ابر خازن

ابر خازن‌ها یک خازن دولایه هستند که نسبت به خازن‌های معمولی ظرفیت بسیار بالاتری دارند، اما ولتاژ قابل تحمل آن‌ها که به ولتاژ شکست یا break down voltage معروف است پایین است. ظرفیت ابر خازن‌ها معمولا بیش از ۱۰ میلی فاراد و در رنج فاراد است که باعث بوجود آمدن کاربرد‌های جدیدی برای آن‌ها می‌شود، ولی قیمت آن‌ها در مقایسه با خازن‌های معمولی بالاتر است.
سوپر خازن‌ها از دو صفحه فلزی که با مواد مختلف (با نام Activated Carbon) پوشانده شده اند تشکیل شده که این مواد متخلخل باعث پدیدآوردن مساحت بیشتری برای ذخیره انرژی می‌شود. این دو صفحه در یک ژل یا مایع الکترولیت که دارای یون‌های مثبت و منفی می‌باشد غوطه ور هستند که در صورت اعمال یک ولتاژ به دو الکترود خازن این یون‌ها از هم جدا می‌شوند. به ابر خازن‌ها خازن الکتریکی دولایه (ELDC:Electric Double Layer Capacitor) هم گفته می‌شود.


عموما در ساختار ابر خازن‌ها 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 می‌گردد.
مزایای سوپر خازن‌ها چیست؟
- سوپرخازن‌ها قابلیت شارژ و دشارژ برای صد‌ها هزار بار با کمترین افت در عملکرد و کیفیت را دارند.
- طول عمر آن‌ها بالا و بین ۱۰ تا ۲۰ سال است.
- بعد از ۱۰ سال کارکرد، ظرفیت آن‌ها از ۱۰۰ به ۸۰ درصد می‌رسد.
- بدلیل مقاومت سری یا ESR پایین تر، زمان شارژ و دشارژ آن‌ها پایین‌تر است.
- توان و جریان بالاتری نسبت به خازن‌های معمولی دارند.
- تحمل حرارت بالا یا دمای پایین تا منفی چهل درجه سانتی گراد را دارا هستند.


معایب ابر خازن‌ها چیست؟
- ولتاژ قابل تحمل آن‌ها پایین و در حال حاضر در رنج ۲-۳ ولت است.
- در صورت نیاز به ولتاژ‌های بالاتر باید آن‌ها را سری کرد که منجر به کاهش ظرفیت خازن می‌شود.


سوپر خازن‌ها چه کاربردی دارند؟
ابرخازن‌ها در دستگاه‌های پزشکی و یا نظامی، لیزر و مایکروویو، منابع تغذیه، سیستم‌های امنیتی و اطلاعاتی به عنوان ذخیره پشتیبان، مدار‌های راه انداز ال‌ای دی‌های توان بالا، توربین‌های بادی و شبکه‌های برق رسانی جهت پایداری شبکه، UPS کامپیوتر‌های حساس، در‌های برقی در هنگام قطع شدن برق، سیستم‌های مولد برق از ترمز در ماشین‌های برقی جدید، تثبیت کننده ولتاژ و مدار‌هایی که نیاز به خازن‌هایی با زمان شارژ و دشارژ سریع دارند مورد استفاده قرار می‌گیرند.


از چه موادی در ساخت سوپر خازن‌ها استفاده می‌شود؟
در ساخت ابرخازن‌ها از مواد مختلف کربنی، اکسید‌های فلز و پلیمر‌های رسانا استفاده می‌شود. پیشرفت‌های حاصل شده در زمینه کار با مواد پایه کربنی مثل گرافین باعث افزایش ظرفیت این نوع خازن‌ها شده است و اکنون می‌توان ابر خازن‌ها را به عنوان رقیب جدید باطری‌ها 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 خازن‌ها 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 می‌شود. برخی از تکنولوژی‌های تولید سوپر خازن‌ها وارد بازار شده اند و برخی دیگر همچنان در مراحل بررسی و تحقیقاتی هستند.