تفاوت خازن و ابر خازن در یک قالب جدول

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز، همانظور که می دانید  ابرخازن‌ها (SuperCapacitor) که ظرفیت بسیار بیشتری (با ولتاژ پایین) نسبت به خازن‌های معمولی دارند، خازن‌های معمولی و ابرخازن‌ها هر دو در قالب میدان‌های الکترواستاتیکی می‌توانند انرژی الکتریکی را در خود ذخیره کنند. با اینکه عملکرد این دو خازن یکسان است، تفاوت‌هایی با یکدیگر نیز دارند. در این مقاله قصد داریم تا با زبانی ساده به تفاوت خازن و ابرخازن بپردازیم. 

قبل از پرداختن به تفاوت خازن و ابرخازن در قالب یک جدول، بهتر است که مروری بر تعریف خازن و ابرخازن داشته باشیم.

خازن (Capacitor)

خازن عنصری پسیو (غیر فعال) در فیزیک و مهندسی الکترونیک است که در ساده‌ترین حالت، ساختاری صفحه‌ای مطابق با شکل زیر دارد. به واسطه جمع شدن بار‌های الکتریکی روی صفحات، خازن می‌تواند انرژی الکتریکی را به صورت میدان الکترواستاتیکی در خود ذخیره کند و در صورت لزوم در اختیار مدار الکتریکی بگذارد.

فیزیک خازن تخت (صفحه موازی)؛ با صرف نظر از اثرات لبه، بین صفحات خازن تخت میدان الکتریکی یکنواخت وجود دارد.

بین صفحات خازن، هوا یا ماده دی‌الکتریک قرار می‌گیرد. ماده دی‌الکتریک به جهت افزایش ظرفیت خازن استفاده می‌شود. خازن در حالت کلی عنصری غیرقطبی است. بدین معنی که قطب‌های مثبت و منفی به صورت پیش‌فرض برای آن تعریف نشده و قطب‌های آن به هنگام قرارگیری در مدار الکتریکی تعیین می‌شوند.

با قرار گرفتن خازن در یک مدار الکتریکی که توسط منبع جریان یا ولتاژ (نظیر باتری – جریان DC) تغذیه می‌شود، جریان الکتریکی از خازن مذکور تا هنگامی عبور خواهد کرد که ولتاژ دو سر خازن با ولتاژ منبع تغذیه برابر شود (عامل شارش بار یا جریان الکتریکی، اختلاف پتانسیل است). به عبارت دیگر، خازنی که ظرفیت آن تکمیل شده باشد، اجازه عبور جریان الکتریکی را نمی‌دهد (با این فرض که ظرفیت خازن مذکور به حدی باشد که ولتاژ آن بتواند با ولتاژ باتری برابر شود).

قطبیده شدن اتم‌ها یا مولکول‌های ماده دی‌الکتریک منجر به افزایش ظرفیت خازن می‌شود.

البته رفتار خازن در مدار‌هایی با منبع ولتاژ یا جریان متناوب (AC) متفاوت بوده و در مقابل عبور جریان AC از خود مقاومتی واکنشی موسوم به راکتانس (Reactance) نشان می‌دهد.  با قرار گرفتن خازن در مدار، جریان الکتریکی تا هنگامی ادامه پیدا می‌کند که مقدار بار‌های جمع شده روی صفحات آن تمام شود یا اصطلاحاً خازن دشارژ شود. 

نمایی از خازن‌های مختلف

ابرخازن (SuperCapacitor)

ابرخازن‌ها که به خازن‌های دولایه (Double Layer Capacitor) و Ultra-Capacitor نیز معروف هستند، توانایی ذخیره بار الکتریکی بسیار بیشتر از خازن‌های معمولی را دارند. شماتیک یک ابرخازن به شکل زیر است:

فیزیک ابرخازن یا خازن دو لایه؛ مهم‌ترین تفاوت خازن و ابرخازن استفاده از ماده الکترولیت به جای ماده دی‌الکتریک در ابرخازن‌ها است.

همان‌طور که مشاهده می‌کنید، صفحات یا الکترود‌های ابرخازن‌ها با لایه‌ای از کربن فعال پوشانده شده است. همچنین جداکننده‌ای بین دو قطب آند و کاتد خازن در ماده الکترولیت وجود دارد. این در حالی است که بین صفحات یا الکترود‌های خازن‌های معمولی تنها ماده دی‌الکتریک قرار می‌گیرد.

ابرخازن‌ها به دلیل استفاده از ماده الکترولیت (ماده‌ای که در باتری‌ها به کار می‌رود)، جدا از قابلیت ذخیره انرژی الکتریکی به صورت میدان الکترواستاتیک (همانند خازن‌های معمولی)، قابلیت ذخیره انرژی شبیه به باتری‌ها را نیز دارند. ابرخازن‌ها همانند باتری‌ها ترمینال‌های (قطب) مثبت و منفی داشته و از ظرفیت بسیاری بالایی علی‌رغم ولتاژ پایین برخوردار هستند. معمولاً ابرخازن‌ها در ظرفیت‌هایی بین ۱۰۰ فاراد تا ۱۲۰۰۰ فاراد با ولتاژ کاری پایین ۲.۵ تا ۲.۷ ولت ساخته می‌شوند. با ترکیب سری و موازی ابرخازن‌ها می‌توان به ترکیب‌های مفیدی جهت کاربرد‌هایی خاص دست پیدا کرد.

نمایی از ابرخازن‌هایی با ولتاژ ۲.۷ ولت و ظرفیت بسیار زیاد ۳۰۰۰ فاراد

ابرخازن‌ها سریع‌تر از باتری‌ها شارژ و با سرعت کندتری نسبت به خازن‌های معمولی دشارژ می‌شوند. در واقع می‌توان ابرخازن‌ها را ساختاری بین باتری و خازن معمولی در نظر گرفت. از این حیث در بازار عبارت باتری ابرخازنی نیز به کار می‌رود. 
تفاوت خازن و ابرخازن

در جدول مقایسه‌ای زیر، سعی داریم تا تفاوت خازن و ابرخازن را به صورت محسوس‌تری بیان کنیم.

منبع: فرادرس