Süper Kapasitörler Nasıl Çalışır?

Bu yazıda, bir süper kapasitörün ne olduğunu, sıradan bir kapasitörle ne kadar benzer veya farklı olduğunu, nerede kullanıldığını anlayacağız ve hangisinin daha üstün olduğunu bulmak için piller ve süper kapasitörler arasında karşılaştırma yapacağız.

Sıradan bir kapasitörün temellerini anlayalım.

Sıradan Kapasitör Nasıl Çalışır?

Kapasitör, aralıklı iletken ve dielektrik malzeme arasında az miktarda elektrostatik enerji depolayabilen pasif bir elektronik bileşendir.

Tüm güç kaynağı devrelerinde gerilim düzeltici olarak kullandığımız bu özelliğinden dolayı kondansatörü hızlı bir şekilde şarj edip boşaltabiliyoruz.

Tüm kapasitörler, çalışma sıcaklığı, çalışma voltajı ve genellikle birkaç piko-farad ile birkaç bin mikro-farad arasında değişen kapasitörün değeri gibi gövde üzerinde kaplanmış bazı özelliklere sahiptir.

Genellikle tüketici sınıfı elektroniklerde bulduğumuz kapasitörler seramik, polyester, kağıt, vs.'dir. Bu tip kapasitörler genellikle birkaç pico-farad ila bir mikro-farad aralığında düşük kapasitansa sahiptir.

Daha yüksek kapasitansa sahip olan, 0.1uF ila birkaç bin mikrofarad arasında değişen kapasitansa sahip elektrolitik tiptir.

Elektrolitik kapasitör, şekilde gösterildiği gibi, dielektrik olarak bir miktar kimyasal elektrolit ile ıslatılmış bir doku ve şekilde gösterildiği gibi, her iki tarafına da alüminyum folyo ekleyerek yük depolama kapasitesini arttırır.

Alüminyum ve doku yığını silindir şeklinde yuvarlanır ve alüminyum şasiye yerleştirilir. Rulonun çapı, dokunun yüksekliği ve kalınlığı kapasitörün çeşitli parametrelerini belirler.

Elektrolitik kapasitörler polarize edilmiştir, bu da anot ve katot terminaline sahip olduğu anlamına gelir ve diğer tip kapasitörlerde yaptığımız gibi kapasitör ile giriş besleme polaritesini değiştirmemeliyiz.

Süper Kapasitörler Nasıl Çalışır?

Süper kapasitör, Ultrakapasitör veya çift katmanlı kapasitör olarak da adlandırılır. Süper kapasitör, muazzam bir yük depolama kapasitesine sahiptir ve genellikle Farad'da ölçülür (mikro veya pico veya nano önekler olmadan).

Bir süper kapasitör birkaç Farad'dan birkaç bin Farad'a kadar değişebilir. Sıradan kapasitörlerin aksine, süper kapasitör, genellikle 2.5V ile 2.7V arasında olan daha düşük çalışma voltajına sahiptir.

Kapasitör bankından verimi artırmak için seri ve paralel konfigürasyonda bağlanırlar.
Süper kapasitörler, araçlarda anında rejeneratif frenleme için pillerin verilen görevi verimli bir şekilde yerine getiremediği yerlerde kullanılır. Kinetik enerji, elektrik enerjisine dönüştürülerek bir süre depolanır ve aracı hızlandırmak için tekrar kullanılır.

Bu mekanizma, aracın genel verimliliğini artırır. Ancak tek başına pil kullanıldığında, enerji yakalama verimli değildir. Birçok otomobil üreticisi, pillerle birlikte süper kapasitör ile deneyler yapıyor ve bildirildiğine göre sistemin genel verimliliğini artırdı.

Süper kapasitör, pillere kıyasla daha iyi şarj ve deşarj döngülerine sahiptir. Akıllı telefonlarımızda bulunan tipik bir lityum iyon pil, yaklaşık 1000 şarj ve deşarj döngüsüne sahiptir; burada bir süper kapasitör olarak 1 milyondan fazla şarj ve deşarj döngüsü vardır.

Pil, uzun süre belirli bir voltajın altına deşarj edildiğinde, pillerin etkin kapasitesi bozulur. Bir süper kapasitörün böyle bir sınırı yoktur, sıfır volta kadar gidebilir.

Ancak herhangi bir kapasitörün şarj olmadan bir yıl gibi uzun bir süre boyunca bırakılması, kapasitörün plakaları arasındaki bazı kimyasal reaksiyonlar nedeniyle şarj tutma kapasitesini de bozabilir.

Süper Kapasitör Yapısı:

Süper kapasitörlerin yapısı temelde sıradan kapasitörlerle aynıdır, yalnızca fark, kullanılan malzemenin türüdür ve enerji depolama kapasitesini artırmak için bazı yöntemler kullanılır.

Süper kapasitörler, ayırıcının her iki tarafında elektrolite batırılmış iletken plakalara sahiptir ve ayırıcı, plastik veya karbon veya kağıttan yapılmış çok ince bir dielektrik malzemedir.

Ayırıcı, plakalar arasında iyon transferinin verimliliğini artırmak için sıradan kapasitörlere kıyasla çok ince yapılmıştır.

Süper kapasitörler bazen çift katmanlı olarak anılır, çünkü her iki taraftaki plakalar şarj olduğunda, şekilde gösterildiği gibi ayırıcının her iki tarafında da yük üretir.

Şimdiye kadar süper kapasitör ve onun temel işlevi hakkında bir fikriniz olacaktı.

Pil ve Süper Kapasitör:

Pillerdeki ve süper kapaklardaki enerji yoğunluğunu ve ağırlığını karşılaştıralım.

Lityum iyon ve lityum polimer, piyasada bulunan diğer tüm pil teknolojilerine kıyasla en yüksek enerji yoğunluğuna sahiptir. Akıllı telefonlarımızın ve diğer taşınabilir elektronik cihazlarımızın li-ion / polimer ile üretilmesinin nedeni budur.

Süperkapakların enerji yoğunluğu, lityum pillere kıyasla oldukça düşüktür, bu nedenle yalnızca taşınabilir olmayan cihazlar için idealdir.

Süperkapaklar hızlı şarj ve deşarjda çok iyidir. Bu, her tür bataryada daha yüksek iç direnç nedeniyle batarya ile elde edilemez.

Pili daha güvenli akım sınırının ötesinde boşaltmaya çalışırsak, pile zarar verebiliriz. Bunun nedeni, pillerin iç dirence sahip olması ve ısı üretmesidir. Üretilen termal enerji, pil kapasitesinde geri dönüşü olmayan bir hasar oluşturmak için yeterlidir.

Süperkapaklarda, yüksek akım sağlamak için tasarlanmış bazı otomobil akülerinde iç direnç çok küçüktür, hatta iç dirençten bile daha küçüktür. Süper kapasitörün termal nedeniyle hasar görme şansı oldukça düşüktür.

Piller şarjı çok uzun süre tutabilir, ancak süper kapaklar için kendi kendine deşarj bir sorundur ve uzun süre enerji depolamak için uygun değildir.

Şimdi sonuç zamanı,

Peki hangisi daha üstün? Muhtemelen hiçbiri birbirinden üstün değildir. Pillerin büyük bir taşınabilirliği vardır, ancak süperkapaklar çok yüksek şarj ve deşarj oranına sahiptir. Günün sonunda ne kullandığımız uygulamaya göre değişir ve bu hangisinin en uygun olduğuna karar verir.

Yorum bölümünde bize bildirin, teknolojideki hızlı gelişme nedeniyle süper kapasitörlerin bir gün pillerin yerini alacağını düşünüyor musunuz?