सुपरकैपेसिटर का परिचय

कैपेसिटर एक दो-टर्मिनल निष्क्रिय घटक है, जिसका व्यापक रूप से इलेक्ट्रॉनिक्स में उपयोग किया जाता है। लगभग हर सर्किट जो हम इलेक्ट्रॉनिक्स में पाते हैं, विभिन्न उपयोग के लिए एक या अधिक कैपेसिटर का उपयोग करते हैं। प्रतिरोधों के बाद कैपेसिटर सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला इलेक्ट्रॉनिक्स घटक है। उनमें ऊर्जा को संग्रहित करने की विशेष क्षमता होती है । बाजार में विभिन्न प्रकार के कैपेसिटर उपलब्ध हैं, लेकिन एक जो हाल ही में लोकप्रियता प्राप्त कर रहा है और भविष्य में बैटरी के प्रतिस्थापन या विकल्प का वादा करता है, सुपरकैपेसिटर हैं या अल्ट्राकैकेटर के रूप में भी जाना जाता है। । एक सुपरकैपेसिटर कुछ भी नहीं है, लेकिन कैपेसिटेंस मूल्यों के साथ एक उच्च क्षमता वाला कैपेसिटर सामान्य कैपेसिटर की तुलना में बहुत अधिक है, लेकिन कम वोल्टेज सीमा है। वे प्रति यूनिट वॉल्यूम से 10 से 100 गुना अधिक ऊर्जा स्टोर कर सकते हैं या इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर की तुलना में बड़े पैमाने पर प्राप्त कर सकते हैं, इससे अधिक तेजी से चार्ज कर सकते हैं। बैटरी, और रिचार्जेबल बैटरी की तुलना में अधिक चार्ज-डिस्चार्जिंग चक्र को सहन करते हैं।

सुपरकैपेसिटर या अल्ट्राकैपेसिटर एक नई ऊर्जा भंडारण तकनीक है जो आधुनिक समय में भारी रूप से विकसित की जाती है। सुपरकैपेसिटर महत्वपूर्ण औद्योगिक और आर्थिक लाभ प्रदान कर रहे हैं

एक संधारित्र के समाई को फैराड (F) में मापा जाता है, जैसे.1uF (माइक्रोफ़ारड), 1mF (मिलीफ़ारड)। हालांकि, जबकि कम मूल्य के कैपेसिटर इलेक्ट्रॉनिक्स में काफी सामान्य हैं, बहुत उच्च-मूल्य वाले कैपेसिटर भी उपलब्ध हैं, जो ऊर्जा को अधिक उच्च घनत्व में संग्रहीत करते हैं और बहुत अधिक कैपेसिटेंस मूल्य में उपलब्ध हैं, जो कि फरद की संभावना में है।

उपरोक्त छवि में, स्थानीय रूप से उपलब्ध 2.7V, 1Farad सुपर संधारित्र छवि को दिखाया गया है। वोल्टेज की रेटिंग बहुत कम है लेकिन उपरोक्त संधारित्र की धारिता काफी अधिक है।

सुपर-कैपेसिटर या अल्ट्रा-कैपेसिटर के लाभ

सुपरकैपेसिटर की मांग दिन पर दिन बढ़ती जा रही है। तेजी से विकास और मांग का मुख्य कारण सुपरकैपेसिटर के कई अन्य लाभों के कारण है, उनमें से कुछ नीचे दिए गए हैं:

• यह लगभग 1 मिलियन बिलियन चक्र का बहुत अच्छा जीवन प्रदान करता है।
• ऑपरेटिंग तापमान -50 डिग्री से 70 डिग्री के लगभग है, जो इसे उपभोक्ता अनुप्रयोगों में उपयोग के लिए उपयुक्त बनाता है।
• 50times तक का उच्च शक्ति घनत्व, जो बैटरी द्वारा हासिल किया जाता है।
• हानिकारक सामग्री, विषाक्त धातु सुपर कैपेसिटर या अल्ट्राकैपेसिटर निर्माण प्रक्रिया का हिस्सा नहीं हैं जो इसे डिस्पोजेबल घटक के रूप में प्रमाणित करता है।
• यह बैटरी की तुलना में अधिक कुशल है।
• बैटरी के साथ तुलना में कोई रखरखाव की आवश्यकता नहीं है।

सुपरकैपेसिटर अपने बिजली के क्षेत्र में ऊर्जा की दुकान करते हैं, लेकिन बैटरी के मामले में, वे ऊर्जा यौगिकों का उपयोग ऊर्जा को स्टोर करने के लिए करते हैं। इसके अलावा, त्वरित चार्ज और निर्वहन की क्षमता के कारण, सुपरकैपेसिटर धीरे-धीरे बैटरी बाजार में प्रवेश कर रहे हैं। बहुत उच्च दक्षता के साथ कम आंतरिक प्रतिरोध, कोई रखरखाव लागत नहीं, उच्च जीवनकाल आधुनिक बिजली स्रोत से संबंधित बाजार में इसकी उच्च मांग का मुख्य कारण है।

संधारित्र में ऊर्जा

एक संधारित्र स्टोर क्यू = सी एक्स वी के रूप में ऊर्जा की दुकान करता है । Q का अर्थ है Coulombs में C, Farads में कैपेसिटेंस के लिए C और वोल्ट में वोल्टेज के लिए V। इसलिए, यदि हम समाई बढ़ाते हैं तो संग्रहीत ऊर्जा Q भी बढ़ेगी।

धारिता की इकाई फैराड (एफ) है जिसका नाम एम। फैराडे के नाम पर रखा गया है। फैराड, सम्‍मिलित इकाई है, जो कि कूपॉम्ब / वोल्ट के संबंध में है। यदि हम 1 फैराड के साथ कैपेसिटर कहते हैं, तो यह 1-कूपलम्ब चार्ज के आधार पर इसकी प्लेटों के बीच 1-वोल्ट संभावित अंतर पैदा करेगा।

1 फराड एक सामान्य इलेक्ट्रॉनिक घटक के रूप में उपयोग करने के लिए एक बहुत बड़ा मूल्य संधारित्र है। इलेक्ट्रॉनिक्स में, आम तौर पर, पिको फैराड समाई के लिए माइक्रोफ़ारड का उपयोग किया जाता है। (1/1000000 फराड या 10 microfarad uF के रूप में निरूपित किया जाता है ^-6 एफ), नैनो फैराड nF के रूप में (1 / 1,000,000,000 या 10 ^-9 एफ) और पिको pF के रूप में फैराड (1 / 1,000,000,000,000 or10 ^-12 एफ)

यदि मूल्य बहुत अधिक हो जाता है, जैसे mF से कुछ फारेड्स (आम तौर पर <10F) का अर्थ है कि संधारित्र अपनी प्लेटों के बीच बहुत अधिक ऊर्जा रख सकता है, तो उस संधारित्र को अल्ट्रा कैपेसिटर या सुपरकैपेसिटर कहा जाता है ।

एक संधारित्र में संग्रहीत ऊर्जा ई = ies सीवी ² जूल है। ई जूल में संग्रहीत ऊर्जा है, सी फराड में समाई है और वी प्लेटों के बीच संभावित अंतर है।

का निर्माण

सुपरकैपेसिटर एक इलेक्ट्रोकेमिकल उपकरण है। दिलचस्प बात यह है कि इसकी विद्युत ऊर्जाओं को संग्रहीत करने के लिए कोई रासायनिक प्रतिक्रियाएं जिम्मेदार नहीं हैं। उनके पास एक अद्वितीय निर्माण है, जिसमें एक बड़ी प्रवाहकीय प्लेट या इलेक्ट्रोड है, जो बहुत छोटी सतह क्षेत्र के साथ निकटता से स्थित हैं। इसका निर्माण अपने इलेक्ट्रोड के बीच एक तरल या गीला इलेक्ट्रोलाइट के साथ एक इलेक्ट्रोलाइटिक संधारित्र के समान है। आप यहां विभिन्न प्रकार के कैपेसिटर के बारे में जान सकते हैं।

सुपरकैपेसिटर एक इलेक्ट्रोस्टैटिक उपकरण के रूप में कार्य करता है जो अपनी विद्युत ऊर्जा को प्रवाहकीय इलेक्ट्रोड के बीच विद्युत क्षेत्र के रूप में संग्रहीत करता है।

लाल और नीले रंग के इलेक्ट्रोड, दो तरफा लेपित होते हैं । वे आम तौर पर कार्बन नैनोट्यूब या जैल या एक विशेष प्रकार के प्रवाहकीय सक्रिय कार्बन के रूप में ग्रेफाइट कार्बन से बने होते हैं।

इलेक्ट्रोड के बीच बड़े इलेक्ट्रॉन प्रवाह को अवरुद्ध करने और सकारात्मक आयन को पारित करने के लिए, एक झरझरा कागज झिल्ली का उपयोग किया जाता है। कागज झिल्ली भी इलेक्ट्रोड को अलग करती है। जैसा कि हम उपरोक्त छवि में देख सकते हैं, झरझरा कागज झिल्ली मध्य में स्थित है जो रंग में हरा है। इलेक्ट्रोड और पेपर विभाजक तरल इलेक्ट्रोलाइट के साथ गर्भवती हैं। एल्यूमीनियम पन्नी का उपयोग एक वर्तमान कलेक्टर के रूप में किया जाता है जो विद्युत कनेक्शन स्थापित करता है।

संधारित्र के समाई मान के लिए पृथक्करण प्लेट और प्लेटों का क्षेत्र जिम्मेदार है। संबंध को निरूपित किया जा सकता है

जहां, present प्लेटों के बीच मौजूद सामग्री की अनुमति है

A प्लेट का क्षेत्र है

डी प्लेटों के बीच अलगाव है

तो, सुपरकैपेसिटर के मामले में, संपर्क सतह को बढ़ाने की आवश्यकता है, लेकिन एक सीमा है। हम संधारित्र के भौतिक आकार या आकार में वृद्धि नहीं कर सकते हैं। इस सीमा को पार करने के लिए प्लेटों के बीच चालकता को बढ़ाने के लिए विशेष प्रकार के इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग किया जाता है जिससे इस प्रकार समाई बढ़ जाती है।

सुपरकैपेसिटर को डबल लेयर कैपेसिटर भी कहा जाता है । इसके पीछे एक कारण है। विशेष इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करके बहुत छोटा पृथक्करण और बड़ी सतह क्षेत्र, इलेक्ट्रोलाइटिक आयनों की सतह परत एक दोहरी परत बनाती है। यह दो संधारित्र निर्माण करता है, प्रत्येक कार्बन इलेक्ट्रोड पर एक और डबल लेयर संधारित्र का नाम दिया गया है।

इन निर्माणों में एक खामी है। इलेक्ट्रोलाइट के अपघटन वोल्टेज के कारण संधारित्र में वोल्टेज बहुत कम हो गया। वोल्टेज इलेक्ट्रोलाइट सामग्री पर अत्यधिक निर्भर है, सामग्री संधारित्र की विद्युत ऊर्जा भंडारण क्षमता को सीमित कर सकती है। तो, कम टर्मिनल वोल्टेज के कारण, एक सुपरकैपेसिटर को एक उपयोगी वोल्टेज स्तर पर विद्युत चार्ज को स्टोर करने के लिए श्रृंखला में जोड़ा जा सकता है। इसके कारण, श्रृंखला में सुपरकैपेसिटर सामान्य से अधिक वोल्टेज का उत्पादन करता है और समानांतर में, समाई बड़ा हो गया। इसे नीचे सुपरकैपेसिटर ऐरे कंस्ट्रक्शन तकनीक द्वारा स्पष्ट रूप से समझा जा सकता है।

सुपरकैपेसिटर ऐरे कंस्ट्रक्शन

एक उपयोगी आवश्यक वोल्टेज पर चार्ज स्टोर करने के लिए, सुपरकैपेसिटर को श्रृंखला में जुड़ा होना चाहिए। और समाई बढ़ाने के लिए उन्हें समानांतर में जोड़ा जाना चाहिए।

आइए देखें सुपरकैपेसिटर का सरणी निर्माण।

उपरोक्त छवि में, एकल कोशिका या संधारित्र के सेल वोल्टेज को Cv के रूप में निरूपित किया जाता है, जबकि एकल कोशिका के समाई को Cc के रूप में निरूपित किया जाता है। एक सुपरकैपेसिटर का वोल्टेज रेंज 1V से 3V तक है, श्रृंखला कनेक्शन वोल्टेज में वृद्धि करते हैं और समाई में समानांतर में अधिक कैपेसिटर बढ़ाते हैं ।

यदि हम सरणी बनाते हैं, तो श्रृंखला में वोल्टेज होगा

कुल वोल्टेज = सेल वोल्टेज (Cv) x पंक्तियों की संख्या

और समांतर में समाई होगी

कुल समाई = सेल कैपेसिटेंस (Cc) x (कॉलम की संख्या / पंक्ति की संख्या)

उदाहरण

हमें एक बैकअप स्टोरेज डिवाइस बनाने की आवश्यकता है, और इसके लिए 6V रेटिंग के साथ 2.5F सुपर या सुपरकैपेसिटर की आवश्यकता होती है।

अगर हमें 3V रेटिंग के साथ 1F कैपेसिटर का उपयोग करके ऐरे को बनाने की आवश्यकता है, तो ऐरे आकार और कैपेसिटर की मात्रा क्या होगी?

कुल वोल्टेज = सेल वोल्टेज x पंक्ति संख्या फिर, पंक्ति संख्या = 6/3 पंक्ति संख्या = २

मतलब श्रृंखला में दो संधारित्र में 6V संभावित अंतर होगा।

अब, समाई, कुल समाई = सेल समाई x (कॉलम संख्या / पंक्ति संख्या) उसके बाद, Coloumn संख्या = (२.५ x संख्या) (१)

तो, हमें 2 पंक्तियों और 5 कॉलम की आवश्यकता है।

चलो सरणी का निर्माण करते हैं,

सरणी में संग्रहीत कुल ऊर्जा है

सुपरकैपेसिटर ऊर्जा भंडारण में अच्छा है और जहां फास्ट चार्जिंग या डिस्चार्जिंग की आवश्यकता होती है। यह व्यापक रूप से बैकअप डिवाइस के रूप में उपयोग किया जाता है, जहां बिजली की आपूर्ति या त्वरित निर्वहन की आवश्यकता होती है। वे आगे प्रिंटर, कारों और विभिन्न पीने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स उपकरणों में उपयोग किए जाते हैं।