انواع ابر خازن و تکنولوژی ساخت

در این مبحث به انواع ابر خازن ها و تکنولوژِی ساخت ان ها تا به امروز به صورت مختصر و مفید پرداخته میشود.

در این قسمت به بررسی ویژگی ها و ساختار انواع ابر خازن می پردازیم.در انواع ابر خازن و مشخصان ان ها از نظر چگالی توان،انرژی و ولتاژ سلول ها مشخص شده است.

1خازن های 2 لایه ای:

خازن دو لایه  الکترو شیمیایی از دو الکترود کربنی، یک الکترولیت و یک جدا ساز ساخته شده اند.  ذخیره بار را به صورت الکترواستاتیکی انجام میدهند و هیچ انتقال بار بین سطح  الکترود و الکترولیت وجود ندارد. و بار الکتریکی بر روی سطح الکترود ها ذخیره می شود.

الکترو دها عموما از کربن هستند و مایع الکترولیت می تواند ابی یا الی باشد. عمدا الکترود ها از جنس کربن هستند.

اشکال مختلف کربن مانند کربن فعال.نانو کربن.فیبر کربن. ایروژل کربن در این خازن ها به کارر فته است که دسترسی به ظرفیت و چگالی توان و انرژِی بیش تر راممکن ساخته است. مشکل ابر خازن ها در ابتدا مقاومت داخلی بالا بود که با توسعه فناوری الکترود ها به ویژه استفاده از مواد کربی مقاومت داخلی ان بسیار کاهش یافت.

 

انواع ساختار الکترود در خازن های 2 لایه ای:

کربن فعال:

کربن فعال مواد اولیه انتخاب شده برای الکترود های خازن های دو لایه بود و 1 گرم ان دارای سطحی تقریبا 1000 تا 3000 متر مربع است.در سال 2010 تمام ابر خازن های  با الکترود کربن فعال  با استفاده از پوسته نارگیل ساخته شدند.

 

ویژگی های کربن:

1.بسیار پر منفذر است

2.سطح بسیار بزرگ

  1. تحمل درجه حرارت بالا و ثبات شیمیایی

4مقاوم در برابر خوردگی

 

ایروژول کربن:

ماده بسیار سبکی است  و دارای مقاومت پایین که در نتیجه باعث افزایش بازده و توان بالا تر در خازن ها می شود.

 

گرافن:

گرافن  یک ورق به ضخامت یک اتم گرافیک است. داری یک سطح به اندازه 2630 متر مربع برگرم است که میتواند یک خازن به اندازه 550 فاراد منجر شود. نانو ورقه های گرافن بيشترتوجه دانشمندان  را به خاطر ذخيره انرژی زیاد و صرفه اقتصادی جلب کرده اند.

 

نانو لوله های کربنی:

حدود  1/50000 عرض یک تار موی انسان هستند.

1.دارای سطحی به اندازه 2630 متر مربع. تقریبا مساحت یک زمین فوتبال به ازای یک گرم است.

2.رسانای قوی

3.تراکم حجم  بالا

 

خازن های پسودو:

برخلاف   خازن های 2 لایه که ذخیره شارژ را به صورت  الکترواستاتیکی انجام میدهند.خازن های پسودو شارژ را طبق فرایند فارادی از طریق انتقال  بار بین الکترود و الکترولیت و واکنش اکسیداسیون انجام می دهند.

اکسید هایی که استفاده می شود شامل روتنیم، ایرودیم، اهن، منگنز یا از سولفید تیتانیوم هستند. واکنش های اکسیداسیون مثال خوبی از این فرایند هستند .اکسید های فلزی  برای استفاده در خازن هایی با این فرایند به کار می روند.این خازن ها دارای چگالی توان  بیش از 2000وات بر کیلو گرم  و چگالی انرژی بیش از 10 وات ساعت بر کیلوگرم هستند. استفاده از فرایند فارادی موجب می شود این خازن ها چگالی توان بالا تری داشته باشند.ظرفیت خازن های پسودو شامل اکسید روتنیم 720 فاراد بر گرم است.اگر چه روتنیم گران است کاربرد ان به صنایع نظامی و فضایی محدود شده است.

پلیمر های رسانه:

دارای مقاومت کم در نتیجه هدایت بالا هستند.شامل پلی انیلین، پلی تیوفن، پلی پیرول، پلی اکتیلن هستند.به ان ها ناخالصی های اضافه می شود که خاصیت اند و کاتد پیدا کنند اما  عیب ان ها چرخه کارکرد محدود است.

 

 

اکسید های فلزی:

از انجا که هدایت بالایی دارند مطرح شدند اکثر تحقیقات مربوط به اکسید روتنیم است. دارای مقاومت پایین تر نسبت به خازن های دو لایو و پسودو پلیمری است. اما هزینه زیاد ان استفاده از ان را محدود می کند.

 

خازن های هیبریدی:

این دسته از خازن های الکتروشیمیایی خازن هایی هستند که یکی از الکترو دهای ان کربن متخلخل و دیگر الکترود ان از ایده خازن های پسودو بهره میگیرد .به این خازن ها اغلب خازن نا متقارن میگویند. عملکرد این خازن ها مشابه ویژگی های شارژ و دشارژ خازن دو لایه ای هستند.در این نوع خازن ها چگالی انرژی نسبت به سایر نسل ها بیش تر است. خازن های هیبریدی در تلاش برای بهره برداری از مزیت های نسبی و کاهش معایب خازن های دو لایه و پسودو برای تحقق بخشیدن به ویژگی های عملکرد بهتر ارایه شدند. استفاده از هر دو فرایند های فارادی و فرآیندهای غیر فارادی برای ذخیره شارژ، خازن هیبرید را دارای ظرفیت توان و انرژی بالاتری کرد.

 

 

الکترود های کامپوزیت:

 

الکترود های کامپوزیت ترکیبی از مواد کربنی با پلیمر ها و اکسید های فلزی هستند رنج ولتاژ ان ها بیش از  4 ولت است.

 

خازن های نامتقارن:

این نوع خازن ها جز خازن هیبریدی هستند و از نوع نامتقارن هستند. در این نوع خازن ها الکترود مثبت کربن با الکترود باطری جایگزین می شود.

 

 

 

در این ترکیب نیز از فرایند های فارادی و غیر فارادی در ان ها بهره گرفته شده است. با اتصال یک خازن 2 لایه با الکترود پسودو ایجاد شده است.به طور خاص از یک الکترود کربن فعال منفی با یک پلیمر مثبت تشکیل شده است.

 

خازن های بر نوع باطری:

در ان ها الکترود های قابل شارژ استفاده شده است که تکنولوژِی ساخت همانند باطری های لیتیوم یون دارند.این خازن ها همراه با یک الکترود کربی خازن های 2 لایه یک ترکیب نامتقارن را به وجود می اورد.ویژگی های این ترکیب دسترسی به توان بسیار بالاتر.طول عمر و همچنین عملیات شارژ و دشارژ سریع تر نسبت به دیگر باطری ها می باشند.

 

1+