Tụ điện thể rắn: không chỉ sạc nhanh, mật độ lưu trữ cũng tương tự pin

Thảo luận trong 'Khoa học' bắt đầu bởi bk9sw, 28/8/11. Trả lời: 51, Xem: 12504.

  1. HUYAUG

    HUYAUG Thành viên

    mình có em Sonim XP3300 rồi, xài tẹt ga 15 ngày mới hết pin.
    em S2 để vọc. vậy là hoàn hảo
  2. Justin Long

    Justin Long Thành viên

    Khi nào công nghệ xử lý đến 1 giới hạn nào đó đủ dùng cho nhu cầu thì các nhà sx sẽ quay sang quan tâm đến pin...k làm sao mà tăng trưởng doanh thu đc
  3. ahura

    ahura Thành viên


    xả nhanh hay không tuỳ thuộc tải tiêu thụ mà các bác, dòng lớn hay không quyết định bởi định luật Ohm mà
  4. june_liht

    june_liht Thành viên

    xả điện ở đây ko phải là pin sẽ bị hết nhanh như các bạn nghĩ đâu nhé :))
  5. hainguyen273

    hainguyen273 Thành viên

    Pin và tụ về cách hoạt động trong ứng dụng này thì giống nhau, tức là đều có quá trình tích điện và xả điện. Sự giống nhau trước hết là hiệu điện thế giữa hai bản cực của chúng đều tăng dần theo thời gian trong quá trình tích điện, và giảm dần trong quá trình xả điện. Nhưng sự khác nhau nằm ở diễn biến của các quá trình đó, theo đó hiệu điện thế trên 2 bản cực là 1 hàm số của thời gian và cường độ dòng điện. Chi tiết các phương trình bạn xem ở các giáo trình lớp 11 và đại học. Tuy nhiên, có thể mô tả đơn giản như sau:

    * Về hiệu điện thế:
    - Với pin: Khi bạn sạc nó với một dòng điện không đổi, hiệu điện thế của nó là một hàm số phi tuyến đối với thời gian, tức là nếu vẽ trên đồ thị thì nó là một đường cong, nhưng có một giai đoạn nó là một đường thẳng có độ dốc không đổi, có nghĩa hiệu điện thế trên 2 cực tăng đều trong khoảng thời gian đó, sau giai đoạn đó tốc độ gia tăng hiệu điện thế bắt đầu giảm dần cho đến lúc nó gần như bằng không, tức là khi đó hiệu điện thế trên 2 cực pin gần như không tăng thêm nữa. Ta nói lúc đó nó đã no điện. Nếu bạn tiếp tục sạc, điện năng không được tích thêm vào pin nữa mà chỉ làm pin nóng lên, nếu để lâu sẽ khiến hoạt chất hóa học trong pin bị giảm hoạt tính, dẫn tới chai pin, hỏng pin.

    Quá trình xả điện cũng tương tự nhưng theo chiều ngược lại, có nghĩa hiệu điện thế trên 2 cực pin sẽ giảm đều trong một khoảng thời gian khi pin được xả với dòng điện không đổi. Nhưng tới một thời điểm, hiệu điện thế trên pin đột ngột tụt giảm với tốc độ rất nhanh cho đến khi nó không đủ giữ được cường đồ dòng điện đó nữa. Ta nói nó đã cạn điện. Trong cả 2 giai đoạn no điện và cạn điện này, việc duy trì một dòng điện lớn sẽ làm pin tổn thọ nhanh chóng, chính vì vậy bạn luôn được khuyến cáo là không nên sạc ngâm pin và không nên xả nó kiệt điện. Tốc độ hư hỏng càng gia tăng mạnh khi các quá trình đó diễn ra ở nhiệt độ cao.

    * Về dòng điện:
    Thông số đáng quan tâm nhất liên quan đến khả năng tích và phóng điện với cường độ cao của pin đó là nội trở của nó. Bất cứ pin hóa học nào hiện nay cũng đều có một giá trị nội trở, dù rất nhỏ hay rất lớn thì nó luôn tồn tại và là nguyên nhân dẫn đến sự hạn chế về cường độ dòng điện tích hay xả. Dòng điện tối đa mà một pin hóa học có thể cung cấp hoặc có thể tiếp nhận sạc có thể xác định một cách tương đối bằng cách chập mạch hai đầu của nó để đo cường độ dòng điện. Nhưng đây là việc cực kỳ nguy hiểm vì cho dù dòng điện đó bị giới hạn nhưng nó có thể lớn tới hàng chục đến hàng nghìn A tùy "kích cỡ" của pin. Sẽ lập tức dẫn tới cháy nổ và dĩ nhiên là cũng sẽ làm hỏng pin ngay lập tức.

    - Với tụ điện: Diễn biến các quá trình trên khác hẳn với pin. Về lý thuyết, khi tích điện cho tụ bằng một dòng điện không đổi thì hàm số tương quan giữa hiệu điện thế trên 2 cưc tụ với thời gian là một đường thẳng tuyệt đối. Có nghĩa là nếu bạn tích điện cho tụ bằng một dòng điện không đổi thì hiệu điện thế trên 2 cực của nó sẽ tăng đều mãi mãi cho đến khi nào bạn ngừng cấp điện cho nó. Tuy nhiên thực tế hiệu điện thế trên 2 cực tụ sẽ không có khả năng tăng cao vô hạn. Nó bị giới hạn ở một giá trị gọi là hiệu điên thế "đánh thủng" mà khi vượt qua đó nó sẽ tức khắc bị phá hỏng. Sự phá hủy ở tụ điện giống với với sự hỏng của pin ở chỗ chúng đều xảy ra ở lớp hóa chất giữa hai điên cực và đều có tác dụng vĩnh viễn. Nhưng khác nhau ở chỗ, với pin đó là do tác dụng của dòng điện, còn ở tụ là tác dung của hiệu điện thế giữa 2 cực.
    Quá trình xả điện của tụ cũng diễn ra tương tự như quá trình tích điện nhưng theo chiều ngược lại. Và ở tụ không có sự suy giảm đột biến của hiệu điện thế trên 2 cưc của nó cho đến khi nó hết điện. Nhưng nhược điểm căn bản của tụ điện khi dùng nó làm nguồn điện đó là hầu hết thiết bị của chúng ta cần một sự duy trì hiệu điên thế trên 2 cực nguồn điện không đổi hoặc tốc độ suy giảm phải rất chậm, chẳng hạn tốc độ 0.05V/h bất kể cường độ dòng điện tiêu thụ là lớn hay nhỏ. Thế thì việc dùng tụ điện rất khó đáp ứng, vì ở tụ điện, tốc độ suy giảm hiệu điện thế trên 2 cực của nó phụ thuộc trưc tiếp vào cường độ dòng điện trên tải, dòng điên càng lớn tốc độ sụt giảm càng nhanh, và ở cùng một dòng điện như khi dùng pin, thì tốc độ sụt giám điện áp này của tụ ở cỡ, chằng hạn 1V/h. Những tốc độ như vậy quá lớn khiến cho việc sử dụng thiết bị là bất khả thi. Khi đó bạn sẽ nhận thấy là, ngay cả khi tụ vẫn còn rất nhiều điện thì thiết bị có thể không sử dụng được nữa vì điện áp trên tụ đã tụt xuống quá mức nó đươc thiết kế để sử dụng. Thí dụ: Điên thoại di động của bạn chỉ hoạt động khi hiệu điên thế nguồn nằm trong khoảng 3.4V - 4.2V. Nhưng một chiếc tụ dù có dung lượng chứa điện bằng với pin Li-ion thì hiệu điên thế trên 2 cực của nó có thể nhanh chóng giảm từ 4.2V xuống thậm chí 3V chỉ trong vòng 1 giờ (chỉ là con số thí dụ, bạn hoàn toàn có thể tự tính được tốc độ này một cách chính xác bằng các phương trình)

    Một sự khác nhau căn bản nữa mang tính đối lập giữa tụ và pin ở vai trò nguồn điện đó là: Pin bị giới hạn về cường độ dòng điện tích và xả, còn tụ thì về lý thuyết là hoàn toàn không. Có nghĩa nó cho phép một cường độ dòng điện lớn đến "vô hạn", hay ý nói là "khủng khiếp" chạy qua mà không bị hỏng cho dù đó là quá trình tích hay phóng điện. Miễn là bạn làm chủ được dòng điện "khủng khiếp" đó, không gây sự cố cháy nổ là được. Đây chính là lý do tại sao tụ điện có khả năng tích điện/xả điện tức khắc mà vẫn bền bỉ! Và đây cũng chính là ưu điểm hấp dẫn nhất, tuyệt vời nhất mà các nhà khoa học và cả chúng ta cũng đều "mê tít" từ tụ điện!

    Nhưng bù lại, nếu như ở pin người ta không đặt vấn đề "điện áp chịu đựng" thì ở tụ điện vấn đề này cần phải được xem xét cẩn thận ngay từ đầu. Ví dụ nếu bạn có một một siêu tụ có điện áp chịu đựng là 3V thì bạn không thể sử dụng nó để cấp điện cho điện thoại di động mà chúng vốn đươc thiết kế để dùng pin Li-ion có mức điện áp 3.7V, bởi vì việc nạp điện cho chiếc tụ đó để nó đạt điện áp trên 3V sẽ lập tức phá hủy nó vĩnh viễn.

    Phân tích chi tiết hơn về sự khác nhau về đặc tính lưu trữ liên quan đến hiệu điên thế là của tụ điện và pin như sau:
    Khi 1 pin được nạp đầy giá trị hiệu điên thế trên 2 cực của nó chỉ nhỉnh hơn một chút so với hiệu điện thế làm việc lâu dài của nó. Chẳng hạn, pin Li-ion loại 3.7V khi sạc no thì hiệu điện thế trên 2 cực của nó chỉ vào khoảng 4.2V. Và khi bạn sử dụng thiết bị qua thậm chí nhiều ngày thì hiệu điên thế đó cũng chỉ tụt giảm đi một chút không đáng kể, cho đến khi nào bạn thấy hiệu điên thế trên pin đang ở 3.3V (ví dụ thế) thì lập tức nó tụt dốc một cách nhanh chóng, thì bạn hiểu ngay rằng đó chính là lúc nó hết điện.
    Thế nhưng ở tụ điện thì hoàn toàn khác, tốc độ sụt áp của nó nhanh hơn nhiều và diễn ra đều đều cho đến tận khi điện thế trên 2 cực của nó giảm đến 0. Và một sự khác biệt thú vị đó là ngay cả khi hiệu điên thế trên tụ điện ở mức 1V (chẳng hạn) thì cũng không có nghĩa là nó sắp hết điện. Mà ngay lúc đó nó vẫn có thể cung cấp một dòng điện vẫn lớn bình thường một cách ...khủng khiếp! Thật vậy, tụ điện chỉ hết điện khi điện thế của nó chạm đến 0.

    Bây giờ nói đến tốc độ sạc và xả mà các bác đang bàn luận:

    Đối với cả pin và tụ điện thì tốc độ tích điện hay xả điện đều do giá trị cường độ dòng điện quyết định. Khi bạn nói công nghệ pin mới cho phép sạc đầy điện chỉ trong vài phút thì có chẳng qua là gián tiếp nói đến khả năng tiếp nhận dòng điện có cường độ rất lớn của loại pin đó mà thôi. Người ta vẫn ấn tượng về khả năng tuyệt với này của tụ điện đó là do đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động, tụ điện có khả năng tiếp nhận một dòng điện cực lớn, lớn hơn nhiều so với dòng điện sạc của pin. Mặc dù trên thực tế thì cả pin và tụ đều không thể có khả năng tiếp nhận một dòng điện lớn vô hạn nhưng giá trị cực đại này ở tụ lớn hơn rất rất nhiều lần so vơi pin. Với các loại pin, một dòng điên có cường độ đủ lớn sẽ sinh nhiệt tức thời rất lớn làm phá hủy hoạt chất hóa học rất nhanh chóng. Còn ở tụ điện, dòng điện đủ lớn cũng sẽ sinh nhiệt trên vật dây dẫn nối với bản cực khiến nó bị nóng lên nhưng phải đủ thời gian nó mới bị phá hủy. Thê nhưng đó là đối với mộy tụ điện thông thường hoặc tụ điện lý tưởng. Còn riêng đối với các loại siêu tụ điện thì thực trạng hiện nay còn tệ hơn cả pin trong vấn đề dòng điện và tốc độ sạc xả. Các siêu tụ để có được khả năng tích điện siêu lớn thì người ta phải sử dụng các hỗn hợp hóa chất đặc biệt để làm điện môi, chính điều này khiến nó phải trả giá bằng giá trị nội trở khó có thể đạt được giá trị nhỏ như các loại pin. Chính vì vậy, sự tiến bộ của công nghệ siêu tụ điện thực ra cũng chính là những thành công khi ai đó chế tạo ra vật liệu làm điện môi có điện trở suất siêu nhỏ. Khi nhỏ đến cấp độ như pin hóa học thì thời điểm đó mới có thể nói chính là thời đại của siêu tụ.

    Hiện nay đã có rất nhiều công ty thành công trong việc chế tạo ra các siêu tụ có dung lượng khổng lồ có thể sánh ngang với pin Li-ion nhưng chưa có một siêu tụ nào có thể thay thế được pin Li-ion cũng chính vì giá trị nội trở này của chúng. Chẳng hạn, một siêu tụ dung lượng 10F hoạt động ở 5V có giá trị nội trở vào cỡ vài ki-lô Ôm, tức là lớn hơn hàng trăm nghìn đến hàng triệu lần so với một cục pin Li-ion giản dị mà bạn chỉ mua với giá vài chục nghìn đồng ngoài chợ! Bạn biết không, cách đây không lâu lắm có một thông tin khoa học rằng người ta đã chế tạo ra được một loại siêu tụ có sức chứa của một viên pin AA ở điện áp 3.3V có giá trị nội trở siêu "nhỏ": 6 OHM (ôm). Và ứng dụng "vĩ đại" nhất của nó là sử dụng thay thế cho pin CMOS trong ...máy tính hoặc các loại đồng hồ điện tử đeo tay!

    Chưa hết, như phân tích về quy luật tích xả điện ở trên, do vấn đề điện áp trên tụ có tốc độ sụt giảm phụ thuộc trực tiếp vào dòng điện tiêu thụ của thiết bị nên việc sử dụng tụ điện làm nguồn điện cho thiết bị còn khó khăn thậm chí là bất khả thi ở chỗ nó đòi hỏi phải sử dụng kèm theo một thiết bị chuyển đổi và duy trì điện áp. Đây là một thiết bị đắt tiền và hiệu suất lại thấp nên chuyện sử dụng tụ điện thay thế pin là một chuyện còn rất xa vời, khiến không ít người sử dụng thiết bị kể cả các nhà khoa học đặt câu hỏi ngược lại: Tại sao cứ phải thích cái ưu điểm kia của tụ điện để trả giá bằng một giá thành không tưởng và công sức nghiên cứu quá lớn.... Tuy nhiên, khoa học luôn là khoa học, đây vẫn là một mục tiêu nghiêm túc và có giá trị ứng dụng rất lớn của công nghệ tụ điện mà rất nhiều các nhà khoa học trên thế giới theo đuổi. Và chúng ta, với vai trò là người tiêu dùng thiết bị điện tử, hãy cứ hy vọng một tương lai không xa chúng ta được sở hữu một chiếc điện thoại có thể sạc điện trong vòng 15 phút rồi sử dụng vài .. .tuần!?

    Hic... hic... hic, nhưng trước khi đến được thành tựu đó các nhà khoa học của chúng ta còn phải bước qua được một cánh cửa kiên cố khác của thế giới vật chất, đó là phải tạo ra được một loại vật liệu siêu dẫn hoat jddoongj ở nhiệt độ thường để cho phép chế tạo những chiếc smartphone có kích thước chỉ bằng bao thuốc như hiên tại nhưng có khả năng tiếp nhận một dòng điện hàng trăm thậm chí hàng nghìn, hàng triệu ampe chỉ để đáp ứng một mục đích nhỏ nhoi đó là sạc điện cho những cục siêu pin chỉ trong vòng vài phút hay thậm chí vài giây để rồi sử dụng trong vài ...tuần! Ôi thôi ... bao giờ cho đến tháng 10....!




    Và các cục sạc cũng phải có kích thước như bao diêm như hiện nay mà vẫn cấp được một dòng điện vài chục ampe ^^

    Máy ảnh nó tích điện để tăng hiệu điện thế sử dụng cho đèn cao áp đấy chứ, chứ nó có yêu cầu một dòng điện quá lớn đâu bác ^^
    n014latoi thích nội dung này.
  6. Desperado23

    Desperado23 Thành viên

    KO hiểu về cái này lăm :D Nhưng nếu đc pin trâu và sạc nhanh thì là nhất :D
  7. ahura

    ahura Thành viên

    Có 1 xíu xiu em hông hiểu của bác hainguyen273 ạ
    Đó là khi nạp tụ bằng 1 dòng điện không đổi có hiệu điện thế là a, khi ấy mật độ các eletron trên một bản tụ tăng dần, nhưng không chạy qua được bản tụ bên kia do có lớp điện môi, bản tụ này bị tích điện âm
    Khi ấy, do hiện tượng điện hưởng toàn phần, bản tụ còn lại bị tích điện dương hơn, giữa 2 bản tụ tồn tại một điện trường, do đó, cũng tồn tại một hiệu điện thế
    Khi hiệu điện thế này đạt đến giá trị là a, là giá trị cực đại, thì tụ điện đã "nạp" xong, và hiệu điện thế không còn tăng nữa, và trong mạch không còn dòng điện do hiệu điện thế ở 2 bản tụ đã bằng với nguồn

    Sao trong bài trên lại ghi là tăng mãi mãi bác nhỉ?

    em nghĩ bác đã nhầm lẫn, bác đang so sánh việc sạc pin bằng 1 dòng điện không đổi và nạp tụ bằng 1 dòng điện tăng đều thì phải
  8. hainguyen273

    hainguyen273 Thành viên

    Bạn giải thích cơ chế tích điện của tụ như vậy là đúng rồi, nhưng đó là mô tả định tính. Để cho nhanh và rõ ràng, mình giải thích định lượng kèm theo các thí dụ tính toán bằng số để bạn hiểu rõ hơn, như sau:

    Đúng như bạn mô tả, điện trường giữa hai bản cực của tụ điện gây ra một hiệu điện thế có chiều ngược lại với chiều nguồn cung cấp. Còn về độ lớn, giá trị hiệu điện thế này bằng tích phân dòng điện chạy qua nó theo thời gian và chia cho một giá trị không đổi C, chính là điện dung của tụ. Đó là công thức sau đây:

    e = ∫idt/C (1)

    Bây giờ quay lại giả định đã nêu ở post trên của mình, đó là cấp điện cho tụ bằng một dòng điên không đổi có giá trị là I, thì từ phương trình tích phân bên trên bạn chỉ cần thay hàm tổng quát i bằng giá trị I không đổi, bạn lập tức thu được:

    e = I*t/C + E (2)

    Trong đó: I là cường độ dòng điện nạp, C là điện dung của tụ, E là giá trị điện áp ban đầu có sẵn trên tụ tại thời điểm đóng mạch cấp điện cho tụ (t=0)

    Đây là một hàm số bậc nhất theo thời gian t. Đến đây bạn đã nhìn thấy sự tăng "mãi mãi" của điện áp e trên tụ khi thời gian trôi đi chưa nào? :)

    Bây giờ vừa để minh họa cho các phân tích của bài post trên của mình, vừa làm rõ thêm các thắc mắc của bạn, mình lấy vài ví dụ bằng con sô:

    Ví dụ 1: Lấy I = 10A, C = 10F, E=0V (ban đầu tụ không có điện)
    Bạn sẽ có:
    - Tại thời điểm ban đầu (khi đóng mạch điện để bắt đầu sạc): t=0 --> e = 0V
    - Sau 5 giây, e = 10*5/10 + 0 = 5V
    - Sau 10 phút, tức 600 giây, e = 10*600/10 + 0 = 600V....

    Bạn đã thấy chưa? Chỉ với 5 giây sạc, bạn đã có ngay điện áp 6V trên tụ rồi, quá mức điện thế tối đa mà 1 chiếc smartphone hiện nay sử dụng (4.2V)!

    Còn nếu bạn vẫn duy trì dòng điện sạc 10A như vậy trong suốt 10 phút thì về lý thuyết như tính trên, điện áp trên sẽ tăng đến tận 600V! Thế nhưng trong thực tế một chiếc siêu tụ thường chỉ có điện áp chịu đựng rất bé, cỡ 5-10V mà thôi, do vậy chưa cần chờ hết 10 phút có thể nó đã biến thành quả pháo hoa rồi! :) Nếu như công nghệ vài năm nữa có chế tạo được cái tụ có điện dung 10F mà chịu dựng được điện áp 600V thì kích thước của nó có thể phải bằng cỡ cái nồi cơm điện! Có dùng được cho smartphone không thì cũng còn tùy cách định nghĩa thế nào là smartphone lúc đó.

    Ví dụ 2: Vẫn các số liệu như trên, với dòng điện sạc là 10A thì sau bao lâu điện áp trên tụ đạt 4.2V?
    Chúng ta có 4.2V = 10*t/10 + 0 --> t = 4.2 (giây)

    Như vậy với 1 chiếc tụ 10F, chúng ta chỉ cần sạc với dòng điện 10A trong 4.2 giây là nó đã "đầy" theo cách dùng của smartphone rồi đấy! Bạn thấy có nhanh không? Rất hấp dẫn phải không?

    Ví dụ 3: Vẫn sử dụng siêu tụ 10F, hãy tính dung lượng điện tích trữ của tụ khi điện áp trên nó đạt 4.2V (mức đầy 100% của pin Li-ion), khi đó nó tương đương với cục pin bao nhiêu mAh? Lớn hơn hay nhỏ hơn bao nhiêu lần so với cục pin 1500mAh của chiếc điện thoại Samsung Galaxy S II?

    Trước hết hãy cùng thống nhất các khái niệm về pin:

    Một cục pin có dung lượng 1500mAh. Điều đó có nghĩa là gì?
    Nó có nghĩa, nếu bạn xả điện từ nó với dòng điện không đổi 1500mA thì nó sẽ cạn sạch điện sau đúng 1 giờ. Nếu quy đổi sang Cu-lông (đơn vị quy chuẩn SI của điện lượng) thì nó tương đương với một điện lượng là Q = 1500/1000*3600 = 5400 (Cu-lông). Một cách tổng quát, nếu gọi dung lượng thương mại của pin là M, như trên M=1500mAh, thì ta có công thức: Q = M/1000*3600

    Tức là: Q = 3.6*M (3)

    Còn với tụ điện, khi dùng trong mạch điện một chiều người ta dùng công thức sau để tính điện lượng tích trữ của nó:

    Q = C*U (4)

    Trong đó: Q là điện lượng tích trữ trong tụ, đơn vị là Cu-lông, C là giá trị điện dung đặc trưng của tụ, đơn vị là Fara, còn U là hiệu điện thế trên 2 bản cực của tụ.

    Khi sử dụng dòng điện không đổi có cường độ I để nạp hoặc xả điện cho tụ thì từ sự kết hợp của phương trình (1) và (4) chúng ta có một công thức khác rất thuận tiện cho các tính toán tụ điện:

    Q = I*t (5)

    Trong đó: Q là điện lượng tích trữ, đơn vị là Cu lông. I là cường độ dòng điện nạp hoặc xả, đơn vị là Ampe (A). t là thời gian, đơn vị là giây (s)

    Như ví dụ trên, sau 4.2 giây sạc, chiếc tụ 10F của chúng ta đã đạt điện áp U=4.2V. Lúc ấy, điện lượng Q mà nó tích trữ được sẽ là:

    Q = C*U = 10*4.2 = 42 (Cu-lông)

    Mặt khác, như công thức (3) chúng ta có: Q = 3.6*M
    Từ đó chúng ta có: M = Q/3.6 = 42/3.6 = 11.7mAh!

    Như vậy, chiếc tụ 10F như trên nếu sạc với dòng điện không đổi 10A trong 4.2 giây thì nó chứa một lượng điện tương đương với một cục pin 11.7mAh. Tức là lượng điện mà nó lưu trữ không bằng 1/10 cục pin 1500mAh của Galaxy S2. Quá nhỏ bé! Như bạn đã biết, ngay cả chiếc điện thoại Nokia 1100 thời đồ đá ngày xưa cũng đã có một cục pin 850mAh rồi.


    Ví dụ 4: Tính điện dung của tụ sao cho khi sạc nó trong 5 giây thì nó tích được lượng điện tương đương như lượng điện của cục pin 1500mAh (M=1500), với hiệu điện thế trên tụ khi đó là U = 4.2V. Với giả thiết ban đầu tụ không có điện (điện áp ban đầu trên tụ bằng 0). Và trong trường hợp đó, bạn cần sạc nó bằng dòng điện bao nhiêu ampe?

    Như công thức (3) ở trên chúng ta có: Q = 3.6M
    Mặt khác theo công thức (4) chúng ta có: Q = C*U
    Từ đó có: C*U = 3.6M ==> C = 3.6M/U = 3.6*1500/4.2 = 1285 (F)

    từ công thức (5) bạn tính được dòng điện để sạc chiếc tụ này trong thời gian t = 5 giây để điện áp trên nó từ 0V lên 4.2V là:
    I = Q/t = 3.6M/t = 3.6*1500/5 = 1080(A)!

    Đến đây bạn đừng vội kết luận là một cục pin 1500mAh như của Galaxy S II có sức chứa tương đương như chiếc tụ 1285F vừa tính ở trênở cùng điều kiện hoạt động. Mà hãy xem ví dụ cuối cùng dưới đây để tính toán giá trị chiếc tụ tương đương thực sự khi dùng nó y hệt như một cục pin Li-ion:

    Ví dụ 6: Giả sử chiếc smartphone đình đám SS Galaxy S2 của bạn có thời lượng sử dụng pin là 2 ngày, tính từ khi sạc đầy 100% đến khi pin cạn sạch. Và giả thiết thời điểm pin cạn, điện áp trên nó là U1=3.3V, còn lúc đầy 100% là U2=4.2V. Tính giá trị điên dung của siêu tụ sử dung thay thế tương đương.

    Từ công thức (4) ở trên mà bạn đã học ở phổ thông:

    Q = C*U

    Công thức này có ý nghĩa: Một tụ điện có điện dung C, nếu mang trên mình một điện áp U, thì ta nói nó đang "dự trữ" một lượng điện là Q có giá trị bằng tích số của C và U. Điều này cũng có nghĩa, nếu bạn nối tắt 2 cực của tụ lại thì sẽ có một dòng điện chảy qua dây dẫn và điện lượng chảy qua đó có giá trị đúng bằng Q. Còn nữa, sau khi phóng hết điện lượng đó hiệu điện thế trên 2 cưc của tụ sẽ bằng 0.

    Đến đây ta phân tích lại cách hoạt động của pin: Pin khác với tụ ở chỗ, khi nó hết điện, trên 2 cực của nó vẫn còn điện áp, tức hiệu điện thế khác 0. Còn tụ thì ngược lại, nó chỉ hết điện khi hiệu điện thế trên 2 cực của nó bằng 0.

    Tiếp theo chúng ta phân tích cách hoạt động của smartphone: Bộ phận quản lý nguồn điện của smartphone hiện nay được thiết kế để sử dụng với pin Li-ion với cơ chế ngắt sạc điện khi điên thế trên pin đạt 4.2V (mức đầy của pin Li-ion, giá trị này tùy hãng, tùy loại pin, nói cách khác là tùy từng loại máy), đây chính là lúc pin đầy 100%. Và sẽ tự tắt máy khi điện thế trên pin chạm đến mức 3.3V (giá trị này cũng chỉ là thí dụ, thưc tế tùy hãng sx), đây là lúc pin cạn sạch.

    Từ các phân tích trên, nếu bạn muốn sử dụng tụ điện để thay thế cho pin thì nó phải đáp ứng đúng cơ chế hoạt động đó.

    Như vậy bạn sẽ thấy rằng, nếu sử dụng tụ thay thế cho pin thì nó sẽ không bao giờ ở tình trạng phóng hết điện cả, vì như giả thiết trên thì ở mức điện áp 3.3V nó vẫn còn rất "nhiều" điện. Nhưng lúc này điều đó không còn quan trọng nữa, mà các thông số quan trọng bây giờ là 2 giá trị: Ngắt sạc lúc U2=4.2V và sạc lúc U1=3.3V.

    Như vây, điên lượng tuyệt đối của tụ tích trữ trong 2 trạng thái đó lần lượt bằng:
    Q1 = C*U1
    Q2 = C*U2

    Từ đó tính được lượng điện sử dụng cho máy theo chế độ hoạt động của pin như phân tích trên là:

    Qx = Q2 - Q1 = C*(U2 - U1) = C*(4.2 - 3.3)

    Hay: Qx = 0.9*C

    Tiếp theo chúng ta quy đổi dung lượng của cục pin 1500mAh ra cùng đơn vị quy chuẩn Cu-lông bằng công thức (3), đó là:

    Qx = 3.6M = 3.6*1500 = 4200 (Cu-lông)

    Kết hợp 2 công thức trên bạn có:

    0.9*C = 4200 --> C = 4200/0.9 = 4667 (F)

    Vậy là bạn cần phải sử dụng một chiếc tụ có giá trị điện dung là 4667F có điện áp giới hạn chịu đựng trên 4.2V, chưa kể nó phải có "phẩm chất" tuyệt đối (nội trở tương đương như nội trở của pin Li-ion) mới có thể thay thế cho cục pin "xoàng" của Galaxy S2! Đây là những con số "vĩ đại" mà công nghệ siêu tụ điện hiện nay vẫn còn đang trong giai đoạn ... ao ước....! :)

    Còn nếu trong trường hợp, chỉ là nếu thôi nhé, là bạn đang có trong tay chiếc tụ đó rồi thì bạn hoàn toàn có quyền sạc nó chỉ trong vòng 5 giây, với một dòng điện không đổi là:

    Ix = Qx/t = 4667/5 = 933 (Ampe)

    Cũng là một con số vĩ đại, vì bạn biết không, nó lớn gấp gần một trăm lần so với dòng điện tiêu thụ của một chiếc bình nóng lạnh 2kW ở nhà bạn đang sử dụng đấy.

    Như vậy, chỉ cần có một cục sạc và các chân tiếp xúc của pin trong máy, chân tiếp xúc giữa sạc và máy, chân tiếp xúc giữa ổ điện và cục sạc,... có khả năng tải được một dòng điện như thế trong vòng 5 giây, khi đó chính là lúc bạn có trong tay một chiếc smartphone mà chỉ cần sạc 5 giây rồi dùng trong 2 ngày.

    Còn nữa, hãy tính thử công suất cấp điện của cục sạc nhé:

    Như bạn biết, hầu hết các smartphone hiên nay đều dùng một nguồn điện áp 5V để sạc cho điện thoại. Như trên, bạn cần một dòng điện 933A để sạc trong 5 giây. Vậy công suất cấp điện tối thiểu của cục sạc là:

    Px = Ix * U = 933*5 = 4665W = 4.6kW
    (Tương đương với một máy phát điện chạy xăng dân dụng dùng cho một hộ gia đình!)

    Còn nếu muốn sạc 5 giây rồi dùng trong 20 ngày thì tất cả cứ nhân 10 lên: Bạn cần có chiếc tụ 46670F, một dòng điện sạc 9330A, và một cục sạc có công suất 46kW, bé bằng bao diêm thì càng tốt. Bạn thấy đấy, một cục sạc bé bằng bao diêm có công suất cấp điện bằng 10 lần máy phát điện chạy xăng dân dụng loại lớn!

    Chừng nào thì nền khoa học công nghệ có thể cho ra đời một chiếc tụ và những cục sạc như thế? Bây giờ các bác thông cảm với các nhà khoa học chưa? :)

    Bạn bị ngộ nhận một chi tiết đó là coi điện áp nguồn cung cấp là giá trị a là không đổi. Trong trường hợp này, muốn duy trì một dòng điện không đổi nạp điện cho tụ thì nguồn điện cung cấp phải có điện áp thay đổi, hoặc một điện trở điều tiết thay đổi. Nhưng đó là chuyện của bộ sạc, chúng ta không bàn tới việc chế tạo nó ra sao. Việc giả thiết một dòng điện sạc không đổi trong phân tích đó của mình chỉ nhằm mục đích đơn giản hóa để nêu bật rõ nét các đặc tính khác nhau giữa tụ điện và pin mà thôi. Và cũng để đơn giản trong các tính toán giúp mọi người dễ theo dõi mà thôi. Còn trong thực tế, người ta không sạc pin bằng dòng điện không đổi trong suốt quá trình sạc.
    ahuraV2TV2T thích nội dung này.
  9. V2TV2T

    V2TV2T Thành viên

    bác này có kiên thức rộng ghê, tiếc là user name của bác sai chính tả
  10. phicongtoan

    phicongtoan Thành viên

    vậy thì sẽ rất tuyệt chỉ cần thời gian ngắn đã sạc đầy mà lại sử dụng được lâu.
  11. ahura

    ahura Thành viên

    Vâng em cảm ơn bác ạ, mấy bữa nay đi học bù đầu nên hông có tgian lên xem ^^

    Đúng là nhờ bác em mới ngộ ra là mình đã bị ngộ nhận, lúc trước em nghĩ khi "thế" giữa nguồn và giữa tụ bằng nhau thì không còn dòng điện chạy qua nữa, nên mới dẫn tới sự ngớ ngẩn trên :D

    em cảm ơn bác rất nhiều ạ :D
  12. thinktank

    thinktank Thành viên

    Bây giờ thì siêu tụ điện đang hot, triển vọng là vô hạn, không như các loại pin. Như trong 1 trận đấu, tấn công mãi mà không ghi bàn thắng, rồi sẽ lãnh bàn thua. Công nghệ battery sẽ thua sớm thôi.