Разница между батареей и конденсатором?

Конденсаторы и (перезаряжаемые) батареи могут использоваться для хранения и извлечения электроэнергии, и оба они используются для этой цели. Но способ хранения электрической энергии (заряда) у них разный, что приводит к разным характеристикам и, следовательно, к разным вариантам использования.

Конденсатор непосредственно хранит заряд на двух пластинах проводников. Тот факт, что заряд хранится в проводниках, делает его легко доступным (низкий импеданс, быстрая реакция на изменения), но тот факт, что его хранение представляет собой, по сути, двумерную пару пластин, сильно ограничивает количество энергии, которое может быть сохранено. (Конденсаторы большей емкости используют накопитель 2,5D за счет гораздо менее проводящих пластин). Конденсатор хранит заряд, а это означает, что когда конденсаторы разряжаются (отдают ток), его напряжение падает (линейно, когда ток постоянный).

Аккумулятор накапливает энергию в химических реакциях. Это означает, что энергия хранится в трехмерном объеме, поэтому может храниться гораздо больше энергии, но поскольку ионы не меняют свою скорость так быстро, как электроны, батарея не может реагировать на изменения тока так же быстро, как конденсатор. Химические реакции никогда не бывают полностью обратимыми, поэтому батарея изнашивается намного быстрее, чем конденсатор. Но химическая реакция имеет фиксированное «напряжение активации», поэтому напряжение батареи остается (более или менее) одинаковым, пока она разряжена.

Следовательно, батареи и конденсаторы имеют разные варианты использования, которые редко пересекаются. Если тебе надо

• большая емкость => аккумуляторы
• фиксированное напряжение => батареи
• быстрый ответ => конденсаторы
• «бесконечный» (компонент) срок службы => конденсаторы

На самом деле батареи часто слишком медленны для электроники, но конденсаторы не могут хранить достаточно энергии, поэтому на практике часто требуется

• большая емкость + быстрый отклик => используйте батареи + конденсаторы

Ответ Воутера довольно хорош. Я бы добавил эту схему:

Плотность энергии – это количество энергии, которое может быть сохранено в данном весе продукта. Плотность мощности — это то, как быстро вы можете получить эту энергию. Таким образом, вы можете видеть, что алюминиевые электролитические крышки могут обеспечивать на несколько порядков большую мощность, чем любая аккумуляторная технология, представленная на графике, а энергия, запасаемая батареями, на несколько порядков выше, чем у алюминиевых электролитов. Ультракапы находятся где-то посередине.

Плотность мощности конденсатора ограничена ESR. Большинство конденсаторов могут выдержать полное короткое замыкание (хотя бы один раз), но общий доступный ток в значительной степени (хотя и не полностью) ограничен межсоединениями внутри самого конденсатора.

Кроме того, кривые напряжения разряда отличаются. Литий-ионный аккумулятор имеет тенденцию поддерживать относительно постоянное напряжение до тех пор, пока он не будет почти полностью разряжен.

С другой стороны, конденсатор при нагрузке постоянной мощности быстро падает напряжение.

Допустим, наша нагрузка имеет падение напряжения в два вольта. Литий-ионный аккумулятор будет поддерживать эту нагрузку до тех пор, пока он почти полностью не разрядится; более серьезной проблемой является разрядка батареи до такой степени, что она разрушается. Ультракап, однако, упадет с 3В до 2В и по-прежнему будет иметь почти половину всей заряженной энергии все еще в конденсаторе, недоступном для нас из-за падения напряжения телефона. Таким образом, общая плотность энергии конденсатора не только намного ниже, чем у батареи, мы даже не можем использовать всю имеющуюся там энергию.

Таким образом, мы не можем эффективно использовать конденсаторы в наших сотовых телефонах, потому что телефон прослужит либо в десять раз дольше (возможно, меньше), либо будет в десять раз больше (возможно, больше).

В других ответах говорится о практическом использовании конденсаторов для хранения энергии, но теоретически конденсаторы и батареи сильно различаются.

Идеальный конденсатор — это элемент схемы, обладающий тем свойством, что напряжение на его выводах пропорционально интегралу тока, протекающего через устройство:

https://en.wikipedia.org/wiki/Capacitor#Current.E2.80.93voltage_relation

Батарея, с другой стороны, является хорошей аппроксимацией маломощного резистора, включенного последовательно с идеальным источником напряжения . То есть напряжение на клеммах батареи в основном не зависит от тока. (за исключением небольшого пропорционального провала из-за внутреннего сопротивления.)

https://en.wikipedia.org/wiki/источник_напряжения