Süper kapasitörler ve Piller: Fark Nedir?

Süper kapasitörler 1950'lerden beri var, ancak potansiyellerinin netleşmesi ancak son yıllarda oldu. Piller gibi enerji depolayan ancak tamamen farklı prensipler kullanan bu bilgisayar bileşenlerine bir göz atalım.

Kapasitör Nedir?

Süper kapasitörlere geçmeden önce, süper kapasitörleri neyin özel kıldığını göstermeye yardımcı olmak için normal bir kapasitörün ne olduğunu hızlıca açıklamaya değer. Bir bilgisayar anakartına veya neredeyse herhangi bir devre kartına baktıysanız, bu elektronik bileşenleri görmüşsünüzdür.

Bir kapasitör elektriği statik bir elektrik alanı olarak depolar. Bu, çoraplarla bir halının üzerinden geçtiğinizde ve bir elektrik yükü oluşturduğunuzda, ancak bir kapı koluna dokunduğunuzda boşalması için olanla aynı şeydir. Kondansatör görevi yapıyordun!

Tipik bir kondansatörün içinde yalıtkan bir malzemeyle ayrılmış iki iletken bulacaksınız. Bir iletkende pozitif yük, diğerinde negatif yük birikir. Böylece, iki plaka arasında bir elektrostatik alan var. Bir kondansatör tasarlamanın birçok farklı yolu vardır, ancak hepsinde iki şarj plakası ve bir yalıtkandan (dielektrik) oluşan temel bileşenler bulunur. Yalıtkan hava, seramik, cam, plastik film olabilir. sıvı veya elektriği iletmede kötü olan herhangi bir şey.

Kondansatörlerin elektronikte birçok kullanımı vardır. Bilgisayarlarda ve diğer dijital sistemlerde, anlık bir güç kaybı olduğunda bilgilerin kaybolmamasını sağlarlar. Ayrıca hassas elektroniklere zarar verebilecek elektrik dalgalanmalarını temizlemek için filtre görevi görürler.

Kondansatörler ve Piller Nasıl Farklılaşır?

Kapasitörler ve piller, hem elektrik gücünü depolayabilmeleri hem de gerektiğinde serbest bırakabilmeleri açısından benzerdir. Büyük fark, kapasitörlerin gücü elektrostatik bir alan olarak depolaması, pillerin ise gücü depolamak ve daha sonra serbest bırakmak için kimyasal bir reaksiyon kullanmasıdır.

Bir pilin içinde, aralarında elektrolit bulunan iki terminal (anot ve katot) bulunur. Elektrolit, iyonlar içeren bir maddedir (genellikle sıvıdır). İyonlar, elektrik yükü olan atomlar veya moleküllerdir.

Ayrıca elektrolit içinde yalnızca iyonların geçmesine izin veren bir ayırıcı vardır. Pili şarj ettiğinizde, iyonlar ayırıcının bir tarafından diğerine hareket eder. Pili boşalttığınızda tam tersi olur. İyonların hareketi, kimyasal olarak elektriği depolar veya depolanan kimyasal enerjiyi tekrar elektrik akımına dönüştürür.

İLGİLİ: Lityum İyon Piller Neden Patlar?

Kapasitör ve Süper Kapasitör

Süper kapasitörler, ultra kapasitörler veya çift katmanlı kapasitörler olarak da bilinir. Süper kapasitörler ve normal kapasitörler arasındaki temel fark kapasitanstır. Bu, süper kapasitörlerin normal kapasitörlerden çok daha büyük bir elektrik alanı depolayabileceği anlamına gelir.

Bu şemada, süper kapasitörler söz konusu olduğunda başka bir büyük fark görebilirsiniz. Bir pil gibi (ve geleneksel bir kapasitörden farklı olarak) bir süper kapasitörde elektrolit bulunur. Bu, elektrik yükünü tutmak için hem elektrostatik hem de elektrokimyasal depolama ilkelerini kullandığı anlamına gelir.

Bu çok büyük bir basitleştirmedir ve bunun gerçekten teknik yönlerini açıklamak çok daha uzun sürer. Süper kapasitörler hakkında bilinmesi gereken en önemli şey, kapasitörlerle aynı genel özellikleri sunmaları, ancak klasik tasarımın enerji depolamasını ve enerji dağıtımını birçok kez sağlayabilmeleridir.

Süperkapasitörlerin Artıları ve Eksileri

Süper kapasitörler, örneğin lityum iyon pillere göre birçok avantaj sunar. Süper kapasitörler, pillerden çok daha hızlı şarj olabilir. Elektrokimyasal süreç ısı üretir ve bu nedenle pilin felakete yol açabilecek arızalarını önlemek için şarjın güvenli bir hızda gerçekleşmesi gerekir. Aynı nedenle, süper kapasitörler de depolanmış güçlerini elektrokimyasal bir pilden çok daha hızlı iletebilirler. Pil çok hızlı boşalırsa, aynı zamanda feci arızalara da yol açabilir.

İLGİLİ Dizüstü Bilgisayarınızın Pilini Değiştirme Zamanı Nasıl Anlaşılır

Süper kapasitörler ayrıca pillerden, özellikle de lityum iyon pillerden çok daha dayanıklıdır. Telefonlarda, dizüstü bilgisayarlarda ve elektrikli arabalarda bulduğunuz piller birkaç yüz şarj döngüsünden sonra yıpranmaya başlarken, süper kapasitörler bozulma olmadan bir milyondan fazla kez şarj edilebilir ve boşaltılabilir. Aynı şey voltaj dağıtımı için de geçerlidir. 12V'luk bir pil, birkaç yıl içinde yalnızca 11.4V sağlayabilir, ancak bir süper kapasitör, on yıldan fazla bir kullanımdan sonra aynı voltajı sağlayacaktır.

Lityum iyon pillere kıyasla en büyük dezavantajı, süper kapasitörlerin depolanan güçlerini bir lityum iyon pil kadar yavaş boşaltamamasıdır, bu da bir cihazın uzun süre şarj etmeden gitmesi gereken uygulamalar için uygun değildir.

Bu nedenle, bu yazının yazıldığı sırada olduğu gibi, süper kapasitörler lityum iyon piller veya diğer pil teknolojileri için bir yedek değildir, ancak süper kapasitörlerin mükemmel olduğu artan sayıda iş vardır.

Süper kapasitör Ürünleri

Muhtemelen süper kapasitör içeren ürünler kullanmışsınızdır ve bunun farkında bile değilsiniz. İlk süper kapasitörler 1950'lerde Howard Becker adlı bir General Electric mühendisi tarafından yaratıldı. 1978'de NEC, "süper kapasitör" adını aldı ve cihazı bilgisayar belleği için bir yedek güç biçimi olarak kullandı.

Bugün bunları dizüstü bilgisayarlarda, GPS ünitelerinde, el bilgisayarlarında, kamera flaşlarında ve diğer birçok elektronik cihazda bulacaksınız. Coleman FlashCell, pil yerine bir süper kapasitör kullandı. Bu, pille çalışan geleneksel bir modelin yarısı kadar uzun süre çalıştığı, ancak saatler yerine 90 saniyede şarj olduğu anlamına geliyordu.

Benzer şekilde, Samsung Galaxy Note 9'daki S-Pen, kalemin kablosuz işlevlerine güç sağlamak için bir süper kapasitör kullandı. Güç, birkaç dakikalık yoğun kullanımda veya 30 saniyelik bekleme süresinden sonra tükenir, ancak yeniden doldurması yalnızca 40 saniye sürer.

İLGİLİ Elektrikli Araç Nasıl Çalışır?

Süper kapasitörler, hibrit ve elektrikli araçlar dünyasında da kendilerine bir yer buluyor. Dinamik kısa vadeli bir yük olan rejeneratif frenlemeden gelen gücü yakalamak ve serbest bırakmak için mükemmeldirler. Toplu taşıma otobüsleri veya tramvaylar gibi araçlar da süper kapasitörler için uygundur. Saniyeler veya dakikalar içinde yeniden şarj olacakları bir sonraki durağa gitmek için yeterli güce ihtiyaçları var. Süper kapasitörler gerçekten yıpranmadığından, bu sabit toplu taşıma döngüsü teknoloji için çok mantıklı.

Süper kapasitörler Enerji Depolamanın Geleceği mi?

Süper kapasitörler üzerine yapılan araştırmaların gidişatına göre, bir gün süper kapasitör pillere sahip olacağız gibi görünüyor. Bunlar, süper kapasitörlerin dayanıklılığına ve hızına sahip, ancak pillerin enerji yoğunluğu ve uzun çalışma süresi olan cihazlar olacaktır. 2016 yılında, Central Florida Üniversitesi'nden bilim adamları, mevcut süper kapasitörlerden daha yüksek enerji yoğunluğuna ve bozulma olmadan 30.000 şarj döngüsüne sahip bir prototip esnek süper kapasitör yarattı.

Nano ölçekteki yeni materyaller ve grafen ile yapılan deneylerin tümü, çok daha yüksek enerji yoğunluklarına sahip süper kapasitörlerin mümkün olabileceğine işaret ediyor. Lityum-iyon pillerle hiçbir zaman eşleşmeseler bile, kullanılabilir şarj miktarı ve hızlı şarj süresi onları pillerin şu anda bir rol oynadığı yerlere koyabilir.

Ayrıca süper kapasitörlerle rekabet halinde olan başka teknolojiler de var. Bunlardan en önemlisi, efsanevi katı hal pil ve son zamanlarda grafen ile aşılanmış geleneksel lityum iyon piller de umut vaat ediyor. Hangi hızlı şarj, dayanıklı, enerji yoğun teknoloji yarışı kazanırsa kazansın, hepimiz kazanan olacağız.

İLGİLİ: Hızlı Şarj Nedir ve Nasıl Çalışır?