بررسی تفاوت خازن و ابرخازن (به آن خازن دو لایه یا خازن اولترا هم گفته می‌شود)
هر دو نوع خازن یعنی هم خازن‌های مرسوم و معمولی و هم ابرخازن‌ها بار الکتریکی را در یک میدان الکترواستاتیک ذخیره می‌کنند. خازن‌ها قطعاتی خنثی هستند، در حالی که بعضی از ابرخازن‌ها نیز قطبی می‌باشند. اگرچه کارکرد هر دو نوع خازن معمولی و ابرخازن یکسان است و هر دوی آنها بار الکتریکی را در خود ذخیره می‌کنند، اما این دو نوع خازن با هم تفاوت‌هایی دارند که در ادامه آنها را بررسی می‌کنیم.
خازن معمولی
خازن در واقع یک قطعه الکترونیکی با دو پایانه است که بار الکتریکی را به شکل یک میدان الکترواستاتیک بین دو صفحه فلزی خود ذخیره می‌کند. خازن از دو صفحه فلزی (الکترودها مانند آند و کاتد) که به آنها صفحات خازن گفته می‌شود تشکیل شده است که به وسیله یک عایق که به آن دی الکتریک هم می‌گویند از هم جدا شده‌اند.
وقتی ولتاژ از منبع انرژی به سمت دو پایانه یک خازن روانه می‌شود، جریان تمایل دارد تا در قسمت‌های عایق خازن جاری شود اما این قسمت عایق و نارسانا جلوی حرکت الکترون‌ها را می‌گیرد. وقتی ولتاژ جاری در پایانه خازن با ولتاژ اعمال شده برابر شود، قسمت عایق همچنان در برابر جریان الکترون‌ها از خود مقاومت نشان می‌دهد. این پدیده مقاومت باعث ایجاد تغییراتی می‌شود که نتیجه آن ذخیره انرژی به شکل میدان‌های الکترواستاتیک است.
ابرخازن یا خازن دو لایه
ابرخازن به نام‌های مختلفی مانند خازن دو لایه و خازن اولترا نیز شناخته می‌شود. الکترودهای ابر خازن به‌وسیله کربن فعال پوشیده شده‌اند و این کربن فعال است که ماده اولیه الکترود در این نوع خازن را شکل می‌دهد. همانطور که در خازن معمولی از یک ماده دی الکتریک بین صفحات خازن استفاده می‌شد، در ابر خازن نیز از یک ماده عایق بین آند و کاتد یا همان الکترودها استفاده می‌شود.
ابر خازن‌ها از دو راه بار الکتریکی را ذخیره می‌کنند: یا با استفاده از خازن‌های دو لایه الکترو استاتیک (EDLC)، یا به‌وسیله شبه خازن الکترو شیمیایی و یا ترکیبی از این دو که به آن خازن هیبریدی (دوگانه) می‌گویند.
ابرخازن‌ها از فویل فلزی (الکترودها) ساخته شده‌اند که هرکدام از آنها با استفاده از کربن فعال پوشانده شده‌اند. این فویل‌ها در واقع ماده عایق را درون خود به شکل ساندویچ محاصره می‌کنند. ماده عایق در این نوع خازن‌ها ماده‌ای است که غشاء آن نفوذپذیری یونی داشته باشد مثل گرافن (که در ابر خازن‌های مدرن به کار می‌رود) که هم خاصیت نارسانایی دارند و هم باعث تبادل یون‌های الکترولیت بین الکترودها می‌شوند.
بهتر است بدانید که ابرخازن‌ها بین باتری و خازن در نظر گرفته می‌شوند. دلیل اصلی آن است که ابرخازن‌ها همانند خازن‌ها بسیار سریع شارژ می‌کنند و ظرفیت آنها بالاست و همانند باتری نرخ دشارژ آنها نیز بسیار پایین است.
تفاوت‌های کلیدی بین خازن معمولی با ابرخازن
همانطور که اشاره شده خازن معمولی با ابرخازن تفاوت‌های اساسی دارند. در جدول زیر این دو نوع خازن با هم مقایسه شده‌اند و تفاوت‌های آنها به خوبی نشان داده شده است:
ویژگی ها | خازن معمولی | ابرخازن |
ساختار | از دو پایانه فلزی (الکترودها) تشکیل شده است که به‌وسیله یک عایق در وسط آنها از هم جدا شده‌اند. بار الکتریکی در میدان الکترواستاتیک خازن ذخیره می‌شود. | نوعی خازن قطبی است که در آن از یک محلول الکترولیتی به جای دی الکتریک (عایق) استفاده شده است. برای تقویت و گسترش محدوده، روی الکترودها با کربن فعال پوشانده شده است. |
تعریف | خازن انرژی پتانسیل را به شکل میدان الکتریکی (الکترواستاتیک) ذخیره می‌کند و آن را به شکل انرژی الکتریکی آزاد می‌کند. | ابرخازن چیزی بین خازن و باتری است. ابرخازن در مقایسه با خازن معمولی ظرفیت بسیار بالا و همچنین ولتاژ بسیار پایین‌تری دارد. به آن خازن دولایه یا خازن اولترا هم گفته می‌شود. |
نحوه کار | خازن انرژی را به شکل میدان الکترواستاتیک ذخیره می‌کند. | ابرخازن انرژی را بین یون‌های الکترولیت و الکترود در یک بار الکتریکی دو لایه ذخیره می‌کند. |
انواع | · الکترولیتیکی
| . خازن دو لایه الکترواستاتیک (EDLC)
|
جنس عایق | آلومینیوم اکسید، فیلم‌های پلیمری یا سرامیک در خازن‌های معمولی به عنوان عایق بین الکترودها به کار می‌روند. | در ابر خازن‌ها از کربن فعال شده به عنوان عایق استفاده می‌شود. وقتی ولتاژ وارد می‌شود، یک میدان الکتریکی دوگانه شکل می‌گیرد که درست مثل یک عایق عمل می‌کند. |
زمان شارژ/تخلیه شارژ | زمان شارژ و تخلیه شارژ خازن معمولی در مقایسه با ابر خازن نرمال و عادی است؛ برای مثال ۱۰-۳-۱۰-۶ ثانیه | ابر خازن‌ها می‌توانند شارژ را خیلی سریعتر از یک باتری منتشر کنند و در هنگام شارژ شدن نیز به ازای هر واحد حجم شارژ بیشتری نسبت به یک الکترولیت ذخیره می‌کنند. به همین دلیل است که ابر خازن را چیزی بین باتریو خازن الکترولیتی می‌دانند. |
کارآمدی شارژ/تخلیه شارژ | >0.95 | 0.85 – 0.98 |
دمای عملیاتی | -20 to 65 °C (-4 to 149°F) | -40 to 65 °C (-40 – 149°F) |
انرژی | <0.1 Wh/kg | 1-10 Wh/kg |
تراکم انرژی | پایین | خیلی بالا |
نسبت توان به وزن | تا حداکثر 100,000 Wh/kg | تا حداکثر 10,000 Wh/kg |
هزینه | پایین | بالا |
مزایا | · از جذب انرژی اضافی جلوگیری می‌کند | · چرخه زندگی طولانی |
کاربردها | · هموار کردن خروجی منبع برق | · پیچ گوشتی بی سیم که می‌تواند در عرض چند دقیقه شارژ شود.
|
تهیه و ترجمه: وک شاپ
منبع: electricaltechnology
