ابر خازن

پاسخ داده شده

ابر خازن با خازن معمولی چه فرقی دارند؟

افزودن نظر
12 پاسخ(ها)
بهترین پاسخ

هم ابرخازن ها و هم خازن های معمولی بار الکتریکی را به شکل میدان الکترواستاتیکی ذخیره می کنند. خازن ها عناصری پسیو هستند در حالیکه ابرخازن ها نوعی خازن قطبی هستند. اگرچه عملکرد خازن های معمولی و ابرخازن ها در ذخیره بار مشابه هم است اما چند تفاوت اصلی بین آنها وجود دارد که عبارتند از :

خازن

خازن یک عنصر الکترونیکی پسیو با دو ترمینال است که بار الکتریکی را به شکل میدان الکتریکی بین صفحات فلزی خود ذخیره می کند و از دو صفحه فلزی (الکترودهای تحت عنوان آند و کاتد) که توسط عایقی به نام دی الکتریک از یکدیگر جدا شده اند تشکیل شده است.

زمانیکه ولتاژ منبع به دو ترمینال خازن اعمال گردد، جریان تمایل دارد از میان جسم عایقی عبور نماید اما با حرکت الکترون مخالفت می کند. زمانیکه ولتاژ ترمینال های خازن برابر با ولتاژ اعمالی باشد، جسم عایقی همچنان در برابر عبور جریان مقاومت می کند. این پدیده مقامتی منجر به ایجاد تغییری می گردد که باعث می شود انرژی به شکل میدان الکترواستاتیکی ذخیره شود.

خازن

 

ابرخازن

ابرخازن به خازن دولایه ای، سوپر خازن و یا خازن واقعی موسوم است. الکترودهای ابرخازن ها با کربن فعال به عنوان ماده الکترود پوشیده شده است. در ابر خازن ها از یک جداکننده بین اند و کاتد استفاده می شود در حالی که در خازن های معمولی از یک ماده دی الکتریک بدین منظور استفاده می شود.

ابرخازن ها بار الکتریکی را یا با استفاده از خازن های دو لایه الکترواستایکی (EDLC) و یا شبه خازن های الکترومکانیکی و یا هر دو تحت عنوان خازن هیبرید ذخیره می کنند.

ابرخازن ها از ورق های فلزی (الکترودها) تشکیل شده اند که هر لایه با کربن فعال پوشیده شده است. این ورق ها جداکننده ها را بین آن ها فشرده می کند. جداکننده در واقع یک پوسته نفوذپذیر یونی مانند گرافن (که در ابرخازن های مدرن از آنها استفاده می شود) است که عایق بندی و مبادله یون های الکترولیت ها را بین الکترودها فراهم می کند.

بهتر است بدانید که ابرخازن ها بین باتری و خازن در نظر گرفته می شوند. دلیل اصلی آن است که ابرخازن ها همانند خازن ها بسیار سریع شارژ می کنند و ظرفیت آنها بالاست و همانند باتری نرخ دشارژ آنها نیز بسیار پایین است.

ابر خازن

 

تفاوت های اصلی بین خازن و ابرخازن

تفاوت های اساسی بین ابرخازن ها و خازن های معمولی وجود دارد که در جدول زیر به برخی از آنها اشاره می شود.

مشخصات

خازن

ابرخازن

ساختمان

خازن دارای دو ترمینال فلزی (الکترود) است که یک واسط عایقی بین آنها وجود دارد و انرژی الکتریکی در میدان الکترواستاتیکی آن ذخیره می شود.

ابرخازن نوعی خازن قطبی است که از محلول الکترولیت بجای دی الکتریک استفاده می شود. همچنین از کربن فعال شده بر روی الکترودها به منظور بزرگ نمودن مساحت آن استفاده می شود.

تعریف

خازن انرژی پتانسیل را به شکل میدان الکتریکی (الکترواستاتیکی) ذخیره می کند و این انرژی را به شکل انرژی الکتریکی در مدار آزاد می کند.

ابر خازن بین خازن و باتری قرار می گیرد به خازن دولایه، سوپرخازن یا خازن واقعی معروف است. ابرخازن دارای ظرفیت بسیار بالاست و در مقایسه با خازن عادی دارای ولتاژ نامی کمتری است.

کارکرد

خازن انرژی را به شکل میدان الکتریکی ذخیره می کند.

ابرخازن ها انرژی را بین یون های الکترولیت و الکترودهای با دو لایه بار ذخیره می کنند.

انواع

·         خازن های الکترولیتی

·         خازنهای ورقه ای

·         تانتالیوم

·         خازن مجتمع

·         خازن های دولایه ای الکترواستاتیک

·         شبه خازن های الکترومکانیکی

·         خازن نهالی هیبرید

ماده دی الکتریک

در خازن ها از اکسید آلومینیوم، ورق های پلیمری یا سرامیکی به عنوان واسط دی الکتریک بین الکترودها استفاده می شود.

در ابرخازن ها، از کربن فعال شده به عنوان واسط استفاده می شود. با اعمال ولتاژ یک میدان الکتریکی دوبل تولید می شود که مشابه یک دی الکتریک عمل می کند.

زمان شارژ / دشارژ

شارژ و دشارژ خازن های معمولی در مقایسه با ابرخازن ها عادی است یعنی در حدود ۱۰-۳ تا ۱۰-۶ ثانیه

ابرخازن ها قادرند بار بیشتری را سریعتر از باتری تحویل دهند و بار بیشتری را نسبت به خازن الکترولیتی بر واحد حجم ذخیره می کنند. به همین دلیل است که بین باتری و خازن در نظر گرفته می شود.

بازده شارژ / دشارژ

> 0.95

۰٫۸۵ – ۰٫۹۸

دمای کار

-۲۰ (to 65 °C (-4 to 149°F

-۴۰ (to 65 °C (-40 – ۱۴۹°F

انرژی

<0.1 Wh/kg

۱-۱۰ Wh/kg

چگالی انرژی

کم

بسیار بالا

توان ویژه

تا  ۱۰۰,۰۰۰ Wh/kg

تا  ۱۰,۰۰۰ Wh/kg

     

هزینه

کم

زیاد

مزایا

·         از کشیدن توان بیش از حد اجتناب می کند

·         تخلیه باتری کم تر ناشی از خازن

·         چگالی بالا

·         کنترل توان اکتیو و راکتیو

·         سیکل کاری طولانی

·         ذخیره انرژی بالا

·         زمان شارژ و دشارژ سریع

·         جریان بار زیاد

کاربردها

·         توان خروجی صاف

·         اصلاح ضریب توان

·         فیلترهای فرکانسی، فیلترهای بالاگذر و پایین گذر.

·         سیگنال های کوپلینگ و دکوپلینگ

·         راه اندازی موتور

·         اسنابر (جاذب اضافه ولتاژ و فیلتر نویز)

·         نوسانسازها

·         پیچ گوشتی الکتریکی بی سیم، که می تواند در عرض چند دقیقه شارژ شود.

·         فلش های LED در دوربین های دیجیتال

·         برای پایدارسازی توان منبع تغذیه در لپ تاپ ها و ابزارهای دستی

·         منبع تغذیه بدون فطعی (UPS) که با بانک های خازنی الکترولیتی جایگزین می گردد.

·         از ابرخازن ها در آی سی ها، RAM، CMOS، ساعت ها و ریزکامپیوترها استفاد ه می شود.

 

 

پاسخ داده شده در ۱۳۹۹/۰۱/۱۰.
افزودن نظر

تفاوت بین خازن و ابر خازن

 

خازن

خازن یک عنصر الکترونیکی پسیو با دو ترمینال است که بار الکتریکی را به شکل میدان الکتریکی بین صفحات فلزی خود ذخیره می کند و از دو صفحه فلزی (الکترودهای تحت عنوان آند و کاتد) که توسط عایقی به نام دی الکتریک از یکدیگر جدا شده اند تشکیل شده است. 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.

خازن تخت

ابرخازن

ابرخازن به خازن دولایه ای، سوپر خازن و یا خازن واقعی موسوم است. الکترودهای ابرخازن ها با کربن فعال به عنوان ماده الکترود پوشیده شده است. در ابر خازن ها از یک جداکننده بین اند و کاتد استفاده می شود در حالی که در خازن های معمولی از یک ماده دی الکتریک بدین منظور استفاده می شود. ابرخازن ها بین باتری و خازن در نظر گرفته می شوند. دلیل اصلی آن است که ابرخازن ها همانند خازن ها بسیار سریع شارژ می کنند و ظرفیت آنها بالاست و همانند باتری نرخ دشارژ آنها نیز بسیار پایین است.

ابر خازن

ابر خازن ها یک خازن دولایه هستند که نسبت به خازن های معمولی ظرفیت بسیار بالاتری دارند اما ولتاژ قابل تحمل آنها که به ولتاژ شکست یا break down voltage معروف است پایین است. ظرفیت ابر خازن ها معمولا بیش از ۱۰ میلی فاراد و در رنج فاراد است که باعث بوجود آمدن کاربردهای جدیدی برای آنها می شود ولی قیمت آنها در مقایسه با خازن های معمولی بالاتر است.

مزایای سوپر خازن ها چیست؟

  • سوپرخازن ها 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 می رسد.
  • بدلیل مقاومت سری یا ESR پایین تر، زمان شارژ و دشارژ آنها پایین تر است.
  • توان و جریان بالاتری نسبت به خازن های معمولی دارند.
  • تحمل حرارت بالا یا دمای پایین تا منفی چهل درجه سانتی گراد را دارا هستند.

معایب ابر خازن ها 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 می شود.

سوپر خازن ها چه کاربردی دارند؟

ابرخازن ها در دستگاه های پزشکی و یا نظامی، لیزر و مایکروویو، منابع تغذیه، سیستم های امنیتی و اطلاعاتی به عنوان ذخیره پشتیبان، مدارهای راه انداز ال ای دی های توان بالا، توربین های بادی و شبکه های برق رسانی جهت پایداری شبکه، UPS کامپیوترهای حساس، درهای برقی در هنگام قطع شدن برق، سیستم های مولد برق از ترمز در ماشین های برقی جدید، تثبیت کننده ولتاژ و مدارهایی که نیاز به خازن هایی با زمان شارژ و دشارژ سریع دارند مورد استفاده قرار می گیرند.

ابر خازن یا سوپر خازن گرافینی

پاسخ داده شده در ۱۳۹۹/۰۱/۱۳.
افزودن نظر

خازن

خازن یک عنصر الکترونیکی پسیو با دو ترمینال است که بار الکتریکی را به شکل میدان الکتریکی بین صفحات فلزی خود ذخیره می کند و از دو صفحه فلزی (الکترودهای تحت عنوان آند و کاتد) که توسط عایقی به نام دی الکتریک از یکدیگر جدا شده اند تشکیل شده است. 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.

ابرخازن

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

مزایای سوپر خازن ها چیست؟

  • سوپرخازن ها 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 می رسد.
  • بدلیل مقاومت سری یا ESR پایین تر، زمان شارژ و دشارژ آنها پایین تر است.
  • توان و جریان بالاتری نسبت به خازن های معمولی دارند.
  • تحمل حرارت بالا یا دمای پایین تا منفی چهل درجه سانتی گراد را دارا هستند.

معایب ابر خازن ها 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 می شود.

 

پاسخ داده شده در ۱۳۹۹/۰۱/۱۶.
افزودن نظر

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:

خازن

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.

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)

ابرخازن

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:

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.

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. 

مزایای ابر خازن ها چیست؟

  • سوپرخازن ها 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 می رسد.
  • بدلیل مقاومت سری یا ESR پایین تر، زمان شارژ و دشارژ آنها پایین تر است.
  • توان و جریان بالاتری نسبت به خازن های معمولی دارند.
  • تحمل حرارت بالا یا دمای پایین تا منفی چهل درجه سانتی گراد را دارا هستند.

معایب ابر خازن ها 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 می شود.

 

پاسخ داده شده در ۱۳۹۹/۰۱/۱۶.
افزودن نظر

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.

خازن تخت
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).

خازن با دی الکتریک
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. جهت آشنایی بیشتر با رفتار خازن در جریان‌های متناوب AC به مقاله «خازن در جریان متناوب — به زبان ساده» مراجعه فرمایید. 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. جهت آشنایی با انواع مختلف خازن‌ (تجاری)، به دو مقاله «انواع خازن های الکتریکی — به زبان ساده» و «کد رنگی خازن — به زبان ساده» رجوع فرمایید.

خازن
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:

ساختار ابرخازن
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.

ابرخازن
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. جهت مقایسه باتری و خازن پیشنهاد می‌کنیم تا نگاهی بر مطلب «تفاوت باتری و خازن — به زبان ساده» داشته باشید.

تفاوت خازن و ابرخازن

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

مشخصات خازن (Capacitor) ابرخازن (Supercapacitor)
ساختار در ساده‌ترین حالت متشکل از دو صفحه که میان آن‌ها ماده دی‌الکتریک قرار می‌گیرد و انرژی الکتریکی را به واسطه میدان الکترواستاتیک ذخیره می‌کند. نوعی خازن با قطب‌های مشخص (همانند باتری) که بین صفحات آن به‌ جای ماده دی‌الکتریک از ماده الکترولیت استفاده می‌شود. همچنین صفحات آن با لایه‌ای از کربن پوشانده شده است.
تعریف ساختاری است که انرژی پتانسیل الکتریکی را در قالب میدان الکترواستاتیکی ذخیره می‌کند و در مواقع لزوم در اختیار مدار قرار می‌دهد. ساختاری بین باتری و خازن معمولی دارد. ابرخازن‌ها ظرفیت بسیار بالا و ولتاژ کاری پایینی دارند.
کارکرد (فیزیک) ذخیره انرژی الکتریکی در قالب میدان الکتریکی ذخیره انرژی الکتریکی به واسطه یون‌های موجود در ماده الکترولیت و الکترودها (میدان الکترواستاتیک)
نوع Electrolytic

Film Capacitors

Tantalum (تانتالوم)

Integrated Capacitor (مجتمع شده)

Electrostatic Double-Layer Capacitors (EDLC’s)

Electrochemical Pseudocapacitors

Hybrid Supercapacitors (هیبریدی)

ماده دی‌الکتریک آلومینیوم اکسید، فیلم‌های پلیمری، مواد سرامیکی لایه کربنی نشانده شده روی الکترود‌ها، به هنگام اعمال ولتاژ، همانند ماده دی‌الکتریک رفتار می‌کند.
زمان شارژ و دشارژ متغیر سریع‌تر از باتری‌ها شارژ شده و نسبت به خازن‌های الکترولیتی در حجم یکسان، ظرفیت بیشتری دارند.
بهره‌وری (Efficiency) شارژ و دشارژ > 0.95 ۰٫۸۵ ~ ۰٫۹۸
دمای کاری −۲۰∼۶۵∘C −۴۰∼۶۵∘C
انرژی <0.1 Whkg 1∼۱۰ Whkg
چگالی انرژی پایین بالا
توان خالص Upto ۱۰۰,۰۰۰ Whkg Upto ۱۰,۰۰۰ Whkg
قیمت پایین بالا
مزایا مسدود سازی جریانصاف کردن خروجی یکسوسازها

ابعاد کوچک

ظرفیت بالا و شارژ شدن سریععمر بالا

ذخیره انرژی بالا

اعمال جریان بالا

کاربرد استفاده در انواع فیلترهااستفاده در نوسان‌سازها

 

استفاده برای فلاش‌های LED دروبین‌های عکاسیتثبیت کننده منبع توان در لپتاپ‌ها و سایر ادوات الکترونیکی

تامین انرژی ادوات CMOS، کلاک و میکروپروسسورها

پاسخ داده شده در ۱۳۹۹/۰۱/۱۷.
افزودن نظر

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.

خازن تخت

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).

خازن با دی الکتریک
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. جهت آشنایی بیشتر با رفتار خازن در جریان‌های متناوب AC به مقاله «خازن در جریان متناوب — به زبان ساده» مراجعه فرمایید. 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.

خازن
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:

ساختار ابرخازن
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.

ابرخازن
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

مقایسه خازن و ابر خازن در جدول زیر

مشخصات خازن (Capacitor) ابرخازن (Supercapacitor)
ساختار در ساده‌ترین حالت متشکل از دو صفحه که میان آن‌ها ماده دی‌الکتریک قرار می‌گیرد و انرژی الکتریکی را به واسطه میدان الکترواستاتیک ذخیره می‌کند. نوعی خازن با قطب‌های مشخص (همانند باتری) که بین صفحات آن به‌ جای ماده دی‌الکتریک از ماده الکترولیت استفاده می‌شود. همچنین صفحات آن با لایه‌ای از کربن پوشانده شده است.
تعریف ساختاری است که انرژی پتانسیل الکتریکی را در قالب میدان الکترواستاتیکی ذخیره می‌کند و در مواقع لزوم در اختیار مدار قرار می‌دهد. ساختاری بین باتری و خازن معمولی دارد. ابرخازن‌ها ظرفیت بسیار بالا و ولتاژ کاری پایینی دارند.
کارکرد (فیزیک) ذخیره انرژی الکتریکی در قالب میدان الکتریکی ذخیره انرژی الکتریکی به واسطه یون‌های موجود در ماده الکترولیت و الکترودها (میدان الکترواستاتیک)
نوع Electrolytic

Film Capacitors

Tantalum (تانتالوم)

Integrated Capacitor (مجتمع شده)

Electrostatic Double-Layer Capacitors (EDLC’s)

Electrochemical Pseudocapacitors

Hybrid Supercapacitors (هیبریدی)

ماده دی‌الکتریک آلومینیوم اکسید، فیلم‌های پلیمری، مواد سرامیکی لایه کربنی نشانده شده روی الکترود‌ها، به هنگام اعمال ولتاژ، همانند ماده دی‌الکتریک رفتار می‌کند.
زمان شارژ و دشارژ متغیر سریع‌تر از باتری‌ها شارژ شده و نسبت به خازن‌های الکترولیتی در حجم یکسان، ظرفیت بیشتری دارند.
بهره‌وری (Efficiency) شارژ و دشارژ > 0.95 ۰٫۸۵ ~ ۰٫۹۸
دمای کاری −۲۰∼۶۵∘C −۴۰∼۶۵∘C
انرژی <0.1 Whkg 1∼۱۰ Whkg
چگالی انرژی پایین بالا
توان خالص Upto ۱۰۰,۰۰۰ Whkg Upto ۱۰,۰۰۰ Whkg
قیمت پایین بالا
مزایا مسدود سازی جریانصاف کردن خروجی یکسوسازها

ابعاد کوچک

ظرفیت بالا و شارژ شدن سریععمر بالا

ذخیره انرژی بالا

اعمال جریان بالا

کاربرد استفاده در انواع فیلترهااستفاده در نوسان‌سازها

 

استفاده برای فلاش‌های LED دروبین‌های عکاسیتثبیت کننده منبع توان در لپتاپ‌ها و سایر ادوات الکترونیکی

تامین انرژی ادوات CMOS، کلاک و میکروپروسسورها

 

پاسخ داده شده در ۱۳۹۹/۰۱/۱۷.
افزودن نظر

ابر خازن که به آن خازن دولایه نیز می‌گویند در مقدار ظرفیت (ظرفیت خازن) با خازن‌های معمولی متفاوت است. ابرخازن نوعی خازن است که ظرفیت بسیار زیادی نسبت به خازن‌های معمولی دارد. ظرفیت آن‌ها معمولاً بیش از ۱۰ میلی فاراد است؛ و کاربردهای بسیاری دارد. قیمت ابرخازن در مقایسه با دیگر انواع خازن بیشتر است.یک خازن معمولی انرژی را به وسیلهٔ الکتریسیتهٔ ساکن شارژ می‌شود. برقراری اختلاف پتانسیل بین جوشن (صفحه)های مثبت و منفی خازن را شارژ می‌کند. این همانند ایجاد شارژ الکتریکی هنگام راه رفتن روی فرش است. لمس کردن شی باعث تخلیهٔ بار الکتریکی می‌شود.

انواع خازن‌ها

ما خازن‌ها را به سه دسته تقسیم می‌کنیم.

خازن الکتروستاتیک

متداول‌ترین خازن، خازن الکتروستاتیک با جداکنندهٔ خشک است. این نوع خازن‌ها دارای ظرفیت بسیار کمی هستند که برای پالایش سیگنال‌ها و تنظیم فرکانس رادیو به کار می‌روند. دامنهٔ تغییر ظرفیت این نوع خازن از چند پیکوفاراد تا چند میکروفاراد است.

خازن الکترولیتی

نوع دیگر خازن از نوع الکترولیتی است که برای پالایش انرژی و حافظهٔ موقت استفاده می‌شوند. دامنهٔ ظرفیت این خازن‌ها حدود میکروفاراد است. این خازن‌ها توانایی ذخیرهٔ چند هزار برابری خازن‌های الکتروستاتیکی را دارند از دی الکتریک مایع استفاده می‌کنند.

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 معمولاً بیش از ۱۰ میلی فاراد و در رنج فاراد است که باعث به وجود آمدن کاربردهای جدیدی برای آن‌ها می‌شود ولی قیمت آن‌ها در مقایسه با خازن‌های معمولی بالاتر است.

ابر خازن‌ها از دو صفحه فلزی که با مواد مختلف (با نام Activated Carbon) پوشانده شده‌اند 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 است 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.[۱]

مزایای ابر خازن‌ها

  • ابرخازن‌ها 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.
  • به دلیل 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

  • 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. در حالت سری به دلیل اینکه همه خازن‌های سری شده ظرفیت یکسانی ندارند باید از یک مدار کنترل برای شارژ آن‌ها استفاده کرد تا ولتاژ یک یا چند تا از خازن‌های سری شده از بیشترین ولتاژ قابل تحمل الکترولیت آن‌ها بیشتر نشود.

کاربردهای ابر خازن

ابرخازن‌ها در دستگاه‌های پزشکی یا نظامی، لیزر و مایکروویو، منابع تغذیه، سیستم‌های امنیتی و اطلاعاتی به عنوان ذخیره پشتیبان، مدارهای راه انداز ال ای 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، تثبیت‌کننده ولتاژ و مدارهایی که نیاز به خازن‌هایی با زمان شارژ و دشارژ سریع دارند مورد استفاده قرار می‌گیرند.

تفاوت خازن و ابرخازن

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

مشخصات خازن (Capacitor) ابرخازن (Supercapacitor)
ساختار در ساده‌ترین حالت متشکل از دو صفحه که میان آن‌ها ماده دی‌الکتریک قرار می‌گیرد و انرژی الکتریکی را به واسطه میدان الکترواستاتیک ذخیره می‌کند. نوعی خازن با قطب‌های مشخص (همانند باتری) که بین صفحات آن به‌ جای ماده دی‌الکتریک از ماده الکترولیت استفاده می‌شود. همچنین صفحات آن با لایه‌ای از کربن پوشانده شده است.
تعریف ساختاری است که انرژی پتانسیل الکتریکی را در قالب میدان الکترواستاتیکی ذخیره می‌کند و در مواقع لزوم در اختیار مدار قرار می‌دهد. ساختاری بین باتری و خازن معمولی دارد. ابرخازن‌ها ظرفیت بسیار بالا و ولتاژ کاری پایینی دارند.
کارکرد (فیزیک) ذخیره انرژی الکتریکی در قالب میدان الکتریکی ذخیره انرژی الکتریکی به واسطه یون‌های موجود در ماده الکترولیت و الکترودها (میدان الکترواستاتیک)
نوع Electrolytic

Film Capacitors

Tantalum (تانتالوم)

Integrated Capacitor (مجتمع شده)

Electrostatic Double-Layer Capacitors (EDLC’s)

Electrochemical Pseudocapacitors

Hybrid Supercapacitors (هیبریدی)

ماده دی‌الکتریک آلومینیوم اکسید، فیلم‌های پلیمری، مواد سرامیکی لایه کربنی نشانده شده روی الکترود‌ها، به هنگام اعمال ولتاژ، همانند ماده دی‌الکتریک رفتار می‌کند.
زمان شارژ و دشارژ متغیر سریع‌تر از باتری‌ها شارژ شده و نسبت به خازن‌های الکترولیتی در حجم یکسان، ظرفیت بیشتری دارند.
بهره‌وری (Efficiency) شارژ و دشارژ > 0.95 ۰٫۸۵ ~ ۰٫۹۸
دمای کاری −۲۰∼۶۵∘C −۴۰∼۶۵∘C
انرژی <0.1 Whkg 1∼۱۰ Whkg
چگالی انرژی پایین بالا
توان خالص Upto ۱۰۰,۰۰۰ Whkg Upto ۱۰,۰۰۰ Whkg
قیمت پایین بالا
مزایا مسدود سازی جریانصاف کردن خروجی یکسوسازها

ابعاد کوچک

ظرفیت بالا و شارژ شدن سریععمر بالا

ذخیره انرژی بالا

اعمال جریان بالا

کاربرد استفاده در انواع فیلترهااستفاده در نوسان‌سازها

 

استفاده برای فلاش‌های LED دروبین‌های عکاسیتثبیت کننده منبع توان در لپتاپ‌ها و سایر ادوات الکترونیکی

تامین انرژی ادوات CMOS، کلاک و میکروپروسسورها

پاسخ داده شده در ۱۳۹۹/۰۱/۱۷.
افزودن نظر

ابر خازن که به آن خازن دولایه نیز می‌گویند در مقدار ظرفیت (ظرفیت خازن) با خازن‌های معمولی متفاوت است. ابرخازن نوعی خازن است که ظرفیت بسیار زیادی نسبت به خازن‌های معمولی دارد. ظرفیت آن‌ها معمولاً بیش از ۱۰ میلی فاراد است؛ و کاربردهای بسیاری دارد. قیمت ابرخازن در مقایسه با دیگر انواع خازن بیشتر است.یک خازن معمولی انرژی را به وسیلهٔ الکتریسیتهٔ ساکن شارژ می‌شود. برقراری اختلاف پتانسیل بین جوشن (صفحه)های مثبت و منفی خازن را شارژ می‌کند. این همانند ایجاد شارژ الکتریکی هنگام راه رفتن روی فرش است. لمس کردن شی باعث تخلیهٔ بار الکتریکی می‌شود.

انواع خازن‌ها

ما خازن‌ها را به سه دسته تقسیم می‌کنیم.

خازن الکتروستاتیک

متداول‌ترین خازن، خازن الکتروستاتیک با جداکنندهٔ خشک است. این نوع خازن‌ها دارای ظرفیت بسیار کمی هستند که برای پالایش سیگنال‌ها و تنظیم فرکانس رادیو به کار می‌روند. دامنهٔ تغییر ظرفیت این نوع خازن از چند پیکوفاراد تا چند میکروفاراد است.

خازن الکترولیتی

نوع دیگر خازن از نوع الکترولیتی است که برای پالایش انرژی و حافظهٔ موقت استفاده می‌شوند. دامنهٔ ظرفیت این خازن‌ها حدود میکروفاراد است. این خازن‌ها توانایی ذخیرهٔ چند هزار برابری خازن‌های الکتروستاتیکی را دارند از دی الکتریک مایع استفاده می‌کنند.

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 معمولاً بیش از ۱۰ میلی فاراد و در رنج فاراد است که باعث به وجود آمدن کاربردهای جدیدی برای آن‌ها می‌شود ولی قیمت آن‌ها در مقایسه با خازن‌های معمولی بالاتر است.

ابر خازن‌ها از دو صفحه فلزی که با مواد مختلف (با نام Activated Carbon) پوشانده شده‌اند 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 است 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.[۱]

مزایای ابر خازن‌ها

  • ابرخازن‌ها 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.
  • به دلیل 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

  • 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. در حالت سری به دلیل اینکه همه خازن‌های سری شده ظرفیت یکسانی ندارند باید از یک مدار کنترل برای شارژ آن‌ها استفاده کرد تا ولتاژ یک یا چند تا از خازن‌های سری شده از بیشترین ولتاژ قابل تحمل الکترولیت آن‌ها بیشتر نشود.

کاربردهای ابر خازن

ابرخازن‌ها در دستگاه‌های پزشکی یا نظامی، لیزر و مایکروویو، منابع تغذیه، سیستم‌های امنیتی و اطلاعاتی به عنوان ذخیره پشتیبان، مدارهای راه انداز ال ای 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، تثبیت‌کننده ولتاژ و مدارهایی که نیاز به خازن‌هایی با زمان شارژ و دشارژ سریع دارند مورد استفاده قرار می‌گیرند.

تفاوت خازن و ابرخازن

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

مشخصات خازن (Capacitor) ابرخازن (Supercapacitor)
ساختار در ساده‌ترین حالت متشکل از دو صفحه که میان آن‌ها ماده دی‌الکتریک قرار می‌گیرد و انرژی الکتریکی را به واسطه میدان الکترواستاتیک ذخیره می‌کند. نوعی خازن با قطب‌های مشخص (همانند باتری) که بین صفحات آن به‌ جای ماده دی‌الکتریک از ماده الکترولیت استفاده می‌شود. همچنین صفحات آن با لایه‌ای از کربن پوشانده شده است.
تعریف ساختاری است که انرژی پتانسیل الکتریکی را در قالب میدان الکترواستاتیکی ذخیره می‌کند و در مواقع لزوم در اختیار مدار قرار می‌دهد. ساختاری بین باتری و خازن معمولی دارد. ابرخازن‌ها ظرفیت بسیار بالا و ولتاژ کاری پایینی دارند.
کارکرد (فیزیک) ذخیره انرژی الکتریکی در قالب میدان الکتریکی ذخیره انرژی الکتریکی به واسطه یون‌های موجود در ماده الکترولیت و الکترودها (میدان الکترواستاتیک)
نوع Electrolytic

Film Capacitors

Tantalum (تانتالوم)

Integrated Capacitor (مجتمع شده)

Electrostatic Double-Layer Capacitors (EDLC’s)

Electrochemical Pseudocapacitors

Hybrid Supercapacitors (هیبریدی)

ماده دی‌الکتریک آلومینیوم اکسید، فیلم‌های پلیمری، مواد سرامیکی لایه کربنی نشانده شده روی الکترود‌ها، به هنگام اعمال ولتاژ، همانند ماده دی‌الکتریک رفتار می‌کند.
زمان شارژ و دشارژ متغیر سریع‌تر از باتری‌ها شارژ شده و نسبت به خازن‌های الکترولیتی در حجم یکسان، ظرفیت بیشتری دارند.
بهره‌وری (Efficiency) شارژ و دشارژ > 0.95 ۰٫۸۵ ~ ۰٫۹۸
دمای کاری −۲۰∼۶۵∘C −۴۰∼۶۵∘C
انرژی <0.1 Whkg 1∼۱۰ Whkg
چگالی انرژی پایین بالا
توان خالص Upto ۱۰۰,۰۰۰ Whkg Upto ۱۰,۰۰۰ Whkg
قیمت پایین بالا
مزایا مسدود سازی جریانصاف کردن خروجی یکسوسازها

ابعاد کوچک

ظرفیت بالا و شارژ شدن سریععمر بالا

ذخیره انرژی بالا

اعمال جریان بالا

کاربرد استفاده در انواع فیلترهااستفاده در نوسان‌سازها

 

استفاده برای فلاش‌های LED دروبین‌های عکاسیتثبیت کننده منبع توان در لپتاپ‌ها و سایر ادوات الکترونیکی

تامین انرژی ادوات CMOS، کلاک و میکروپروسسورها

پاسخ داده شده در ۱۳۹۹/۰۱/۱۷.
افزودن نظر

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.

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).

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. جهت آشنایی بیشتر با رفتار خازن در جریان‌های متناوب AC به مقاله «خازن در جریان متناوب — به زبان ساده» مراجعه فرمایید. 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.

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.

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.

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.

 

مشخصات خازن (Capacitor) ابرخازن (Supercapacitor)
ساختار در ساده‌ترین حالت متشکل از دو صفحه که میان آن‌ها ماده دی‌الکتریک قرار می‌گیرد و انرژی الکتریکی را به واسطه میدان الکترواستاتیک ذخیره می‌کند. نوعی خازن با قطب‌های مشخص (همانند باتری) که بین صفحات آن به‌ جای ماده دی‌الکتریک از ماده الکترولیت استفاده می‌شود. همچنین صفحات آن با لایه‌ای از کربن پوشانده شده است.
تعریف ساختاری است که انرژی پتانسیل الکتریکی را در قالب میدان الکترواستاتیکی ذخیره می‌کند و در مواقع لزوم در اختیار مدار قرار می‌دهد. ساختاری بین باتری و خازن معمولی دارد. ابرخازن‌ها ظرفیت بسیار بالا و ولتاژ کاری پایینی دارند.
کارکرد (فیزیک) ذخیره انرژی الکتریکی در قالب میدان الکتریکی ذخیره انرژی الکتریکی به واسطه یون‌های موجود در ماده الکترولیت و الکترودها (میدان الکترواستاتیک)
نوع ElectrolyticFilm Capacitors

Tantalum (تانتالوم)

Integrated Capacitor (مجتمع شده)

Electrostatic Double-Layer Capacitors (EDLC’s)Electrochemical Pseudocapacitors

Hybrid Supercapacitors (هیبریدی)

ماده دی‌الکتریک آلومینیوم اکسید، فیلم‌های پلیمری، مواد سرامیکی لایه کربنی نشانده شده روی الکترود‌ها، به هنگام اعمال ولتاژ، همانند ماده دی‌الکتریک رفتار می‌کند.
زمان شارژ و دشارژ متغیر سریع‌تر از باتری‌ها شارژ شده و نسبت به خازن‌های الکترولیتی در حجم یکسان، ظرفیت بیشتری دارند.
بهره‌وری (Efficiency) شارژ و دشارژ > 0.95 ۰٫۸۵ ~ ۰٫۹۸
دمای کاری −۲۰∼۶۵∘C −۴۰∼۶۵∘C
انرژی <0.1 Whkg 1∼۱۰ Whkg
چگالی انرژی پایین بالا
توان خالص Upto ۱۰۰,۰۰۰ Whkg Upto ۱۰,۰۰۰ Whkg
قیمت پایین بالا
مزایا مسدود سازی جریانصاف کردن خروجی یکسوسازهاابعاد کوچک ظرفیت بالا و شارژ شدن سریععمر بالاذخیره انرژی بالا

اعمال جریان بالا

کاربرد استفاده در انواع فیلترهااستفاده در نوسان‌سازها  استفاده برای فلاش‌های LED دروبین‌های عکاسیتثبیت کننده منبع توان در لپتاپ‌ها و سایر ادوات الکترونیکیتامین انرژی ادوات CMOS، کلاک و میکروپروسسورها
پاسخ داده شده در ۱۳۹۹/۰۱/۱۷.
افزودن نظر

ابرخازن‌ها (SuperCapacitor) که ظرفیت بسیار بیشتری (با ولتاژ پایین) نسبت به خازن‌های معمولی دارند، آشنا شدید. 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.

قبل از پرداختن به تفاوت خازن و ابرخازن مروری بر تعریف خازن و ابرخازن داریم:

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.

خازن تخت
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).

خازن با دی الکتریک
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.

خازن
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:

ساختار ابرخازن
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.

ابرخازن
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.

مشخصات خازن (Capacitor) ابرخازن (Supercapacitor)
ساختار در ساده‌ترین حالت متشکل از دو صفحه که میان آن‌ها ماده دی‌الکتریک قرار می‌گیرد و انرژی الکتریکی را به واسطه میدان الکترواستاتیک ذخیره می‌کند. نوعی خازن با قطب‌های مشخص (همانند باتری) که بین صفحات آن به‌ جای ماده دی‌الکتریک از ماده الکترولیت استفاده می‌شود. همچنین صفحات آن با لایه‌ای از کربن پوشانده شده است.
تعریف ساختاری است که انرژی پتانسیل الکتریکی را در قالب میدان الکترواستاتیکی ذخیره می‌کند و در مواقع لزوم در اختیار مدار قرار می‌دهد. ساختاری بین باتری و خازن معمولی دارد. ابرخازن‌ها ظرفیت بسیار بالا و ولتاژ کاری پایینی دارند.
کارکرد (فیزیک) ذخیره انرژی الکتریکی در قالب میدان الکتریکی ذخیره انرژی الکتریکی به واسطه یون‌های موجود در ماده الکترولیت و الکترودها (میدان الکترواستاتیک)
نوع Electrolytic

Film Capacitors

Tantalum (تانتالوم)

Integrated Capacitor (مجتمع شده)

Electrostatic Double-Layer Capacitors (EDLC’s)

Electrochemical Pseudocapacitors

Hybrid Supercapacitors (هیبریدی)

ماده دی‌الکتریک آلومینیوم اکسید، فیلم‌های پلیمری، مواد سرامیکی لایه کربنی نشانده شده روی الکترود‌ها، به هنگام اعمال ولتاژ، همانند ماده دی‌الکتریک رفتار می‌کند.
زمان شارژ و دشارژ متغیر سریع‌تر از باتری‌ها شارژ شده و نسبت به خازن‌های الکترولیتی در حجم یکسان، ظرفیت بیشتری دارند.
بهره‌وری (Efficiency) شارژ و دشارژ > 0.95 ۰٫۸۵ ~ ۰٫۹۸
دمای کاری
انرژی
چگالی انرژی پایین بالا
توان خالص
قیمت پایین بالا
مزایا مسدود سازی جریان

صاف کردن خروجی یکسوسازها

ابعاد کوچک

ظرفیت بالا و شارژ شدن سریع

عمر بالا

ذخیره انرژی بالا

اعمال جریان بالا

کاربرد استفاده در انواع فیلترها

استفاده در نوسان‌سازها

استفاده برای فلاش‌های LED دروبین‌های عکاسی

تثبیت کننده منبع توان در لپتاپ‌ها و سایر ادوات الکترونیکی

تامین انرژی ادوات CMOS، کلاک و میکروپروسسورها

 

پاسخ داده شده در ۱۳۹۹/۰۱/۱۷.
افزودن نظر