اختصاصی بسپار/ کاربرد بسپارهای رسانا و نانوکامپوزیت های بسپاری در ابرخازنها
گروه ترجمه و تولید محتوا در بسپار/ایران پلیمر در این مقاله شما با ابرخازنها آشنا خواهید شد که بسیاری معتقد هستند نسل دوم باتری‌ها، ابرخازنها می باشند. برای درک بهتر ابرخازنها ابتدا به توضیح مختصری در رابطه با خازن پرداخته می‌شود تا بیشتر با ساختار آن ها آشنا شوید.
خازن ها
خازن وسیله‌ای است که می‌تواند بارهای الکتریکی را در خود ذخیره کند. خازن‌ها از دو رسانا و یک عایق الکتریکی تشکیل شده اند. نام این رسانا‌ها، صفحات خازن است. صفحات خازن می‌توانند از جنس فلز یا الکترولیت باشند. عایق دی الکتریک نیز لایه‌ای عایق است که بین صفحات خازن قرار می‌گیرد و ظرفیت خازن را افزایش می‌دهد و جنس آن می‌تواند از شیشه، آب، سرامیک، پلاستیک، میکا، کاغذ و … باشد. معیار توانایی نگه داری انرژی در خازن‌ها را ظرفیت می‌گویند که به ساختمان و جنس موادی که از آن ساخته شده است وابسته است و در بازه میلی فاراد قرار دارند، واحد ظرفیت نیز فاراد است. از عوامل مهم در ظرفیت خازن‌ها می‌توان به سطح مقطع که بار الکتریکی روی آن می‌نشیند، فاصله بین دو صفحه و ثابت دی‌الکتریک اشاره کرد.
ابرخازنها
ابرخازنها یک خازن دولایه هستند که ظرفیت بسیار زیادی دارند، ظرفیت آن ها در بازه فاراد و کیلوفاراد است. ابرخازنها برخلاف خازن‌های معمولی توانایی هزاران بار شارژ و تخلیه بدون افت در عملکرد را دارند و همین طول عمر زیاد یک مزیت فوق‌العاده کاربردی است. از مزایای ابرخازنها می‌توان به زمان شارژ شدن کوتاه آن ها اشاره کرد که به علت مقاومت سری معادل (Equivalent Series Resistance، ESR) است. به همین سبب طول عمر آن‌ها بین 10 تا 20 سال تخمین زده می‌شود [1]. ابرخازنها، توان، میزان انرژی و دمای عملکرد بسیار وسیعی دارند که توانایی تحمل شرایط دمایی تا ۴۰- را نیز دارند.
کاربرد ابرخازنها
امروزه برق و زمینه‌های مرتبط با آن رکن اصلی زندگی ما هستند، اما این وابستگی در سال‌ها و دهه‌های آينده چندین برابر نیز می‌شود. به سبب استفاده بیش از حد مجاز از سوخت‌های فسیلی، زمین به سرعت در حال گرم شدن است و آسیب‌های غیرقابل بازگشتی به محیط زیست وارد شده است. یکی از راه‌های جلوگیری از این فاجعه در‌‌حال وقوع، استفاده از منابع نامحدود تولید انرژی مانند خورشید و باد می‌باشد. اما این کار نیز چالش‌های مربوط به خود را دارد که اصلی‌ترین آن ها پیدا کردن منبعی برای ذخیره انرژی می‌باشد که علاوه بر ظرفیت و توان ذخیره سازی، طول عمر زیادی نیز داشته باشد. در سال‌های اخیر نتیجه تحقیقات نشان داده است که ابرخازنها می‌توانند پاسخ مناسبی برای برطرف کردن این چالش باشند. کاربرد ابرخازنها در زمینه‌هایی است که به جای ذخیره انرژی بلند مدت، فرایند شارژ و تخلیه سریع نیاز دارند، مانند وسایل نقلیه برقی، صنایع پزشکی، صنعت هواپیمایی، هوافضا، ابررایانه‌ها، ابزار‌های الکترونیکی پوشیدنی مانند ساعت‌های هوشمند، عینک‌های هوشمند و لباس‌های پایش سلامت و دیگر محصولات الکترونیک مانند تلفن‌های همراه. اما از مهم‌ترین و اصلی‌ترین کاربرد‌های ابرخازنها می‌توان به استفاده از آن ها تحت عنوان سامانه‌های ذخیره پشتیبان اشاره کرد. دلیل کاربرد ابرخازنها در این زمینه، میزان کم افت خاصیت ذخیره انرژی، پس از تعداد چرخه های زیاد شارژ و تخلیه شدن است. پس پیشرفت در زمینه ذخیره انرژی امری ضروری و غیرقابل اجتناب است.
ابرخازنها تمام ویژگی‌هایی که صنایع مرتبط سال ها به دنبال آن ها بودند را دارند و به همین سبب امروزه یکی از مهم‌ترین عناصر پیشرفت فناوری و صنایع می‌باشند، به خصوص در صنایعی مانند صنایع تلفن‌های همراه، لپ تاپ‌ها، تبلت‌ها و بسیاری صنایع دیگر که نیازمند منبع قدرت و انرژی الکتریکی هستند. بسیاری معتقد هستند که پیشرفت این صنایع در جوامع مدرن به پیشرفت این نوع از ابرخارن‌ها وابسته است. برای درک اهمیت و جایگاه ابرخازنها لازم است بدانید که ارزش بازار جهانی ابرخازنها در سال ۱۹۹۹ حدود ۱۱۵ میلیون دلار بوده است، اما امروزه به بیش از ۸۰ میلیارد دلار رسیده است. ابرخازنها به علت قدرت زیاد، عمر طولانی، پایداری چرخه، شارژ سریع، بازه دمای کاربری وسیع و خواص خوب الکتروشیمیایی و فیزیکی مورد مطالعه قرار گرفتند و تجاری شدند. در ساخت ابرخازنها از مواد مختلفی استفاده می شود که این مقاله روی بسپارهای رسانا و مشتقات کربنی تمرکز کرده است.
اما ابرخازنها چگونه کار می‌کنند و تفاوت آن ها با باتری‌ها و دیگر منابع ذخیره انرژی در چیست؟
گردآوری: مهندس علیرضا نوروزی
[email protected]
(ادامه دارد …)
متن کامل این مقاله را در شماره ۲۱۷ ماهنامه بسپار که در نیمه آبان ماه منتشر شده است، بخوانید.
در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق فیدیبو قابل دسترسی است.
