సూపర్ కెపాసిటర్లకు పరిచయం

కెపాసిటర్ రెండు-టెర్మినల్ నిష్క్రియాత్మక భాగం, ఇది ఎలక్ట్రానిక్స్లో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది. దాదాపుగా, ఎలక్ట్రానిక్స్‌లో మనం కనుగొన్న ప్రతి సర్క్యూట్, వివిధ ఉపయోగం కోసం ఒకటి లేదా అంతకంటే ఎక్కువ కెపాసిటర్లను ఉపయోగిస్తుంది. కెపాసిటర్లు రెసిస్టర్‌ల తర్వాత ఎక్కువగా ఉపయోగించే ఎలక్ట్రానిక్స్ భాగం. శక్తిని నిల్వ చేయడానికి వారికి ప్రత్యేక సామర్థ్యం ఉంది. మార్కెట్లో వివిధ రకాల కెపాసిటర్లు అందుబాటులో ఉన్నాయి, అయితే ఇటీవల జనాదరణ పొందుతున్న మరియు భవిష్యత్తులో బ్యాటరీల పున or స్థాపన లేదా ప్రత్యామ్నాయాన్ని వాగ్దానం చేసేవి సూపర్ కెపాసిటర్లు లేదా అల్ట్రాకాపాసిటర్లు అని కూడా పిలుస్తారు. సూపర్ కెపాసిటర్ సాధారణ కెపాసిటర్ల కన్నా ఎక్కువ కెపాసిటెన్స్ విలువలతో కూడిన అధిక-సామర్థ్యం కలిగిన కెపాసిటర్ తప్ప తక్కువ వోల్టేజ్ పరిమితులు. వారు యూనిట్ వాల్యూమ్‌కు 10 నుండి 100 రెట్లు ఎక్కువ శక్తిని లేదా ఎలక్ట్రోలైటిక్ కెపాసిటర్ల కంటే ద్రవ్యరాశిని నిల్వ చేయగలరు, ఛార్జ్‌ను స్వీకరించవచ్చు మరియు పంపిణీ చేయవచ్చు బ్యాటరీలు మరియు పునర్వినియోగపరచదగిన బ్యాటరీల కంటే ఎక్కువ ఛార్జింగ్-ఉత్సర్గ చక్రాలను తట్టుకోండి.

సూపర్ కెపాసిటర్లు లేదా అల్ట్రాకాపాసిటర్లు ఒక కొత్త శక్తి నిల్వ సాంకేతికత, ఇది ఆధునిక కాలంలో భారీగా అభివృద్ధి చేయబడింది. సూపర్ కెపాసిటర్లు గణనీయమైన పారిశ్రామిక మరియు ఆర్థిక ప్రయోజనాలను అందిస్తున్నాయి

ఒక కెపాసిటర్ యొక్క కెపాసిటెన్స్ ఫరాడ్ (ఎఫ్) లో కొలుస్తారు, అంటే.1uF (మైక్రోఫరాడ్), 1 ఎంఎఫ్ (మిల్లిఫారడ్). అయినప్పటికీ, తక్కువ విలువ కెపాసిటర్లు ఎలక్ట్రానిక్స్‌లో చాలా సాధారణం అయితే, చాలా ఎక్కువ-విలువ కెపాసిటర్లు కూడా అందుబాటులో ఉన్నాయి, ఇవి శక్తిని ఎక్కువ సాంద్రతతో నిల్వ చేస్తాయి మరియు చాలా ఎక్కువ కెపాసిటెన్స్ విలువలో లభిస్తాయి, ఇవి ఫరాడ్‌లో ఉంటాయి.

పై చిత్రంలో, స్థానికంగా లభించే 2.7 వి, 1 ఫరాడ్ సూపర్ కెపాసిటర్ చిత్రం చూపబడింది. వోల్టేజ్ రేటింగ్ చాలా తక్కువగా ఉంటుంది కాని పై కెపాసిటర్ యొక్క కెపాసిటెన్స్ చాలా ఎక్కువ.

సూపర్ కెపాసిటర్ లేదా అల్ట్రా కెపాసిటర్ యొక్క ప్రయోజనాలు

సూపర్ కెపాసిటర్ల డిమాండ్ రోజురోజుకు పెరుగుతోంది. సూపర్ కెపాసిటర్స్ యొక్క అనేక ఇతర ప్రయోజనాలు వేగంగా అభివృద్ధి చెందడానికి మరియు డిమాండ్ చేయడానికి ప్రధాన కారణం, వాటిలో కొన్ని క్రింద పేర్కొనబడ్డాయి:

• ఇది సుమారు 1 మిలియన్ ఛార్జ్ చక్రాల మంచి జీవితాన్ని అందిస్తుంది.
• ఆపరేటింగ్ ఉష్ణోగ్రత -50 డిగ్రీల నుండి 70 డిగ్రీల వరకు ఉంటుంది, ఇది వినియోగదారు అనువర్తనాలలో ఉపయోగించడానికి అనుకూలంగా ఉంటుంది.
• 50 టైమ్స్ వరకు అధిక శక్తి సాంద్రత, ఇది బ్యాటరీల ద్వారా సాధించబడుతుంది.
• హానికరమైన పదార్థాలు, విషపూరిత లోహాలు సూపర్ కెపాసిటర్లు లేదా అల్ట్రాకాపాసిటర్స్ తయారీ ప్రక్రియలో భాగం కావు, ఇది పునర్వినియోగపరచలేని భాగం అని ధృవీకరించబడింది.
• ఇది బ్యాటరీల కంటే సమర్థవంతంగా పనిచేస్తుంది.
• బ్యాటరీలతో పోలిస్తే నిర్వహణ అవసరం లేదు.

సూపర్ కెపాసిటర్లు దాని విద్యుత్ క్షేత్రంలో శక్తిని నిల్వ చేస్తాయి, కానీ బ్యాటరీల విషయంలో, వారు శక్తిని నిల్వ చేయడానికి రసాయన సమ్మేళనాలను ఉపయోగిస్తారు. అలాగే, శీఘ్ర ఛార్జ్ మరియు ఉత్సర్గ సామర్థ్యం ఉన్నందున, సూపర్ కెపాసిటర్లు బ్యాటరీ మార్కెట్లో నెమ్మదిగా ప్రవేశిస్తున్నాయి. చాలా అధిక సామర్థ్యంతో తక్కువ అంతర్గత నిరోధకత, నిర్వహణ వ్యయం, అధిక జీవితకాలం ఆధునిక విద్యుత్ వనరు సంబంధిత మార్కెట్లో దాని అధిక డిమాండ్కు ప్రధాన కారణం.

కెపాసిటర్‌లో శక్తి

ఒక కెపాసిటర్ స్టోర్ Q = C x V రూపంలో శక్తినిస్తుంది. Q అంటే కూలంబ్స్‌లో ఛార్జ్, ఫరాడ్స్‌లో కెపాసిటెన్స్ కోసం సి మరియు వోల్ట్లలో వోల్టేజ్ కోసం వి. కాబట్టి, మనం కెపాసిటెన్స్ పెరిగితే నిల్వ చేసిన శక్తి Q కూడా పెరుగుతుంది.

కెపాసిటెన్స్ యొక్క యూనిట్ ఫరాడ్ (ఎఫ్), దీనికి ఎం. ఫెరడే పేరు పెట్టారు. ఫరాడ్ కూలంబ్ / వోల్ట్‌కు సంబంధించి కెపాసిటెన్స్ యూనిట్. మేము 1 ఫరాడ్‌తో కెపాసిటర్ అని చెబితే, అది 1-కూలంబ్ ఛార్జ్‌ను బట్టి దాని ప్లేట్ల మధ్య 1-వోల్ట్ సంభావ్య వ్యత్యాసాన్ని సృష్టిస్తుంది.

1 ఫరాడ్ సాధారణ ఎలక్ట్రానిక్ భాగం వలె ఉపయోగించడానికి చాలా పెద్ద విలువ కెపాసిటర్. ఎలక్ట్రానిక్స్లో, సాధారణంగా, మైక్రోఫారడ్ నుండి పికో ఫరాడ్ కెపాసిటెన్స్ ఉపయోగించబడుతుంది. మైక్రోఫరాడ్‌ను యుఎఫ్ (1 / 1,000,000 ఫరాడ్ లేదా 10 ^-6 ఎఫ్), నానో ఫరాడ్‌ను ఎన్ఎఫ్ (1 / 1,000,000,000 లేదా 10 ^-9 ఎఫ్) మరియు పికో ఫరాడ్‌ను పిఎఫ్ (1 / 1,000,000,000,000 లేదా 10 ^-12 ఎఫ్) గా సూచిస్తారు.

విలువ చాలా ఎక్కువైతే, mF నుండి కొన్ని ఫరాడ్స్ (సాధారణంగా <10F), అంటే కెపాసిటర్ దాని ప్లేట్ల మధ్య ఎక్కువ శక్తిని కలిగి ఉంటుంది, ఆ కెపాసిటర్‌ను అల్ట్రా కెపాసిటర్ లేదా సూపర్ కెపాసిటర్ అంటారు.

కెపాసిటర్‌లో నిల్వ చేసిన శక్తులు E = ½ CV ² జూల్స్. E అనేది జూల్స్‌లో నిల్వ చేయబడిన శక్తి, సి ఫరాడ్‌లోని కెపాసిటెన్స్ మరియు V అనేది ప్లేట్ల మధ్య సంభావ్య వ్యత్యాసం.

నిర్మాణం

సూపర్ కెపాసిటర్ ఒక ఎలక్ట్రోకెమికల్ పరికరం. ఆసక్తికరంగా, దాని విద్యుత్ శక్తులను నిల్వ చేయడానికి రసాయన ప్రతిచర్యలు బాధ్యత వహించవు. వాటికి ఒక ప్రత్యేకమైన నిర్మాణం ఉంది, పెద్ద వాహక పలక లేదా ఎలక్ట్రోడ్, ఇవి చాలా చిన్న ఉపరితల వైశాల్యంతో దగ్గరగా ఉన్నాయి. దీని నిర్మాణం దాని ఎలక్ట్రోడ్ల మధ్య ద్రవ లేదా తడి ఎలక్ట్రోలైట్‌తో ఎలక్ట్రోలైటిక్ కెపాసిటర్ వలె ఉంటుంది. మీరు ఇక్కడ వివిధ రకాల కెపాసిటర్ల గురించి తెలుసుకోవచ్చు.

సూపర్ కెపాసిటర్ దాని విద్యుత్ శక్తిని వాహక ఎలక్ట్రోడ్ల మధ్య విద్యుత్ క్షేత్రంగా నిల్వ చేసే ఎలక్ట్రోస్టాటిక్ పరికరంగా పనిచేస్తుంది.

ఎలక్ట్రోడ్లు, ఎరుపు మరియు నీలం, డబుల్ సైడెడ్ పూతతో ఉంటాయి. ఇవి సాధారణంగా గ్రాఫైట్ కార్బన్‌తో కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లు లేదా జెల్లు లేదా ప్రత్యేక రకం వాహక ఉత్తేజిత కార్బన్‌ల రూపంలో తయారు చేయబడతాయి.

ఎలక్ట్రోడ్ల మధ్య పెద్ద ఎలక్ట్రాన్ ప్రవాహాన్ని నిరోధించడానికి మరియు సానుకూల అయాన్‌ను దాటడానికి, పోరస్ కాగితం పొర ఉపయోగించబడుతుంది. కాగితం పొర కూడా ఎలక్ట్రోడ్లను వేరు చేస్తుంది. పై చిత్రంలో మనం చూడగలిగినట్లుగా, పోరస్ కాగితం పొర మధ్యలో ఆకుపచ్చ రంగులో ఉంటుంది. ఎలక్ట్రోడ్లు మరియు పేపర్ సెపరేటర్ ద్రవ ఎలక్ట్రోలైట్తో కలిపి ఉంటాయి. అల్యూమినియం రేకు ప్రస్తుత కలెక్టర్‌గా ఉపయోగించబడుతుంది, ఇది విద్యుత్ కనెక్షన్‌ను ఏర్పాటు చేస్తుంది.

విభజన ప్లేట్ మరియు ప్లేట్ల యొక్క వైశాల్యం కెపాసిటర్ యొక్క కెపాసిటెన్స్ విలువకు కారణమవుతాయి. సంబంధాన్ని ఇలా సూచించవచ్చు

ఎక్కడ, plate అనేది పలకల మధ్య ఉన్న పదార్థం యొక్క అనుమతి

A ప్లేట్ యొక్క ప్రాంతం

D అనేది పలకల మధ్య విభజన

కాబట్టి, సూపర్ కెపాసిటర్ విషయంలో, కాంటాక్ట్ ఉపరితలం పెంచాల్సిన అవసరం ఉంది, కానీ ఒక పరిమితి ఉంది. మేము కెపాసిటర్ యొక్క భౌతిక ఆకారం లేదా పరిమాణాన్ని పెంచలేము. ఈ పరిమితిని అధిగమించడానికి పలకల మధ్య వాహకతను పెంచడానికి ప్రత్యేక రకం ఎలక్ట్రోలైట్‌లను ఉపయోగిస్తారు, తద్వారా కెపాసిటెన్స్ పెరుగుతుంది.

సూపర్ కెపాసిటర్లను డబుల్ లేయర్ కెపాసిటర్ అని కూడా పిలుస్తారు. దీని వెనుక ఒక కారణం ఉంది. ప్రత్యేక ఎలక్ట్రోలైట్ ఉపయోగించి చాలా చిన్న విభజన మరియు పెద్ద ఉపరితల వైశాల్యం, విద్యుద్విశ్లేషణ అయాన్ల ఉపరితల పొర డబుల్ పొరను ఏర్పరుస్తుంది. ఇది రెండు కెపాసిటర్ నిర్మాణాన్ని సృష్టిస్తుంది, ప్రతి కార్బన్ ఎలక్ట్రోడ్ల వద్ద ఒకటి మరియు డబుల్ లేయర్ కెపాసిటర్ అని పేరు పెట్టారు.

ఈ నిర్మాణాలకు లోపం ఉంది. ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క కుళ్ళిన వోల్టేజ్ కారణంగా కెపాసిటర్ అంతటా వోల్టేజ్ చాలా తక్కువగా మారింది. వోల్టేజ్ ఎలక్ట్రోలైట్ పదార్థంపై ఎక్కువగా ఆధారపడి ఉంటుంది, పదార్థం కెపాసిటర్ యొక్క విద్యుత్ శక్తిని నిల్వ చేసే సామర్థ్యాన్ని పరిమితం చేస్తుంది. కాబట్టి, తక్కువ టెర్మినల్ వోల్టేజ్ కారణంగా, ఎలక్ట్రికల్ చార్జ్‌ను ఉపయోగకరమైన వోల్టేజ్ స్థాయిలో నిల్వ చేయడానికి సూపర్ కెపాసిటర్‌ను సిరీస్‌లో అనుసంధానించవచ్చు. ఈ కారణంగా, సిరీస్‌లోని సూపర్‌కాపాసిటర్ సాధారణం కంటే ఎక్కువ వోల్టేజ్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది మరియు సమాంతరంగా, కెపాసిటెన్స్ పెద్దదిగా మారింది. దిగువ సూపర్ కెపాసిటర్ అర్రే కన్స్ట్రక్షన్ టెక్నిక్ ద్వారా దీన్ని స్పష్టంగా అర్థం చేసుకోవచ్చు.

సూపర్ కెపాసిటర్ అర్రే నిర్మాణం

ఉపయోగకరమైన అవసరమైన వోల్టేజ్ వద్ద ఛార్జీని నిల్వ చేయడానికి, సూపర్ కెపాసిటర్లను సిరీస్‌లో కనెక్ట్ చేయాలి. మరియు కెపాసిటెన్స్ పెంచడానికి వాటిని సమాంతరంగా అనుసంధానించాలి.

సూపర్ కెపాసిటర్ యొక్క శ్రేణి నిర్మాణాన్ని చూద్దాం.

పై చిత్రంలో, ఒకే కణం లేదా కెపాసిటర్ యొక్క సెల్ వోల్టేజ్ Cv గా సూచించబడుతుంది, అయితే ఒకే కణం యొక్క కెపాసిటెన్స్ Cc గా సూచించబడుతుంది. సూపర్ కెపాసిటర్ యొక్క వోల్టేజ్ పరిధి 1V నుండి 3V వరకు ఉంటుంది, సిరీస్ కనెక్షన్లు వోల్టేజ్‌ను పెంచుతాయి మరియు సమాంతరంగా ఎక్కువ కెపాసిటర్లు కెపాసిటెన్స్‌ను పెంచుతాయి.

మేము శ్రేణిని సృష్టిస్తే, సిరీస్‌లోని వోల్టేజ్ ఉంటుంది

మొత్తం వోల్టేజ్ = సెల్ వోల్టేజ్ (సివి) x వరుసల సంఖ్య

మరియు సమాంతరంగా కెపాసిటెన్స్ ఉంటుంది

మొత్తం కెపాసిటెన్స్ = సెల్ కెపాసిటెన్స్ (సిసి) x (కాలమ్ సంఖ్య / అడ్డు వరుస సంఖ్య)

ఉదాహరణ

మేము బ్యాకప్ నిల్వ పరికరాన్ని సృష్టించాలి మరియు దాని కోసం 6 వి రేటింగ్‌తో 2.5 ఎఫ్ సూపర్ లేదా సూపర్ కెపాసిటర్ అవసరం.

మేము 3 వి రేటింగ్‌తో 1 ఎఫ్ కెపాసిటర్లను ఉపయోగించి శ్రేణిని సృష్టించాల్సిన అవసరం ఉంటే, అప్పుడు శ్రేణి పరిమాణం మరియు కెపాసిటర్ల పరిమాణాలు ఏమిటి?

మొత్తం వోల్టేజ్ = సెల్ వోల్టేజ్ x వరుస సంఖ్య అప్పుడు, వరుస సంఖ్య = 6/3 వరుస సంఖ్య = 2

సిరీస్‌లో రెండు కెపాసిటర్ అంటే 6 వి సంభావ్య వ్యత్యాసం ఉంటుంది.

ఇప్పుడు, కెపాసిటెన్స్, మొత్తం కెపాసిటెన్స్ = సెల్ కెపాసిటెన్స్ x (కాలమ్ సంఖ్య / అడ్డు వరుస సంఖ్య) అప్పుడు, కాలమ్ సంఖ్య = (2.5 x 2) / 1

కాబట్టి, మాకు 2 వరుసలు మరియు 5 కాలమ్ అవసరం.

శ్రేణిని నిర్మిద్దాం,

శ్రేణిలో నిల్వ చేయబడిన మొత్తం శక్తి

సూపర్ కెపాసిటర్లు శక్తిని నిల్వ చేయడంలో మంచివి మరియు వేగంగా ఛార్జింగ్ లేదా డిశ్చార్జింగ్ అవసరమయ్యే చోట. ఇది బ్యాకప్ పరికరాలుగా విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది, ఇక్కడ బ్యాకప్ విద్యుత్ సరఫరా లేదా శీఘ్ర ఉత్సర్గ అవసరం. ప్రింటర్లు, కార్లు మరియు వివిధ త్రాగడానికి ఎలక్ట్రానిక్స్ పరికరాల్లో వీటిని మరింత ఉపయోగిస్తారు.