Sáng tạo : Siêu tụ điện và dòng thác Cách mạng trữ năng ...

[d0ngn4t]

so sánh siêu tụ với pin và tụ thường

[d0ngn4t]

Đặc tính của tụ điện được diễn tả bằng điện dung C và có công thức như sau,
C =εA/d
trong đó ε là hằng số điện môi, A là diện tích của điện cực và d là khoảng cách giữa hai điện cực. Vì vậy, để điện có thể "tụ" ở mật độ cao (điện dung C cao), ε phải to, A rộng và d hẹp. Ta có thể làm một tụ điện đơn giản bằng cách dùng hai miếng nhôm mỏng làm điện cực và một tấm giấy mỏng kẹp ở giữa.
Ta thử làm một con tính nếu ta nạp điện cho một tụ điện từ một cục pin AA (1,5 V). Cục pin AA có thể tạo một giòng điện có cường độ 2,8 A trong 1 giờ. Ta có những công thức cơ bản như sau,
Q=It
Q (Coulomb): điện lượng, I (Ampere): cường độ dòng điện, t (giây): thời gian;
C=Q/V
V (Volt): điện áp của nguồn điện.
Sau khi được nạp điện từ cục pin AA trong thời gian 1 giờ (3600 giây), tụ điện sẽ có điện dung là,
C = (2,8 x 3600)/1,5 = 6720 Farads (5)
Một tụ điện thông thường mang dung lượng 1 Farah có kích thước từ một hộp sữa đến một chai rượu. Để có C = 6720 Farahs, tụ điện phải vài ngàn lần to hơn! Vì vậy, người ta không dùng tụ điện để cung cấp điện mà dùng pin tiện lợi hơn, trừ khi ta cần phóng điện ở một điện áp thật cao. Tuy nhiên, sự ra đời của polymer dẫn điện làm thay đổi cục diện. Polypyrrole có mật độ tụ điện là 100 Farahs/g (1 gram PPy có điện dung 100 Farahs) cho một khả năng thu nhỏ tụ điện với dung lượng tối đa. Người ta gọi đây là siêu tụ điện (supercapacitor).
Trong những năm gần đây, công nghệ điện tử phát triển ở mức độ chóng mặt với những máy móc, dụng cụ điện tử có những yêu cầu như sự thu nhỏ, năng suất cao, ứng đáp nhanh, ít tiêu hao năng lượng. Những đòi hỏi nầy đưa đến cách mạng hóa của các linh kiện điện tử trong đó có tụ điện. Hình 4 cho thấy cấu tạo của một tụ điện với điện cực là nhôm và PPy. Oxide nhôm (Al2O3) là chất điện môi. Một loại thông dụng khác là tụ điện có điện cực tantalum - một kim loại chuyển tiếp (transition metal) - và PPy với tantalum oxide (Ta2O5) là chất điện môi. Trước PPy, manganese dioxide (MnO2) được dùng làm điện cực. Ngoài mật độ tụ điện cao như đã đề cập ở trên, PPy có độ dẫn điện cao hơn MnO2 từ 10 đến 100 lần. Khi có chập điện trong tụ điện, PPy sẽ tự động dedoping, nhả dopant để trở thành vật cách điện. Nhờ vậy, tụ điện sẽ tránh được sự bốc khói và phát cháy, độ an toàn gia tăng.

Kể từ năm 1991, công ty Nhật Bản như NEC, Matsushita Electric Industrial (công ty của thương hiệu Panasonic), Nippon Denki sản xuất một loại tụ điện có điện cực là PPy, phần lớn dùng cho máy vi tính, laptop, notebook, máy ảnh kỹ thuật số, điện thoại di động. Cho đến năm 2005, chỉ riêng Nhật Bản số lượng sản xuất đã tăng 200 lần với doanh thu 1,5 tỷ USD, tạo việc làm cho hàng chục nghìn người. Các doanh nhân dự đoán thu nhập sẽ tăng 20% hàng năm vì những siêu tụ điện PPy không những là linh kiện quan trọng cho các áp dụng hiện có mà còn dùng trong những áp dụng mới nhờ vào sự thu nhỏ và điện dung cao.

[hanguyen]

Đặc tính của tụ điện được diễn tả bằng điện dung
Ta thử làm một con tính nếu ta nạp điện cho một tụ điện từ một cục pin AA (1,5 V). Cục pin AA có thể tạo một giòng điện có cường độ 2,8 A trong 1 giờ. Ta có những công thức cơ bản như sau,
Q=It
Q (Coulomb): điện lượng, I (Ampere): cường độ dòng điện, t (giây): thời gian;
C=Q/V
V (Volt): điện áp của nguồn điện.
Sau khi được nạp điện từ cục pin AA trong thời gian 1 giờ (3600 giây), tụ điện sẽ có điện dung là,
C = (2,8 x 3600)/1,5 = 6720 Farads (5)

Dòng in đậm bên trên của bạn sai một cách tệ hại! Bạn đã hiểu sai ý nghĩa của đại lượng C (Điện dung của tụ điện - giá trị đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ và là một hằng số đối với mỗi tụ điện). Chẳng hạn, với 1 tụ có ghi: 10uF/25V nó có nghĩa điện dung của nó là 25 micro Farah. Giá trị này là 1 hằng số trong mọi mạch điện mà nó tham gia (tất nhiên không kể đến các mạch điện đặc biệt có thể khiến tụ điện thể hiện giá trị điện dung khác với giá trị bình thường vốn có của nó). Chứ không phải theo dẫn luận và tính toán của bạn, điện dung của tụ lại là 1 hàm số có giá trị biến đổi theo I, U và cả thời gian t nữa!!! Cái sai dẫn đến kết quả tính toán này là bạn đã "tự áp đặt" cho dòng điện I một giá trị không đổi là 2.8A trong suốt quá trình nạp điện của tụ (theo bài toán thí dụ của bạn). Và như vậy bạn có thể nhất thời đã quên mất quá trình phóng-nạp và hàm biểu diến quan hệ dòng-áp trên 2 cực của tụ điện với kích thích đầu vào là tín hiệu DC (tín hiệu 1(t))

Để chỉ ra cái sai trên của bạn 1 cách rõ ràng hơn mình phát triển tiếp các dẫn luận của bạn để dẫn tới một nghịch lý "vui" như dưới đây:

Từ cách hiểu và dẫn luận trong công thức tính điện dung C trên đây của bạn suy ra:

Theo công thức tính C và dẫn luận của bạn thì chúng ta có thể sử dụng 1 tụ điện bất kỳ, chẳng hạn chiếc tụ pi (còn gọi là tụ đất) nhỏ xinh bằng cái hạt dưa đỏ trên thân có ghi 104 (mà dân điện tử ai cũng biết nó là tụ 100nF) để nạp điện từ pin 1.5V/AA trong 1 giờ và sau đó sẽ thu được giá trị điện dung mới là C = (2,8 x 3600)/1,5 = 6720 Farads!?

==> Chiếc tụ đất nhỏ xinh có thể đựoc sử dụng như 1 siêu tụ điện sau khi nạp với dòng điện 2.8A trong 1 giờ dưới điện áp 1.5V!!

Và không giới hạn, tụ nào cũng làm được như thế!!

Mình nghĩ bạn đã bỏ thời gian sưu tầm và chắp nối các tài liệu nhưng có thể đã "ngủ gật" trong khi viết bài lên đây chăng??

Chút vui vẻ với bạn!

[cô nhóc]

Anh thông cảm. Bạn ấy chỉ copy và paste thôi, chứ đó không phải là ý của bạn ấy.

[Kilodeth]

Dự án siêu tụ hay vài thứ khác đã ra đi cùng với nickname chủ thớt rồi, chuyện đó diễn đàn này ai cũng biết. Bới móc lại ở nhiều bài viết khác nhau cùng với việc lớn tiếng hạch họe ba bài viết vớ vẩn, thật chẳng ra ông bố giời tí nào

[hanguyen]

Spam tí tẹo...

Anh thông cảm. Bạn ấy chỉ copy và paste thôi, chứ đó không phải là ý của bạn ấy.

Ừ, copy và paste cũng rất tốt. Thời buổi internet việc học cần đến copy và paste rất nhiều nhưng sau khi copy và paste thì còn phải sắp xếp, sàng lọc, phân loại, tổng hợp nữa mới hoàn chỉnh. Ai cũng có lúc nhầm lẫn hay sai sót, kể cả các nhà bác học lừng lẫy hay các vĩ nhân. Nhưng sự khác nhau giữa các vĩ và vi là các vĩ nhân biết nhìn nhận những sai sót của mình một cách vui vẻ, và sự hài hước nhưng nghiêm túc của họ khiến các sai lầm của họ nhanh chóng được xuề xòa bỏ qua.

"Tôi không sợ sai, chỉ sợ không có ai vui vẻ và tốt bụng chỉ cho tôi những cái sai để đến tận khi tôi chết đi tôi vẫn mang theo cái sai sang thế giới bên kia" (Trích lời dạy của người thầy đáng kính của tôi)

Vì vậy nếu các bạn có gặp phải cái sai (tức là có người nói bạn sai và bạn xem xét lại các phát biểu của mình và nhận ra đúng là mình sai) thì đừng tự ái, và đừng nghiêm trọng hóa vấn đề, như thế bạn mới là người quảng đại

[d0ngn4t]

Nguyên văn bởi cô nhóc Xem bài viết
Anh thông cảm. Bạn ấy chỉ copy và paste thôi, chứ đó không phải là ý của bạn ấy.
"Tôi không sợ sai, chỉ sợ không có ai vui vẻ và tốt bụng chỉ cho tôi những cái sai để đến tận khi tôi chết đi tôi vẫn mang theo cái sai sang thế giới bên kia" (Trích lời dạy của người thầy đáng kính của tôi)

cảm ơn lời nhận xét tận tình của mọi người
hì. ví dụ đó em lấy trong cuốn " Vật liệu tiên tiến từ polymer dẫn tới các bon nano - của tác giả Trương Văn Tân "

Mục đích của em là đưa ra 1 so sánh hình tượng giữa tụ thường và siêu tụ.

bạn " hanguyen" đưa ra 1 ví dụ phản bác. Trước tiên tớ xin nói thêm siêu tụ là một nguồn điện hoá học và "Dung lượng của nguồn điện hoá học là lượng điện mà nó có thể cung cấp khi phóng điện ở những điều kiện nhất định. Dung lượng của nguồn điện hoá học phụ thuộc vào lượng chất hoạt động chứa trong đó và mức độ tận dụng những chất ấy. Mức độ tận dụng các chất hoạt động càng lớn nếu mật độ dòng phóng càng nhỏ và nhiệt độ càng cao"

Để 1 tụ có dung lượng lớn đồng nghĩa với việc lượng chất hoạt động và mức độ sử dụng chất hoạt động lớn. 1 củ pin đại và củ pin tiểu dõ dàng củ pin đại sử dụng được lâu hơn do lượng chất hoạt động cảu nó nhiều hơn.tụ thường có lượng chất hoạt động nhỏ, mà nếu muốn tăng dung lượng thì kích thước tụ phải lớn, đó là điều mà không ai muốn.

Siêu tụ đạt dung lưọng lớn là vì :điện cực có diện tích bề mặt lớn và xốp, những ion trong dung dịch điện giải phân bố lưọng lớn trên bề mặt dc, hiệu quả sử dụng chất hoạt động lớn hơn rất nhìu.

Điện cực làm siêu tụ có thể là cacbon xốp, mangandioxit điện giải, polymer dẫn, polymer dẫn compzit...

Rất mong nhũng đánh giá của mọi người

"Tôi không sợ sai, chỉ sợ không có ai vui vẻ và tốt bụng chỉ cho tôi những cái sai để đến tận khi tôi chết đi tôi vẫn mang theo cái sai sang thế giới bên kia"
câu nói rất hay.hì
chúc cả nhà mọi điều tốt lành

mail : duyentoan@gmail.com

[nsp]

"Tôi không sợ sai, chỉ sợ không có ai vui vẻ và tốt bụng chỉ cho tôi những cái sai để đến tận khi tôi chết đi tôi vẫn mang theo cái sai sang thế giới bên kia"
câu nói rất hay.hì
chúc cả nhà mọi điều tốt lành
mail : duyentoan@gmail.com

Tôi nghĩ là trên đời có thể có ít cái sai, chỉ chưa đúng mà thôi!
Nếu công nghệ phát triển thì nhiều thứ sẽ thay đổi. Nhưng theo tôi biết, đến giờ phút này, siêu tụ chưa thay thế được pin hay ắc-quy. Có thể đời con cháu chúng ta chăng?

[IAMSon]

Tôi thấy KILODETH nói đúng đó , MOD xem xóa luồng này luôn, vì chất lượng chuyên môn kém quá.

[Kilodeth]

Tôi thấy KILODETH nói đúng đó , MOD xem xóa luồng này luôn, vì chất lượng chuyên môn kém quá.

Không bác hiểu sai ý tôi rồi. Luồng thế nào để yên thế đó vì dù sao cũng là chất xám của thành viên cả, đúng sai thế nào cứ để mọi người tự đánh giá được mà.
Cá nhân tôi cũng không thích chuyện xóa bài, khóa bài lắm.

[dungimi43]

Vào mùa mưa, sét đánh là thứ mà chúng ta ai cũng thấy. Năng lượng của sét cho đến ngày nay cũng chỉ để đánh chết người và làm cháy rừng. Dòng điện của nó lên đến hàng trăm ngàn Amp, điện áp lên đến hàng tỷ Volt. Vậy năng lượng của nó tính ra là bao nhiêu? Q = A(trăm ngàn Amp) x V(hàng tỷ Volt). Đủ dùng cho cả 1 thành phố ấy chứ.
Tôi có ý tưởng điên rồ thế này. Tại sao con người không chế ra 1 cái tụ điện khổng lồ, với 2 bản cực.
- Cực âm thì đóng xuống đất
- Cực dương là 1 cột thu lôi
Với tụ điện khủng như trên, mỗi lần sét đánh sẽ là 1 lần nạp cho tụ. Khi tụ đầy thì ngắt cực dương ra khỏi cột thu lôi là xong.
Chúng ta chỉ việc lấy điện tích của tụ này, qua 1 bộ Converter để biến thành điện lưới cung cấp cho sinh hoạt hàng ngày.
Theo tôi đươc biết, trong các nguồn điện dự phòng bên Mỹ, họ làm cả accu khổng lồ để tích trữ điện năng trong trường hợp xảy ra sự cố (chiến tranh, thiên tai). Riêng đường kính mỗi lỗ để tra axit cũng cỡ 2m. Tuy nhiên sử dụng accu có rất nhiều vấn đề về môi trường cần giải quyết như lượng axit,chì thải ra sau mỗi lần bảo dưỡng....
Thế còn tụ điện, chắc họ đã nghĩ nhiều rồi.

[pvkhanhha]

chào bác, bác làm ơn chỉ cho em mua tụ 1F, 5vol ở đâu vậy bác , em ở biên hòa, cám ơn bác
pvkhanhha@yahoo.com.vn

[vanmanh1988]

Sản xuất siêu tụ điện thay thế Pin và Accu.

Không phải nói nhiều về các thiết bị trữ năng di động như Pin Laptop và điện thoại di động, như accu xe máy thì anh chị em quan tâm đến năng lượng tự hành chúng ta cũng đã có khá nhiều ưu tư về nó.

Thật là không ngoa khi nói rằng tính năng + chế độ làm việc + hiệu quả của pin và accu hiện đại không hơn gì mấy so với đồng loại của nó cuối thế kỷ XVIII của Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta (18 / 2 / 1745 --> 5 / 5 / 1827). Những cố gắng lớn của nhân loại nhằm nâng điện dung, giảm thời gian nạp điện của Pin, accu có vẻ không mấy khả quan, dù đã huy động vào cuộc đua "đủ mặt anh tài" từ Alcaline cho đến Lithium - ion, từ Lead- Acid đến Gel, v.v..., cả đến battery nạp điện bằng nhiên liệu (pin nhiên liệu), kể cả việc phối hợp tất cả những thứ đó .... Nhu cầu cao như núi : điện thoại di động, Laptop, máy nghe nhạc Walkman, MP3, MP4, PDA, xe đạp điện + xe máy điện + xe hơi điện, dụng cụ điện cầm tay, thiết bị dân dụng + công nghiệp và cả hàng không vũ trụ v.v... thúc đẩy con người vào cuộc đua dung lượng trữ năng.

Hình như nhân loại vào cuộc chiến không cân sức. Những thứ huy động vào tiện ích trữ năng đều đưa đến những thứ bất tiện khác. Vụ thu hồi nhiều triệu viên pin "bom ... không hẹn giờ" điện thoại di động và laptop một thời xôn xao là một ví dụ như thế. Về pin nhiên liệu, Dr J. L. Wang phát biểu khôi hài : "cần phải xóa sổ hàng triệu cây xăng để tạo dựng hàng triệu điểm ... bán nhiên liệu cho pin nhiên liệu, bằng đầu tư kỹ thuật và tiền bạc cao gấp nhiều lần với những nguy cơ chưa hề được báo trước". (niên giám Science et Vie - 2007).

Bí quá, người ta quay lại khám phá tụ điện và thấy ở đó nhiều hứa hẹn. Khái niệm siêu tụ điện nhanh chóng xuất hiện và khẳng định vị trí (Ultra Capacitor, có người gọi là Super Capacitor). Có lẽ không cần phải nói về tụ điện ở đây, các khái niệm và công nghệ cổ sơ của sản xuất tụ điện xin mặc định là đã biết rồi để khỏi làm loãng diễn đàn (có thể tham khảo ở luồng "Lan Hương trả lời nè .." thuộc Box Kỹ Thuật Cao Tần và những bài khác trên diễn đàn).



Siêu tụ điện 1 Farad của NEC

Nói lại một chút : tụ điện thì có khả năng nạp cực nhanh (vài chục giây đến vài phút, giải quyết bài toán gay go nhất của accu là thời gian nạp điện, thậm chí vượt xa tính năng này của pin nhiên liệu). Thời gian nạp quá dài chính là lý do người ta đổ xô nghiên cứu battery, mà pin nhiên liệu cũng là một trong những phương án giải bài toán đó.

- NASA của Mỹ mở đầu với việc thay thế Accu kiềm bằng các siêu tụ điện EDLCs (electrochemical double layer capacitors) có cấu tạo than hoạt tính cho hàng loạt các phi thuyền không gian trong chương trình Gemini, Mariner ..., gần nhất là siêu tụ điện thủy tinh nhiều lớp MLGUC (Multi Layer Glass Ultra Capacitor) trên phi thuyền thám hiểm viễn không Cassini-Huygens phóng đi vào ngày 15 tháng 10 năm 1997 từ cảng hàng không vũ trụ ở Cape Canaveral.

- Sau đó không lâu là Công Ty ZENN (ZENN Motor Company Inc.’s) ở Toronto, Ontario, Canada (TSXV: ZNN) vào cuộc nghiên cứu để ứng dụng cho ô - tô "lai" (vừa chạy điện vừa chạy xăng) và ô - tô chạy điện của họ. Tiếp theo là Maxwell Technologies, Matsushita Electronic Components Co., NessCap, Panasonic, Nippon Chemi-Con, Power Systems Co v.v...

- Một nhóm các nhà nghiên cứu thuộc ĐH Công nghệ Sydney, đã sử dụng vàng thay thế carbon trong siêu tụ điện và đạt đến tính năng cao hơn.

- Một nhóm các nhà KH Pháp tìm ra nguyên liệu chế tạo siêu tụ điện từ tảo biển, có tính năng vượt trội.

... và cả thế giới rầm rộ đi tìm ánh sáng cuối đường hầm UP-CAP (Ultra Power Capacitor) như hiện nay.

Nhìn các nước chung quanh chúng ta như India, TQ, Malaysia, Indonisia v.v... đã vào cuộc chiến siêu tụ điện cách đây vài năm, Lan Hương cảm thấy lo ngại. Họ mà thành công mỹ mãn về siêu tụ điện thì chúng ta đừng hòng cạnh tranh với họ về các thiết bị tự hành dùng điện (dự tính chiếm 65% tổng số thiết bị dùng điện lớn nhỏ).

Do không có được điều kiện công nghệ rất cao và giàu có của các nước tiên tiến, phương án sản xuất siêu tụ điện của Lan Hương đi từ cực kẽm-mangan dioxide (Zn-MnO2) với hỗn hống magne oxide (MgO) và Kali Carbonate (K2CO3). Đây là một hướng hoàn toàn mới, có hiệu quả mạnh dù cho dung lượng / Kg còn cao hơn Âu Nhật Mỹ nhưng hy vọng sẽ ngày càng tiến bộ hơn. Xin nói nhỏ là hiện nay đã chẳng ngán Tung Của.

Siêu tụ điện kẽm-mangan dioxide (Zn-MnO2) - hỗn hống magne oxide (MgO) - Kali Carbonate (K2CO3) là như thế nào, Lan Hương xin từ từ post lên dần. Các bạn và các anh, chị, em có quan tâm xin mail cho Lan Hương để "nội đàm" (nếu cái này sai qui định của diễn đàn thì Lan Hương xin lỗi và sẽ luận bàn công khai).

Thân ái.

Lan Hương.

bài này rất hay về ý tưởng đó.nhưng tôi thấy hơi giống pin co điển hơn là tụ điện.

[quangnhat]

chào bác, bác làm ơn chỉ cho em mua tụ 1F, 5vol ở đâu vậy bác , em ở biên hòa, cám ơn bác
pvkhanhha@yahoo.com.vn

Có 0.47F 5.5 V bác mua không? nickname quangnhat85ls

[bqviet]

Hỏi mua, gạ bán ... gì gì thì xuống chuyên mục "Tìm mua linh kiện".