مكثف كهربائي مزدوج الطبقة هو مكثف عالي السعة بمقاومة داخلية منخفضة للغاية. يخزن الطاقة الكهربائية في مجال إلكتروستاتيكي ، على عكس المكثف العادي الذي يخزن الطاقة في مجال كهربائي. يتمتع المكثف الفائق بسعة تخزين طاقة أعلى بكثير من المكثف العادي ويمكن شحنه وتفريغه بسرعة أكبر. بالإضافة إلى ذلك ، تتمتع بعمر أطول وأقل حساسية لدرجة الحرارة. تُستخدم المكثفات الفائقة في مجموعة متنوعة من التطبيقات ، من الإلكترونيات الاستهلاكية إلى السيارات الكهربائية.

التباعد بين المكثفات ذات الطبقة المزدوجة صغير جدًا ، مما ينتج عنه قدرة ضعيفة جدًا على تحمل الجهد ، وعادة لا تتجاوز 20 فولت ، لذلك يتم استخدامها عادةً كعناصر تخزين للطاقة في تطبيقات التيار المستمر ذات الجهد المنخفض أو تطبيقات التردد المنخفض. مكثفات الطبقة المزدوجة تستخدم على نطاق واسع. يمكن استخدامها كقوة موازنة للطاقة لأجهزة الرفع ، والتي يمكن أن توفر طاقة تيار كبيرة ، وكقوة لبدء تشغيل السيارة ، والتي تتميز بكفاءة وموثوقية أعلى من البطاريات التقليدية ، ويمكن أن تحل محل البطاريات التقليدية كليًا أو جزئيًا.

ما هي خصائص مكثف مزدوج الطبقة؟

1. كثافة عالية الطاقة

يمكن أن تصل إلى 102-104 واط / كجم ، وهو أعلى بكثير من مستوى كثافة الطاقة للبطارية.

2. دورة حياة طويلة

بعد 500،000 إلى 1،000،000 دورة شحن / تفريغ عميقة عالية السرعة في بضع ثوانٍ ، تتغير خصائص المكثفات ذات الطبقة المزدوجة قليلاً جدًا ، وتنخفض السعة والمقاومة الداخلية بنسبة 10٪ إلى 20٪ فقط.

3. حد واسع لدرجة حرارة العمل

نظرًا لأن معدلات امتصاص وامتصاص الأيونات في المكثفات ذات الطبقة المزدوجة لا تتغير كثيرًا في درجات الحرارة المنخفضة ، فإن تغير السعة يكون أصغر بكثير من البطاريات. يمكن أن يصل نطاق درجة حرارة التشغيل للمكثفات التجارية ذات الطبقة المزدوجة إلى -40 درجة مئوية + 80 درجة مئوية.

كيف تعمل مكثفات الطبقة المزدوجة؟

بالمقارنة مع المكثفات الالكتروليتية المصنوعة من الألومنيوم ، تتمتع المكثفات ذات الطبقة المزدوجة بمقاومة داخلية أعلى ، بحيث يمكن شحنها مباشرة دون مقاومة الحمل ، وفي حالة الشحن الزائد ، ستفتح المكثفات ذات الطبقة المزدوجة الدائرة دون إتلاف الأجهزة ، وهو تختلف عن انهيار الجهد الزائد لمكثفات الألومنيوم كهربائيا.

في الوقت نفسه ، مقارنة ببطارية قابلة لإعادة الشحن ، يمكن شحن مكثف الطبقة المزدوجة بدون حد حالي ، ويمكن أن يكون عدد الشحنات أكثر من 106 مرة ، وبالتالي فإن مكثف الطبقة المزدوجة لا يتمتع فقط بخصائص المكثف ولكن لها أيضًا خصائص البطارية ، وهي نوع جديد من المكونات الخاصة بين البطارية والمكثف.

المبدأ الأساسي هو أنه عند شحن القطب ، فإن الشحنة السطحية للقطب في حالة القطب المستقطب المثالية ستجذب الأيونات متباينة الخواص في محلول الإلكتروليت المحيط ، بحيث ترتبط هذه الأيونات بسطح القطب لتكوين شحنة مزدوجة طبقة مكونة مكثف طبقة مزدوجة. نظرًا لأن المسافة بين طبقتين الشحنة صغيرة جدًا (أقل من 0.5 نانومتر بشكل عام) ، مقترنة بهيكل القطب الخاص ، تزداد مساحة سطح القطب الكهربائي عشرة آلاف مرة ، مما ينتج عنه سعة كهربائية كبيرة.

لماذا تعتبر الطبقة المزدوجة الكهربائية مهمة؟

الطبقة المزدوجة الكهربائية هي ظاهرة تلعب دورًا أساسيًا في آلية التثبيت الكهروستاتيكي للغرويات. تكتسب الجسيمات الغروية شحنة كهربائية سالبة عندما يتم امتصاص الأيونات السالبة لوسط التشتت على سطح الجسيمات.

ما هي استخدامات مكثف كهربائي مزدوج الطبقة؟

المكثفات الكهربائية ذات الطبقة المزدوجة (EDLCs) هي مكثفات عالية الطاقة وكثيفة الطاقة تُستخدم في مجموعة واسعة من التطبيقات ، من الإلكترونيات الاستهلاكية إلى التطبيقات الصناعية. تعتبر EDLCs مناسبة تمامًا للتطبيقات مثل تكييف الطاقة وتجميع الطاقة وقوة النبض والذاكرة الاحتياطية ، وقد تم استخدامها في الإلكترونيات الاستهلاكية والسيارات والعسكرية والتطبيقات الطبية.

يشيع استخدام EDLCs في الإلكترونيات الاستهلاكية مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة والكاميرات الرقمية. كما أنها تستخدم في السيارات الكهربائية كأجهزة لتخزين الطاقة وكمصدر احتياطي للطاقة. في تطبيقات السيارات ، يتم استخدام EDLCs لتحسين كفاءة الوقود وتقليل الانبعاثات. كما يتم استخدامها أيضًا في التطبيقات العسكرية مثل تكييف الطاقة وقوة النبض والذاكرة الاحتياطية. تستخدم EDLCs أيضًا في الغرسات الطبية والأجهزة الطبية ، حيث إنها قادرة على تخزين الطاقة لفترة طويلة وموثوقة للغاية.

ما الفرق بين المكثفات ثنائية الطبقة والمكثفات الزائفة؟

السعة الكاذبة ، والمعروفة أيضًا باسم شبه السعة فاراداي ، هي الترسب غير المحتمل للمواد النشطة كهربيًا على سطح القطب أو في الفضاء ثنائي الأبعاد أو شبه ثنائي الأبعاد في الطور الكتلي ، حيث يمكن عكسها بدرجة عالية كيميائيًا أو امتصاصًا أو أكسدة واختزالًا تحدث التفاعلات ، مما ينتج عنه سعة مرتبطة بجهد شحن القطب.

يمكن توليد السعة الكاذبة ليس فقط على سطح القطب ولكن أيضًا داخل القطب بأكمله ، مما يسمح بقدرة كهربائية أعلى وكثافة طاقة أعلى من سعة الطبقة الثنائية. في حالة نفس منطقة القطب ، يمكن أن تكون السعة الكاذبة أعلى من 10 إلى 100 مرة من سعة الطبقة الثنائية.

تختلف المكثفات ثنائية الطبقة والمكثفات الزائفة في ثلاثة جوانب رئيسية أدناه:

يجب أن يكون استقرار وموصلية مادة الكربون جيدًا ، والجودة أعلى بكثير من السعة لأن الطبقة الثنائية تستخدم سطح المادة ، في حين أن أكاسيد المعادن الانتقالية هذه يمكن أن تستخدم المرحلة السائبة ، ولكنها في الأساس قيمة نظرية ، و دورة الحياة والتعددية محدودة.

تخزن المكثفات ذات الطبقة المزدوجة الطاقة عن طريق امتصاص الشحنة على سطح القطب ، بينما تخزن المكثفات الزائفة الطاقة عن طريق تفاعل الأكسدة والاختزال لمواد الإلكترود النشطة.

ينقسم مكثف الطبقة المزدوجة إلى مكثف مزدوج الطبقة ومكثف زائف من آلية تخزين الطاقة. إنه نوع جديد من أجهزة تخزين الطاقة ، والتي تتميز بخصائص كثافة الطاقة العالية ، ووقت الشحن القصير ، وعمر الخدمة الطويل ، وخصائص درجة الحرارة الجيدة ، وتوفير الطاقة وحماية البيئة الخضراء ، إلخ. تستخدم المكثفات ذات الطبقة المزدوجة على نطاق واسع.

المصدر ：QUARKTWIN