ابرخازن
اَبَرخازن (به انگلیسی: supercapacitor) نوعی خازن است که ظرفیت بسیار زیادی نسبت به خازن‌های معمولی دارد، هرچند محدودیت ولتاژ پایین‌تری دارد. ظرفیت آنها معمولاً بیش از ۱۰ میلی فاراد است؛ همچنین قادرند بسیار سریع‌تر از باتری‌ها شارژ را دریافت یا آزاد کنند و تعداد چرخه‌های پُر و خالی‌شدن بسیار بیشتری را نسبت به باتری‌های قابل‌شارژ تحمل نمایند. قیمت ابرخازن در مقایسه با دیگر انواع خازن بیشتر است.[۱][۲]
برخلاف خازن‌های معمولی، ابرخازن‌ها از دی‌الکتریک جامدِ مرسوم استفاده نمی‌کنند؛ بلکه در آنها از ظرفیت دولایه الکترواستاتیک و شبه‌ظرفیت الکتروشیمیایی بهره گرفته می‌شود[۳] که هر دو در ذخیره‌سازی کل انرژیِ خازن نقش دارند.
ابرخازن‌ها در کاربردهایی که نیاز به چرخه‌های شارژ/دشارژ سریع دارند، به جای ذخیره‌سازی انرژی فشرده و طولانی مدت، مورد استفاده قرار می‌گیرند: در خودروها، اتوبوس‌ها، قطارها، جرثقیل‌ها و آسانسورها، از آنها برای ترمزگیری احیاکننده، ذخیره‌سازی انرژی کوتاه‌مدت یا تحویل برق در حالت انفجاری استفاده می‌شود.[۲] واحدهای کوچکتر به عنوان پشتیبان برق برای حافظه دسترسی تصادفی ایستا (SRAM) استفاده می‌شوند.
طرز کار خازن معمولی
[ویرایش | اشتراک‌گذاری]یک خازن معمولی انرژی به وسیلهٔ الکتریسیتهٔ ساکن شارژ می‌شود. برقراری اختلاف پتانسیل بین جوشن (صفحه)های مثبت و منفی خازن را شارژ می‌کند. این همانند ایجاد شارژ الکتریکی هنگام راه رفتن روی فرش است. لمس کردن شی باعث تخلیهٔ بار الکتریکی می‌شود.
انواع خازن‌ها
[ویرایش | اشتراک‌گذاری]ما خازن‌ها را به سه دسته تقسیم می‌کنیم.
خازن الکتروستاتیک
[ویرایش | اشتراک‌گذاری]متداول‌ترین خازن، خازن الکتروستاتیک با جداکنندهٔ خشک است. این نوع خازن‌ها دارای ظرفیت بسیار کمی هستند که برای پالایش سیگنال‌ها و تنظیم فرکانس رادیو به کار می‌روند. دامنهٔ تغییر ظرفیت این نوع خازن از چند پیکوفاراد تا چند میکروفاراد است.
خازن الکترولیتی
[ویرایش | اشتراک‌گذاری]نوع دیگر خازن از نوع الکترولیتی است که برای پالایش انرژی و حافظهٔ موقت استفاده می‌شوند. دامنهٔ ظرفیت این خازن‌ها حدود میکروفاراد است. این خازن‌ها توانایی ذخیرهٔ چند هزار برابری خازن‌های الکتروستاتیکی را دارند از دی الکتریک مایع استفاده می‌کنند.
ابر خازن
[ویرایش | اشتراک‌گذاری]ابر خازن‌ها یک خازن دولایه هستند که نسبت به خازن‌های معمولی ظرفیت بسیار بالاتری دارند اما ولتاژ شکست یا همان ولتاژ قابل تحمل آنها پایین است. ظرفیت ابرخازن‌ها معمولاً بیش از ۱۰ میلی فاراد و در رِنج فاراد است که باعث به وجود آمدن کاربردهای جدیدی برای آنها می‌شود ولی قیمت آنها در مقایسه با خازن‌های معمولی بالاتر است.
ابرخازن‌ها از دو صفحه فلزی که با مواد مختلف (با نام Activated Carbon) پوشانده شده‌اند تشکیل شده که این مواد متخلخل باعث پدیدآوردن مساحت بیشتری برای ذخیره انرژی می‌شود. این دو صفحه در یک ژل یا مایع الکترولیت که دارای یون‌های مثبت و منفی است غوطه ور هستند که در صورت اعمال یک ولتاژ به دو الکترود خازن این یون‌ها از هم جدا می‌شوند. به ابر خازن‌ها خازن الکتریکی دولایه (ELDC:Electric Double Layer Capacitor) هم گفته می‌شود.[۴]
مزایای ابر خازن‌ها
[ویرایش | اشتراک‌گذاری]- ابرخازن‌ها قابلیت شارژ و دشارژ برای صدها هزار بار با کمترین افت در عملکرد و کیفیت را دارند.
- طول عمر آنها بالا و بین ۱۰ تا ۲۰ سال است.
- بعد از ۱۰ سال کارکرد، ظرفیت آنها از ۱۰۰ به ۸۰ درصد می‌رسد.
- به دلیل مقاومت سری (ئی‌اس‌آر) پایین‌تر، زمان شارژ و دشارژ آنها پایین‌تر است.
- توان و جریان بالاتری نسبت به خازن‌های معمولی دارند.
- تحمل حرارت بالا یا دمای پایین تا منفی چهل درجه سانتی گراد را دارا هستند.
معایب ابرخازن‌ها
[ویرایش | اشتراک‌گذاری]- ولتاژ قابل تحمل آنها پایین و در حال حاضر در رنج ۵–۶ ولت است.
- در صورت نیاز به ولتاژهای بالاتر باید آنها را سری کرد که منجر به کاهش ظرفیت خازن می‌شود. در حالت سری به دلیل اینکه همه خازن‌های سری شده ظرفیت یکسانی ندارند باید از یک مدار کنترل برای شارژ آنها استفاده کرد تا ولتاژ یک یا چند تا از خازن‌های سری شده از بیشترین ولتاژ قابل تحمل الکترولیت آنها بیشتر نشود.
کاربردهای ابرخازن
[ویرایش | اشتراک‌گذاری]ابرخازن‌ها در دستگاه‌های پزشکی یا نظامی، لیزر و مایکروویو، منابع تغذیه، سیستم‌های امنیتی و اطلاعاتی به عنوان ذخیره پشتیبان، مدارهای راه انداز ال‌ای‌دی‌های توان بالا، توربین‌های بادی و شبکه‌های برق رسانی جهت پایداری شبکه، یوپی‌اس رایانه‌های حساس، درهای برقی در هنگام قطع شدن برق، سیستم‌های مولد برق از ترمز در ماشین‌های برقی جدید، تثبیت‌کننده ولتاژ و مدارهایی که نیاز به خازن‌هایی با زمان شارژ و دشارژ سریع دارند مورد استفاده قرار می‌گیرند.[۵]
منابع
[ویرایش | اشتراک‌گذاری]- ↑ Häggström, Fredrik; Delsing, Jerker (27 November 2018). "IoT Energy Storage - A Forecast". Energy Harvesting and Systems. 5 (3–4): 43–51. doi:10.1515/ehs-2018-0010. S2CID 64526195. Retrieved 30 October 2020.
- 1 2 Tehrani, Z.; Thomas, D.J.; Korochkina, T.; Phillips, C.O.; Lupo, D.; Lehtimäki, S.; O'Mahony, J.; Gethin, D.T. (1 January 2017). "Large-area printed supercapacitor technology for low-cost domestic green energy storage" (PDF). Energy. 118: 1313–1321. doi:10.1016/j.energy.2016.11.019. ISSN 0360-5442.
- ↑ Bueno, Paulo R. (28 February 2019). "Nanoscale origins of super-capacitance phenomena". Journal of Power Sources. 414: 420–434. Bibcode:2019JPS...414..420B. doi:10.1016/j.jpowsour.2019.01.010. hdl:11449/190051.
- ↑ «ابر خازن، سوپر خازن یا همان SuperCapacitor - دیجی نیک». diginic.net. بایگانی‌شده از اصلی در ۱۳ مه ۲۰۱۸. دریافت‌شده در ۲۰۱۶-۰۹-۲۴.
{{cite web}}: نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده) - ↑ «ابر خازن، سوپر خازن یا همان SuperCapacitor - دیجی نیک». diginic.net. بایگانی‌شده از اصلی در ۲۷ سپتامبر ۲۰۱۶. دریافت‌شده در ۲۰۱۶-۰۹-۲۴.
{{cite web}}: نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده)
| حوزهها |
| ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
