- Süper Kapasitör veya Ultra Kapasitörün Faydaları
- Kondansatördeki enerjiler
- İnşaatı
- Supercapacitor Array yapısı
- Misal
Kondansatör, elektronikte yaygın olarak kullanılan iki terminalli pasif bir bileşendir. Elektronikte bulduğumuz hemen hemen her devre, çeşitli kullanımlar için bir veya daha fazla kapasitör kullanır. Kondansatörler, dirençlerden sonra en çok kullanılan elektronik bileşendir. Enerji depolamak için özel bir yetenekleri vardır. Piyasada farklı türde kapasitörler mevcuttur, ancak son zamanlarda popülerlik kazanan ve gelecekte pillerin yerini alacağını veya alternatifini vaat eden biri süper kapasitörler veya aynı zamanda ultrakapasitörler olarak da bilinir.. Bir süper kapasitör, kapasitans değerleri normal kapasitörlerden çok daha yüksek ancak voltaj limitleri daha düşük olan yüksek kapasiteli bir kapasitörden başka bir şey değildir. Birim hacim veya kütle başına elektrolitik kapasitörlerden 10 ila 100 kat daha fazla enerji depolayabilirler, daha hızlı şarj alabilir ve iletebilirler. piller ve yeniden şarj edilebilir pillere göre daha fazla şarj-deşarj döngüsüne izin verir.
Süper kapasitörler veya Ultrakapasitörler, modern zamanlarda yoğun bir şekilde geliştirilen yeni bir enerji depolama teknolojisidir. Süper kapasitörler önemli endüstriyel ve ekonomik faydalar sağlıyor
Bir kapasitörün kapasitansı, Farad (F) cinsinden.1uF (mikrofarad), 1mF (milifarad) gibi ölçülür. Bununla birlikte, daha düşük değerli kapasitörler elektronikte oldukça yaygın olsa da, enerjiyi çok daha yüksek yoğunlukta depolayan ve çok yüksek kapasitans değerinde bulunan çok yüksek değerli kapasitörler de mevcut olup, muhtemelen Farad'a göre değişir.
Yukarıdaki resimde, yerel olarak mevcut bir 2.7V, 1Farad süper kapasitör görüntüsü gösterilmektedir. Voltaj değeri çok daha düşüktür ancak yukarıdaki kapasitörün kapasitansı oldukça yüksektir.
Süper Kapasitör veya Ultra Kapasitörün Faydaları
Süper kapasitörlere olan talep her geçen gün artıyor. Hızlı gelişme ve talebin ana nedeni, Süperkapasitörlerin diğer birçok faydasından kaynaklanmaktadır, bunlardan birkaçı aşağıda belirtilmiştir:
- Yaklaşık 1 milyon şarj döngüsüyle çok iyi bir ömür sağlar.
- Çalışma sıcaklığı -50 derece ile 70 derece arasında olup, tüketici uygulamalarında kullanıma uygun hale getirir.
- Pillerle elde edilen 50 kata kadar yüksek güç yoğunluğu.
- Zararlı malzemeler, toksik metaller, Süper Kapasitörler veya Ultrakapasitörler üretim sürecinin bir parçası değildir ve bu da onu tek kullanımlık bileşen olarak sertifikalandırır.
- Pillere göre daha verimlidir.
- Akülere kıyasla bakım gerektirmez.
Süper kapasitörler, enerjileri elektrik alanında depolar, ancak piller söz konusu olduğunda, enerjileri depolamak için kimyasal bileşikler kullanırlar. Ayrıca, hızlı şarj etme ve boşaltma kabiliyeti nedeniyle, Süperkapasitörler yavaş yavaş pil pazarına giriyor. Çok yüksek verimlilikle düşük iç direnç, bakım maliyeti yok, daha uzun kullanım ömürleri, modern güç kaynağı ile ilgili pazardaki yüksek talebinin ana nedenidir.
Kondansatördeki enerjiler
Bir kapasitör, enerjileri Q = C x V şeklinde depolar. Q, Coulomb'ta Şarj anlamına gelir, Faradlarda kapasite için C ve volt cinsinden voltaj için V anlamına gelir. Yani, kapasitansı arttırırsak, depolanan enerji Q da artacaktır.
Kapasitans birimi, adını M. Faraday'dan alan Farad (F) 'dir. Farad, coulomb / volt cinsinden kapasitans birimidir. 1 Faradlı bir kondansatör dersek, 1 coulomb yüküne bağlı olarak plakaları arasında 1 voltluk bir potansiyel farkı yaratacaktır.
1 Farad, genel bir elektronik bileşen olarak kullanmak için çok büyük değerli bir kapasitördür. Elektronikte, genellikle mikrofarad ila Pico farad kapasitans kullanılır. Mikrofaradlık uF olarak ifade edilir (1 / 1,000,000 Farad veya 10 -6 F) nano-farad nF olarak (1/1000000000 veya 10 -9 F) Pico pF olarak farad (1 / 1,000,000,000,000 OR10 -12 F)
Değer, mF'den birkaç Farad'a (Genellikle <10F) kadar çok yükselirse, kapasitörün plakaları arasında çok daha fazla enerji tutabileceği anlamına gelir, bu kapasitör Ultra kapasitör veya Süperkapasitör olarak adlandırılır.
Bir kapasitörde depolanan enerjiler E = ½ CV 2 Joule'dir. E joule cinsinden depolanan enerjidir, C Farad'daki kapasitanstır ve V plakalar arasındaki potansiyel farktır.
İnşaatı
Süper kapasitör, elektrokimyasal bir cihazdır. İlginç bir şekilde, elektrik enerjilerini depolamaktan sorumlu hiçbir kimyasal reaksiyon yoktur, çok küçük bir yüzey alanına yakın yerleştirilmiş büyük bir iletken plaka veya elektrot ile benzersiz bir yapıya sahiptirler. Yapısı, elektrotları arasında sıvı veya ıslak elektrolit bulunan bir elektrolitik kondansatör ile aynıdır. Burada farklı kapasitör türleri hakkında bilgi edinebilirsiniz.
Süper kapasitör, elektrik enerjisini iletken elektrotlar arasındaki elektrik alanı olarak depolayan elektrostatik bir cihaz görevi görür.
Kırmızı ve mavi elektrotlar çift taraflı olarak kaplanmıştır. Genellikle karbon nanotüpler veya jeller veya özel tipte iletken aktif karbonlar şeklinde grafit karbondan yapılırlar.
Elektrotlar arasındaki büyük elektron akışını engellemek ve pozitif iyonu geçirmek için gözenekli bir kağıt membran kullanılır. Kağıt membran ayrıca elektrotları ayırır. Yukarıdaki görüntüde görebileceğimiz gibi, yeşil renkli gözenekli kağıt membran ortada yer almaktadır. Elektrotlar ve kağıt ayırıcı sıvı elektrolit ile emprenye edilir. Alüminyum folyo elektrik bağlantısını kuran akım toplayıcı olarak kullanılır.
Ayırma plakası ve plakaların alanı, kondansatörün kapasitans değerinden sorumludur. İlişki şu şekilde gösterilebilir:
Nerede, Ɛ plakalar arasında bulunan malzemenin geçirgenliğidir
A, plakanın alanıdır
D, plakalar arasındaki ayrımdır
Dolayısıyla, süper kapasitör durumunda, temas yüzeyinin artırılması gerekir, ancak bir sınırlama vardır. Kapasitörün fiziksel şeklini veya boyutunu artıramayız. Bu sınırlamanın üstesinden gelmek için, plakalar arasındaki iletkenliği arttırmak ve böylece kapasitansı arttırmak için özel tip elektrolitler kullanılır.
Süper kapasitörler ayrıca çift katmanlı kapasitör olarak da adlandırılır. Bunun arkasında bir sebep var. Özel elektrolit kullanılarak çok küçük ayrılma ve geniş yüzey alanı, elektrolitik iyonların yüzey tabakası bir çift tabaka oluşturur. Her karbon elektrotta birer tane olmak üzere ve çift katmanlı kapasitör olarak adlandırılan iki kapasitör yapısı oluşturur.
Bu yapıların bir dezavantajı vardır. Elektrolitin ayrışma voltajı nedeniyle kapasitördeki voltaj çok düşük hale geldi. Voltaj, elektrolit materyaline büyük ölçüde bağlıdır, materyal, kapasitörün elektrik enerjisi depolama kapasitesini sınırlayabilir. Bu nedenle, düşük terminal voltajı nedeniyle, elektrik yükünü kullanışlı bir voltaj düzeyinde depolamak için bir süper kapasitör seri olarak bağlanabilir. Bundan dolayı, seri haldeki süper kapasitör normalden daha yüksek voltaj üretir ve paralel olarak kapasitans daha da büyür. Aşağıdaki Supercapacitor Array İnşaat tekniği ile açıkça anlaşılabilir.
Supercapacitor Array yapısı
Şarjı yararlı bir gerekli voltajda depolamak için süper kapasitörlerin seri olarak bağlanması gerekir. Kapasitansı arttırmak için paralel bağlanmaları gerekir.
Süper kapasitörün dizi yapısını görelim.
Yukarıdaki görüntüde, tek bir hücrenin veya kapasitörün hücre voltajı Cv olarak gösterilirken, tek bir hücrenin kapasitansı Cc olarak belirtilir. Bir süper kapasitörün voltaj aralığı 1V ila 3V arasındadır, seri bağlantılar voltajı arttırır ve paralel olarak daha fazla kapasitör kapasitansı artırır.
Diziyi yaratırsak, seri halindeki gerilim
Toplam gerilim = Hücre Gerilimi (Cv) x Sıra sayısı
Ve paralel kapasitans olacak
Toplam kapasite = Hücre Kapasitansı (Cc) x (Sütun Sayısı / Satır Sayısı)
Misal
Bir yedek depolama cihazı oluşturmamız gerekiyor ve bunun için 6V dereceli bir 2.5F süper veya süper kapasitör gerekiyor.
Diziyi 3V dereceli 1F kapasitörler kullanarak oluşturmamız gerekirse, dizi boyutu ve kapasitör miktarları ne olur?
Toplam gerilim = Hücre Gerilimi x Sıra numarası Sonra, Sıra numarası = 6/3 Sıra numarası = 2
Seri olarak iki kondansatörün 6V potansiyel farkına sahip olacağı anlamına gelir.
Şimdi, kapasite, Toplam kapasite = Hücre kapasitansı x (Sütun Numarası / Satır Numarası) Ardından, Sütun numarası = (2,5 x 2) / 1
Yani 2 satıra ve 5 sütuna ihtiyacımız var.
Diziyi oluşturalım,
Dizide depolanan toplam enerji
Süper kapasitörler enerji depolamada ve hızlı şarj veya deşarjın gerekli olduğu yerlerde iyidir. Yedek güç kaynağı veya hızlı deşarjın gerekli olduğu yerlerde yaygın olarak yedekleme cihazları olarak kullanılır. Ayrıca Yazıcılarda, arabalarda ve çeşitli içilebilir elektronik cihazlarda kullanılırlar.