Πυκνωτές και μπαταρίες - ποια είναι η διαφορά

Φαίνεται ότι οι μπαταρίες και οι πυκνωτές κάνουν ουσιαστικά το ίδιο πράγμα - και οι δύο αποθηκεύουν ηλεκτρική ενέργεια για να τη μεταφέρουν στη συνέχεια στο φορτίο. Φαίνεται ακριβώς έτσι, σε ορισμένες περιπτώσεις ο πυκνωτής συνήθως συμπεριφέρεται σαν μπαταρία με μικρή χωρητικότητα, για παράδειγμα στα κυκλώματα εξόδου διαφόρων μετατροπέων.

Πόσο συχνά όμως μπορούμε να πούμε ότι μια μπαταρία συμπεριφέρεται σαν πυκνωτής; Καθόλου. Το κύριο καθήκον της μπαταρίας στις περισσότερες εφαρμογές είναι να συσσωρεύει και να αποθηκεύει ηλεκτρική ενέργεια σε χημική μορφή για μεγάλο χρονικό διάστημα, να τη συγκρατεί, έτσι ώστε να μπορεί στη συνέχεια γρήγορα ή αργά, αμέσως ή πολλές φορές να τη δώσει στο φορτίο. Το κύριο καθήκον του πυκνωτή υπό ορισμένες παρόμοιες συνθήκες είναι η αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας για μικρό χρονικό διάστημα και η μεταφορά της σε ένα φορτίο με το απαιτούμενο ρεύμα.

Δηλαδή, για τυπικές εφαρμογές πυκνωτών, συνήθως δεν υπάρχει ανάγκη διατήρησης ενέργειας για όσο χρόνο απαιτούν συχνά οι μπαταρίες. Η ουσία των διαφορών μεταξύ μπαταρίας και πυκνωτή έγκειται στη συσκευή και των δύο, καθώς και στις αρχές της λειτουργίας τους.Αν και από έξω σε έναν άγνωστο παρατηρητή μπορεί να φαίνεται ότι πρέπει να τακτοποιηθούν με τον ίδιο τρόπο.

Συμπυκνωτής (από το λατινικό condensatio — «συσσώρευση») στην απλούστερη μορφή του — ένα ζεύγος αγώγιμων πλακών με σημαντική περιοχή, που χωρίζονται από ένα διηλεκτρικό.

Το διηλεκτρικό που βρίσκεται μεταξύ των πλακών είναι σε θέση να συσσωρεύει ηλεκτρική ενέργεια με τη μορφή ηλεκτρικού πεδίου: εάν δημιουργηθεί ένα EMF στις πλάκες χρησιμοποιώντας μια εξωτερική πηγή πιθανή διαφορά, τότε το διηλεκτρικό μεταξύ των πλακών είναι πολωμένο επειδή τα φορτία στις πλάκες με το ηλεκτρικό τους πεδίο θα δράσουν στα δεσμευμένα φορτία μέσα στο διηλεκτρικό και αυτά τα ηλεκτρικά δίπολα (δεσμευμένα ζεύγη φορτίων μέσα στο διηλεκτρικό) προσανατολίζονται να προσπαθήσουν να αντισταθμίσουν το σύνολο τους ηλεκτρικό πεδίο, το πεδίο των φορτίων που υπάρχουν στις πλάκες λόγω εξωτερικής πηγής EMF.

Εάν τώρα η εξωτερική πηγή EMF από τις πλάκες είναι απενεργοποιημένη, τότε η πόλωση του διηλεκτρικού θα παραμείνει - ο πυκνωτής θα παραμείνει φορτισμένος για κάποιο χρονικό διάστημα (ανάλογα με την ποιότητα και τα χαρακτηριστικά του διηλεκτρικού).

Το ηλεκτρικό πεδίο ενός πολωμένου (φορτισμένου) διηλεκτρικού μπορεί να προκαλέσει την κίνηση ηλεκτρονίων σε έναν αγωγό εάν κλείσουν τις πλάκες. Με αυτόν τον τρόπο, ο πυκνωτής μπορεί να μεταφέρει γρήγορα την ενέργεια που αποθηκεύεται στο διηλεκτρικό στο φορτίο.

Η χωρητικότητα του πυκνωτή είναι όσο μεγαλύτερη είναι η περιοχή των πλακών και τόσο μεγαλύτερη είναι η διηλεκτρική σταθερά του διηλεκτρικού. Οι ίδιες παράμετροι σχετίζονται με το μέγιστο ρεύμα που μπορεί να λάβει ή να δώσει ο πυκνωτής κατά τη φόρτιση ή την εκφόρτιση.

Μπαταρία (από το λατ. acumulo συλλέγω, συσσωρεύω) λειτουργεί με εντελώς διαφορετικό τρόπο από τον πυκνωτή.Η αρχή της δράσης του δεν είναι πλέον στην πόλωση του διηλεκτρικού, αλλά στις αναστρέψιμες χημικές διεργασίες που συμβαίνουν στον ηλεκτρολύτη και στα ηλεκτρόδια (κάθοδος και άνοδος).

Για παράδειγμα, κατά τη φόρτιση μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου, τα ιόντα λιθίου υπό τη δράση ενός εξωτερικού EMF από τον φορτιστή που εφαρμόζεται στα ηλεκτρόδια ενσωματώνονται στο πλέγμα γραφίτη της ανόδου (σε μια χάλκινη πλάκα) και όταν αποφορτίζονται, πίσω στο η κάθοδος του αλουμινίου (π.χ. από οξείδιο του κοβαλτίου). Σχηματίζονται σύνδεσμοι. Η ηλεκτρική χωρητικότητα της μπαταρίας λιθίου θα είναι τόσο μεγαλύτερη όσο περισσότερα ιόντα λιθίου είναι ενσωματωμένα στα ηλεκτρόδια κατά τη φόρτιση και τα αφήνουν κατά την εκφόρτιση.

Σε αντίθεση με τον πυκνωτή, υπάρχουν ορισμένες αποχρώσεις εδώ: εάν η μπαταρία λιθίου φορτίζεται πολύ γρήγορα, τότε τα ιόντα απλά δεν έχουν χρόνο να ενσωματωθούν στα ηλεκτρόδια και σχηματίζονται κυκλώματα μεταλλικού λιθίου, τα οποία μπορούν να συμβάλουν σε βραχυκύκλωμα στο Και αν αδειάσετε την μπαταρία πολύ γρήγορα, η κάθοδος θα καταρρεύσει γρήγορα και η μπαταρία θα καταστεί άχρηστη. Η μπαταρία απαιτεί αυστηρή τήρηση της πολικότητας κατά τη φόρτιση, καθώς και έλεγχο των τιμών των ρευμάτων φόρτισης και εκφόρτισης.