Способов для сохранения энергии множество. Но если речь идёт об электричестве, то она хранится в одном из двух мест. В первом – аккумуляторе, электроэнергия накапливается в химических веществах. Второе менее на слуху. Конденсаторы используют для хранения электрическое поле.
В любом случае, накопленная энергия создаёт электрический потенциал, который управляет движением электронов или током в цепи.
В электронике применяются оба устройства, на они не являются взаимозаменяемыми.
Аккумулятор
Он состоит из трёх основных частей, известных как катод (положительный вывод), анод (отрицательный вывод) и электролит. Зарядка и разрядка происходят в результате химической реакции, которая генерирует напряжение. Рассмотрим процессы происходящие в батарее на примере литий-ионного аккумулятора, который накапливает большое количество энергии в небольших элементах и легко подзаряжается. Именно такой тип получил сейчас большое распространение, чуть ли не каждый смартфон оборудован им.
Как видно из рисунка 1, анод состоит из графита, который крепко держится за свои электроны. Катод сделан из оксида лития-кобальта, который притягивает отрицательно заряженные частицы сильнее, чем оксид марганца, используемый в щелочных батарейках. Поэтому при одинаковом объёме литий-ионный аккумулятор мощнее. Электролит, разделяющий анод и катод содержит положительно заряженные ионы лития, которые легко образуют и разрушают химические связи при зарядке и разрядке аккумулятора.
При зарядке ионы лития под воздействием приложенного напряжения встраиваются в кристаллическую решётку графита на аноде. Когда аккумулятор начинает разряжаться, они возвращаются на катод.
Эти химические реакции являются обратимыми, что позволяет использовать устройство много раз.
Что такое конденсатор?
Он также является устройством, которое накапливает электроэнергию в электростатическом поле. На применяются при этом не химические, а физические процессы.
Устроен он просто. Конденсатор содержит по крайней мере два проводника, как правило, это металлические пластины, разделённых диэлектриком. Когда подключается напряжение к пластинам, начинается поляризация диэлектрика, которая сохраняется некоторое время после отключения питания. То есть изолятор накапливает (конденсирует) энергию в виде электрического поля.
Тип диэлектрика обычно определяет сферу использования конденсатора. Некоторые идеальны для работы с высокими частотами, другие используются с высоким напряжением.
Чем отличаются аккумулятор и конденсатор?
- В конденсаторе потенциальная энергия хранится в форме электрического поля, тогда как в аккумуляторе энергия сохраняется в химической форме.
- Конденсатор получает энергию из контура, накапливает и затем высвобождает энергию. Аккумулятор обеспечивает энергию для цепи.
- Конденсатор является пассивным компонентом цепи, в то время как батарея является активным.
- Конденсатор обычно используется для переменного тока. Он блокирует постоянную составляющую цепи. Аккумулятор используется в качестве источника постоянного тока.
- В конденсаторе напряжение быстро уменьшается. Аккумулятор обеспечивает относительно постоянное напряжение при разряде.
- Зарядка и разрядка происходит быстрее, чем у батарей. Это около 1-10 секунд, тогда как время зарядки аккумулятора варьируется от 10 до 60 минут.
- Разность потенциалов экспоненциально увеличивается со временем в конденсаторе. Разность потенциалов, создаваемая батареей, постоянна.