ابر خازن ها یک خازن دو لایه هستند که نسبت به خازن های معمولی ظرفیت بسیار بالاتری دارند اما ولتاژ قابل تحمل آنها که به ولتاژ شکست یا break down voltage معروف است پایین است. ظرفیت ابر خازن ها معمولا بیش از 10 میلی فاراد و در رنج فاراد است که باعث بوجود آمدن کاربردهای جدیدی برای آنها می شود ولی قیمت آنها در مقایسه با خازن های معمولی بالاتر است.
سوپر خازن ها از دو صفحه فلزی که با مواد مختلف با نام (Activated Carbon) پوشانده شده اند تشکیل شده که این مواد متخلخل باعث پدید آوردن مساحت بیشتری برای ذخیره انرژی می شود. این دو صفحه در یک ژل یا مایع الکترولیت که دارای یون های مثبت و منفی می باشد غوطه ور هستند که در صورت اعمال یک ولتاژ به دو الکترود خازن این یون ها از هم جدا می شوند.
عموما در ساختار ابر خازن ها از سدیم پرکلرات و یا پرکلرات لیتیوم به عنوان الکترولیت و از اکریلیک به عنوان جدا کننده بین ۲ الکترود (ضخامت ۰٫۳-۰٫۸ نانومتر) و از کربن به عنوان الکترود استفاده می گردد.
مزایای سوپر خازن ها چیست؟
- سوپر خازن ها قابلیت شارژ و دشارژ برای صدها هزار بار با کمترین افت در عملکرد و کیفیت را دارند.
- طول عمر آنها بالا و بین 10 تا 20 سال است.
- بعد از 10 سال کارکرد، ظرفیت آنها از 100 به 80 درصد می رسد.
- بدلیل مقاومت سری یا ESR پایین تر، زمان شارژ و دشارژ آنها پایین تر است.
- توان و جریان بالاتری نسبت به خازن های معمولی دارند.
-تحمل حرارت بالا یا دمای پایین تا منفی چهل درجه سانتی گراد را دارا هستند.
معایب ابر خازن ها چیست؟
- ولتاژ قابل تحمل آنها پایین و در حال حاضر در رنج 2-3 ولت است.
-در صورت نیاز به ولتاژهای بالاتر باید آنها را سری کرد که منجر به کاهش ظرفیت خازن می شود.
سوپر خازن ها چه کاربردی دارند؟
ابر خازن ها در دستگاه های پزشکی و یا نظامی، لیزر و مایکروویو، منابع تغذیه، سیستم های امنیتی و اطلاعاتی به عنوان ذخیره پشتیبان، مدارهای راه انداز ال ای دی های توان بالا، توربین های بادی و شبکه های برق رسانی جهت پایداری شبکه، UPS کامپیوترهای حساس، درهای برقی در هنگام قطع شدن برق، سیستم های مولد برق از ترمز در ماشین های برقی جدید، تثبیت کننده ولتاژ و مدارهایی که نیاز به خازن هایی با زمان شارژ و دشارژ سریع دارند مورد استفاده قرار می گیرند.
از چه موادی در ساخت سوپر خازن ها استفاده می شود؟
در ساخت ابرخازن ها از مواد مختلف کربنی، اکسید های فلز و پلیمرهای رسانا استفاده می شود. پیشرفت های حاصل شده در زمینه کار با مواد پایه کربنی مثل گرافین باعث افزایش ظرفیت این نوع خازن ها شده است و اکنون می توان ابر خازن ها را به عنوان رقیب جدید باطری ها در نظر گرفت.
گرافین یک لایه نازک کربنی با شکل لانه زنبوری (Honeycomb) است که استحکام بسیار بالایی دارد و استفاده از آن در ساخت ابر خازن ها باعث افزایش ظرفیت آنها بدلیل وجود مساحت داخلی بیشتر در گرافین شده است.
در حال حاضر در مراکز تحقیقاتی بر روی اقتصادی شدن هزینه تولید ابرخازن ها، کاهش مخاطرات آنها برای محیط زیست و افزایش بهره وری آنها کار می شود. برخی از تکنولوژی های تولید سوپر خازن ها وارد بازار شده اند و برخی دیگر همچنان در مراحل بررسی و تحقیقاتی هستند.