Kondansat?r kavram? uzun zamand?r var. ?lk olarak Leiden ?i?esi olarak biliniyordu. Prototipi, hidrolize asit dielektrik i?eren bir cam ?i?edir. Aside bat?r?lm?? iletken ve cam ?i?enin d???na kaplanm?? metal folyo iki elektrot g?revi g?rür. Aradaki cam, ?ekil 1'de g?sterildi?i gibi bir dielektrik malzeme olarak kullan?l?r. Berker, 1757'de bir patent ba?vurusunda bulunur; bu, birincil hücredeki elektrik enerjisinin, sulu dielektrik g?zenekli karbona bat?r?lm?? ?ift hücrede depolanan yük ile depoland???n? a??klar. malzeme arayüzü. Elektrokimyasal kondansat?r (süperkapasit?r olarak da bilinir) nedir? Birincisi, hafniyum oksit film sistemi ve bir karbon ?ift katman? taraf?ndan geli?tirilen büyük kapasiteli bir kapasit?rdür (farad kapasitesinin gram? ba??na). Bu kadar büyük bir ?arj kapasitesi nas?l elde edilir? Sonra neler oldu?unu ??renece?iz.

?ekil 1 Leiden ?i?esinin prensibi ve fiziksel haritas?

I. S?n?fland?rma ve prensip

Elektrokimyasal kapasit?rlerin birka? ?nemli ?zelli?i oldu?u bilinmektedir: hepsi enerji deposuna ba?l? olan yüksek gü? yo?unlu?u (h?zl? ?arj ve de?arj, ikinci derece), uzun ?evrim ?mrü ve nispeten büyük enerji yo?unlu?u (lityum iyon pillerden biraz daha az) mekanizmas?. Enerji depolama prensibine g?re, elektrokimyasal kapasit?rler genellikle elektrikli ?ift katmanl? kapasit?rlere ve Faraday tantal kapasit?rlere ayr?l?r. Tabii ki, ikisini birlikte kar??t?rmak da hibrid kapasit?r olarak adland?r?l?r. ?lgili enerji depolama mekanizmalar? nelerdir ve lityum iyon pillerden nas?l farkl?d?rlar? A?a??da, ?ekil 2'de g?sterildi?i gibi, baz? temel enerji depolama prensiplerini ve lityum iyon pillerle olan fark? k?saca anl?yoruz.

?ekil 2 Elektrikli ?ift katmanl? kapasit?r, Faraday tantal kapasit?r ve lityum iyon pilin temel bile?imi ve enerji depolama mekanizmas?n?n kar??la?t?r?lmas?

Elektrikli ?ift katmanl? bir kapasit?rde, yükler elektrolitte pozitif ve negatif iyonlar? ?ekerek yüzeye yak?n bir b?lgede konsantre edilir ve b?ylece elektrot ile elektrolit aras?nda enerji depolamak i?in bir elektrostatik alan olu?turulur. Her iki kutbun da pozitif ve negatif bir yük ?ifti vard?r, bu nedenle buna elektrikli ?ift katmanl? kapasit?r denir. Bu reaksiyon olduk?a geri d?nü?ümlü fiziksel adsorpsiyon, mükemmel d?ngü stabilitesi (> 100.000 kez) ve ?arj ve de?arj oran? son derece h?zl?d?r, ancak s?n?rl? ?arj nedeniyle enerji yüksek de?ildir. Faraday tantal kapasit?ründe, bir yük, elektrot elektrolitinin arayüzünden ge?er ve elektrottaki veya i?ine g?mülü de?i?ken de?erlik maddesinin bir yüzeyi, yükün depolanmas?n? ger?ekle?tirmek i?in bir redoks reaksiyonunun elektrolitteki iyonlarla birle?mesine neden olur. Enerji depolama mekanizmas?, geleneksel elektrikli ?ift katmanl? enerji deposundan farkl?d?r. Bu redoks reaksiyonlar?n?n baz?lar? elektrot yüzeyinde h?zl? geri d?nü?ümlü reaksiyonlar oldu?undan ve baz?lar? belirli bir faz de?i?ikli?ine sahip g?mülü reaksiyonlar oldu?undan, d?ngü kararl?l??? elektrikli ?ift katmanl? kapasit?rünkinden daha k?tüdür, ancak depolanan enerji iyile?tirilir. Bir lityum iyon pil i?in, esas olarak ?arj ve de?arj s?ras?nda ?arj ve de?arj s?ras?nda pozitif ve negatif elektrotlar?n katmanl? yap?s?na g?mülecek ve ??kar?lacak elektrolitteki lityum iyonlar?na dayan?r. Bu mekanizma alt?nda, depolanan enerji ?ok büyüktür, ancak faz de?i?tirme i?lemi nedeniyle, ?arj aktar?m h?z? yava?t?r ve yap? kolayca ??ker, bu nedenle d?ngü performans? yüksek de?ildir.

2. yap? ve geli?tirme

Elektrokimyasal kapasit?rün temel yap?s? ?EK?L 2'de g?sterilmi?tir. Ve esas olarak iki elektrot aras?nda yal?t?lm?? bir elektrot, bir elektrolit ve bir ay?r?c? i?erir. Elektrot malzemeleri ve elektrolitler en ?nemli iki bile?endir ve elde edilen ara?t?rmalar ?ok sistematiktir. A?a??da ana elektrot malzemeleri ve elektrolitlerin ara?t?rma ilerlemesine k?sa bir giri? verilmektedir.

Elektrot malzemesi

Elektrot malzemeleri üzerine ara?t?rmalar ?ok olgunla?t?. Orijinal elektrikli ?ift katmanl? kapasit?rlerin ?o?u g?zenekli karbon, karbon fiber, karbon nanotüpler ve grafen gibi karbon malzemeler kulland?. Karbon malzeme kü?ük bir kapasiteye ve dü?ük bir enerji yo?unlu?una sahip olmas?na ra?men, iletken alt tabaka üzerindeki yükü ?ok yüksek olabilir, bu da onu ticarile?tirme alan?nda yayg?n ve derinlemesine uygular. Tabii ki, ara?t?rmac?lar son zamanlarda ticari s?n?f karbonun performans seviyesini ?nemli ?l?üde art?rmas? beklenen daha yüksek enerji yo?unluklar? elde etmek i?in karbon malzemeleri aktive etmeye ba?lad?lar.

Karbon malzemelerin s?n?rl? kapasitans? ve yetersiz enerji depolamas? nedeniyle, tantal kapasit?rler yava? yava? bir ara?t?rma noktas? haline gelmi?tir. Ara?t?r?lan ana malzemeler aras?nda metal oksitler, iletken polimerler, metal nitrürler ve daha yak?n zamanda s?cak metal karbürlerin incelenmesi yer al?r. En ?ok incelenen en erken, mükemmel elektrokimyasal performansa sahip itriyum oksittir, ancak dü?ük verimi ve yüksek fiyat? nedeniyle yava? yava? dikkat ?ekmektedir. Bir?ok metal oksit performans a??s?ndan üstündür, ancak elektrokimyasal kapasit?rlerin h?zl? ?arj ve de?arj ?zelliklerini büyük ?l?üde etkileyen zay?f elektrik iletkenli?inin dezavantaj?na sahiptir. ?letken polimerin iletkenli?i ?o?u metal oksitten daha yüksektir ve performans benzerdir, ancak d?ngü stabilitesinin zay?f oldu?u bir sorun vard?r. Metal nitrürler üstün elektrik iletkenli?ine ve iyi enerji depolama kapasitesine sahiptir, ancak elektrik iletkenli?ini azaltmak i?in elektrokimyasal d?ngü s?ras?nda kolayca oksitlenir ve d?ngü performans? garanti edilmez. Metal karbürler veya karbonitritler ve bunlara kar??l?k gelen katmanl? malzemeler (Mxene vb.) Son y?llarda ara?t?rmac?lar taraf?ndan yo?un ilgi g?rmü?tür ve geli?me potansiyeli yüksektir.

Elektrolit

Elektrokimyasal kapasit?rlerin elektrolit sistemi, elektrotlar?n geli?imi ile yava? yava? olgunla?maktad?r. Büyük s?n?fland?rma a??s?ndan, elektrolit esas olarak bir sulu elektrolit ve bir organik elektrolit i?erir. Su bazl? elektrolit asit, asit ve n?tr i?erir ve yüksek iyon iletkenli?ine sahiptir, ancak suyun ayr??ma voltaj? s?n?r? (1.23 V) ile s?n?rl?d?r ve ?al??ma voltaj? dü?üktür. Su bazl? elektrolitler bilimsel ara?t?rmalarda daha ?ok kullan?l?r, ancak ?ok az ticari ürün vard?r. Organik elektrolit tipi nispeten büyüktür ve en büyük ?zelli?i, s?n?r voltaj?n?n sulu elektrolitten (2.7-3.7 V) ?ok daha yüksek olmas?d?r. Bu nedenle, yüksek ?al??ma voltaj?, süper kapasit?rün enerji yo?unlu?unu büyük ?l?üde art?rmas?na yard?mc? olabilir. Ticari elektrokimyasal kapasit?rlerde, organik elektrolitlerin büyük ?o?unlu?u kullan?l?r.

Elektrokimyasal kapasit?r yap?s?n?n geli?tirilmesi

Ara?t?rma ?al??malar?n?n derinle?mesi ve ?zgüllü?ü ile elektrokimyasal kapasit?r cihaz?n?n ?ekli de ?ok geli?ti. Ticari olarak temin edilebilen ilk süper kapasit?rler, ?ekil 3'te g?sterildi?i gibi, esas olarak yara tipi ve dü?me tipindeydi (geleneksel batarya ile ayn? yap?da).

?ekil 3 Sarg? ve dü?me tipi süper kapasit?rler

Talebin kademeli olarak artmas?yla birlikte, sert yüzeyler i?in elektrokimyasal kapasit?rlerin uygulama yüzeyinde baz? eksiklikler vard?r. Esnek portatif süper kapasit?rler bir ara?t?rma merkezi haline gelmi?tir. Ana ilerleme, substrat?n, ?ekil 4'te g?sterildi?i gibi, karbon kuma?, karbon ka??d?, nikel k?pük, esnek metal levhalar ve kendi kendini destekleyen CNT'ler, vb. Gibi esnek bir iletken materyal olmas?d?r.

?ekil 4 Birka? esnek süper kapasit?r i?in esnek elektrot malzemeleri

Esnek süperkapasit?r, enerji depolama biriminin ve esnek elektrokimyasal kapasit?rün ?EK?L l'de g?sterildi?i gibi rahat ta??nmas?n? ger?ekle?tirebilir. 5 elektronik saati ayn? anda bir kordonlu saat olarak sürer.

?ekil 5 ?ki boyutlu esnek süper kapasit?rlerin baz? uygulamalar?

Ayr?ca, giyilebilir cihazlara gelince, iki boyutlu esnek substrat hala herhangi bir dokuma ihtiyac?n? kar??lamak i?in yetersizdir. ?u anda, bir boyutlu do?rusal süper kapasit?rler de geli?tirilmi?tir. Giysinin etkili dokumas?, ?ekil 6'n?n baz?lar?nda g?sterildi?i gibi bu do?rusal süper kapasit?rler kullan?larak elde edilebilir.

?ekil 6 Tek boyutlu do?rusal süper kapasit?rlerin dokuma ekran?

3. gelecek ve beklentiler

Süper kapasit?rlerin gelece?i nas?l geli?ecek? Bir enerji depolama cihaz?d?r, ancak prensip s?n?rlamas? nedeniyle, depolama kapasitesinin pili a?mas? zordur (e?er bir süper kapasit?rden fazlaysa), pil ile ayn? etkiye sahip olmamal?d?r, ancak bir batarya. Ana gü? kayna??na gü?lü bir katk?. Bu durumda, geli?imi do?al olarak talebe ba?l?d?r. Enerjiyi depolamak i?in güne? enerjisi veya rüzgar enerjisi kullan?ld???nda gücü artar; yedek gü? kayna?? olarak kullan?ld???nda, enerji depolamas? en üst düzeye ??kar?l?r. K?sacas?, ihtiya?lar? takip etmektir.

Yak?n gelecekte, elektrokimyasal kapasit?rlerin piller gibi günlük hayatta vazge?ilmez bir ürün olaca??na ve iyi bir yard?mc? olaca??na inan?yorum!