ما هي المكثفات الفائقة؟

تتكون المكثفات القياسية من لوحين معدنيين أو قطبين مفصولين بمادة عازلة. عند تطبيق جهد ما ، تتراكم الإلكترونات عند أحد الأقطاب الكهربائية ، وتخزن الشحنة الكهربائية.

في غضون ذلك ، تخضع المادة العازلة المدسوسة بين الأقطاب لعملية تعرف باسم "الاستقطاب العازل" ، والتي تساهم في زيادة السعة.

تعمل المكثفات الفائقة على نفس المبادئ ، باستثناء أن مادة الوتد هي محلول إلكتروليتي وليس محتوى عازلًا. عند تطبيق الجهد ، يتم تكوين "طبقة كهربائية مزدوجة" ، والتي تعمل على محاذاة الشحنات السالبة والموجبة على طول حدود الأقطاب الكهربائية والمحلول الإلكتروليتي.

هذا الموقع بمثابة مستودع للشحنات الكهربائية. كثيرا ما يستخدم الكربون المنشط لزيادة حجم المناطق الحدودية. وذلك لأن سعة المكثف الفائق تتناسب طرديًا مع مساحة "الطبقة المزدوجة الكهربائية". هذا الكربون المنشط مادة مسامية معروفة مع العديد من الثقوب السطحية التي تساعد في تغطية مساحة سطح كبيرة.

المكثفات الفائقة لها نفس هيكل البطارية النموذجية لتخزين الكهرباء بسبب المحلول الكهربائي والأقطاب الكهربائية. تحدث تفاعلات كيميائية في البطارية بين المحلول الإلكتروليتي والأقطاب الكهربائية ؛ ومع ذلك ، فإن المكثفات الفائقة تسمح فقط للإلكترونات بالانتقال بين الأقطاب الكهربائية. بسبب هذه الفروق ، تختلف خصائص البطارية والمكثف الفائق.

ما هي فوائد المكثفات الفائقة؟

وقت الشحن

تعادل أوقات الشحن والتفريغ للمكثفات الفائقة تلك الخاصة بالمكثفات التقليدية. بالنظر إلى مقاومتهم الداخلية المنخفضة ، يمكنهم الحصول على تيارات شحن وتفريغ كبيرة. يمكن أن تستغرق البطاريات عدة ساعات حتى يتم شحنها بالكامل - بطارية الهاتف الخلوي مثال جيد - في حين أن المكثفات الفائقة يمكن أن تصل إلى نفس حالة الشحن في أقل من دقيقتين.

قوة محددة

الطاقة المحددة للبطارية أو المكثف الفائق هي مقياس يستخدم لتقييم التقنيات المختلفة بناءً على أقصى خرج للطاقة مقسومًا على الكتلة الإجمالية للجهاز. تتمتع المكثفات الفائقة بقوة معينة تتراوح من 5 إلى 10 أضعاف طاقة البطاريات. على سبيل المثال ، في حين أن بطاريات Li-ion لها طاقة محددة تتراوح من 1 إلى 3 كيلو واط / كجم ، فإن المكثف الفائق النموذجي لديه طاقة محددة تبلغ حوالي 10 كيلو واط / كجم. هذه الخاصية مهمة بشكل خاص في التطبيقات التي تتطلب جهاز التخزين لإطلاق الطاقة في رشقات نارية قصيرة.

دورة حياة المكثف الفائق وأمانه

عندما تُعامل بطريقة غير عادلة ، تكون البطاريات فائقة المكثف أكثر أمانًا من البطاريات القياسية. عندما تكون البطاريات قصيرة الدائرة ، فمن المعروف أنها تحترق تلقائيًا بسبب التسخين المفرط ؛ ومع ذلك ، لا تسخن المكثفات الفائقة بنفس القدر بسبب مقاومتها الداخلية المنخفضة. 

يمكن شحن وتفريغ المكثفات الفائقة أكثر من 15000 مرة بأقل قدر من التدهور ، في حين أن بطارية الليثيوم أيون العادية يمكن شحنها وتفريغها 300 مرة أو أقل بنفس الخسارة. وهذا يجعل المكثفات الفائقة مفيدة للغاية في التطبيقات التي تتطلب تخزينًا وإطلاقًا للطاقة بشكل متكرر.

المصدر: Dotmod