiden toimintaperiaatteesta, tyypeistä, käyttökohteista ja tulevaisuudennäkymistä. Superkondensaattoreita myös vertailtiin muihin energian varastointimenetelmiin. Tutkimusmenetelmänä oli aihetta käsitteleviin lähteisiin perehtyminen ja asiantuntijan kanssa kommunikoiminen.

Saatiin tietää, että superkondensaattorit jaetaan energian varastointitavan mukaan kolmeen tyyppiin: kaksikerroksisiin kondensaattoreihin, pseudokondensaattoreihin ja edellisten ominaisuuksia yhdistäviin hybridikondensaattoreihin. Opinnäytetyön tuloksena selvisi, että mikään superkondensaattorityyppi ei ole korvaamassa akkuja lähitulevaisuudessa, vaikka ne kaikki ovatkin edistysaskelia kondensaattoriin nähden. Selville saatiin myös, että superkondensaattoreita käytetään sähkön laadun hallinnassa ja sääriippuvien energiantuotantomuotojen tuotantotehon vaihteluidentasaamisessa. Osoittautui, että superkondensaattorit edistävät sähköajoneuvojen yleistymistä mahdollistamalla korkean lataustehon akkujen rinnalla käytettynä paikallisessaenergiavarastossa. On useita vaihtoehtoisia energian varastointimuotoja, kuten akku, energian varastointi vetyyn tai lämmöksi, pumppuvoimalaitos, paineilmavarasto, vauhtipyörä ja suprajohtava magneettinen energiavarasto.

Pääteltiin, että energian varastointimuotona superkondensaattori soveltuu parhaiten käytettäväksi, kun energiavarastolta edellytetään suurta tehoa, mutta pieni energia riittää. Vertailu muihin energian varastointimuotoihin antaakäsityksen, että superkondensaattorin yleistymistä hidastaa suhteellisen alhainen energiatiheys. Johtopäätöksenä voidaan todeta, että superkondensaattorien energiatiheyden parantaminen lisää niiden käyttömahdollisuuksia.

The purpose of this thesis was to further the reader’s understanding of supercapacitors. The theory of operation, different types, uses and prospects of supercapacitors were elaborated on. Supercapacitors were also compared with other energy storage methods. The research methods used were to delve into the sourcematerial on the subject matter and to communicate with an expert.

There are three supercapacitor types based on energy storage principle: double-layer capacitors, pseudocapacitors and hybrid capacitors, which combine the properties of the first two types. Supercapacitors are not about to replace rechargeable batteries in the near future, although they represent considerable progress from the capacitor. Supercapacitors are used in power quality management and to even out variations in the power output of weather dependent forms of power production. Supercapacitors facilitate the commercial success of electric vehicles by enabling higher charge power when used in parallel with rechargeable batteries in a local energy storage.

The best applications for a supercapacitor have a high power demand accompanied by a low energy need. Comparison with other forms of energy storage implies that the relatively low energy density of supercapacitors hinders their commercial success. In conclusion, improving the energy density of supercapacitors will increase their application potential.