المكثف هو عنصر يخزن الشحنة الكهربائية. مبدأ تخزين الطاقة في المكثف العادي والمكثف الفائق (EDLC) واحد، حيث يخزن كلاهما الشحنة على شكل مجال كهرساكن، لكن المكثف الفائق أكثر ملاءمة للإطلاق السريع وتخزين الطاقة، وخاصة لأجهزة التحكم الدقيق في الطاقة وأجهزة الأحمال اللحظية.
دعونا نناقش فيما يلي أنواع المكثفات التقليدية الرئيسية والمكثفات الفائقة.
| بنود المقارنة | مكثف تقليدي | المكثف الفائق |
| ملخص | المكثف التقليدي عبارة عن مادة عازلة لتخزين الشحنة الساكنة، والتي قد تحمل شحنة دائمة، ويُستخدم على نطاق واسع. وهو مكون إلكتروني لا غنى عنه في مجال الطاقة الإلكترونية. | المكثف الفائق، المعروف أيضًا باسم المكثف الكهروكيميائي، ومكثف الطبقة المزدوجة، ومكثف الذهب، ومكثف فاراداي، هو عنصر كهروكيميائي تم تطويره في السبعينيات والثمانينيات من القرن الماضي لتخزين الطاقة عن طريق استقطاب الإلكتروليت. |
| بناء | يتكون المكثف التقليدي من موصلين معدنيين (أقطاب كهربائية) متقاربين على التوازي ولكن ليسا متصلين، مع وجود مادة عازلة بينهما. | يتكون المكثف الفائق من قطب كهربائي، ومحلول إلكتروليتي (يحتوي على ملح إلكتروليتي)، وفاصل (يمنع الاتصال بين الأقطاب الموجبة والسالبة). يتم طلاء الأقطاب الكهربائية بالكربون المنشط، الذي يحتوي على مسامات صغيرة على سطحه لتوسيع مساحة سطح الأقطاب الكهربائية وتوفير المزيد من الكهرباء. |
| المواد العازلة | تُستخدم أكسيد الألومنيوم أو الأغشية البوليمرية أو السيراميك كمواد عازلة بين الأقطاب الكهربائية في المكثفات. | لا يحتوي المكثف الفائق على مادة عازلة. بدلاً من ذلك، فإنه يستخدم طبقة كهربائية مزدوجة تتكون من مادة صلبة (قطب كهربائي) وسائل (إلكتروليت) عند السطح البيني بدلاً من المادة العازلة. |
| مبدأ التشغيل | مبدأ عمل المكثف هو أن الشحنة ستتحرك بفعل القوة الموجودة في المجال الكهربائي، وعندما يكون هناك عازل بين الموصلات، فإنه يعيق حركة الشحنة ويجعل الشحنة تتراكم على الموصل، مما يؤدي إلى تراكم تخزين الشحنة. | أما المكثفات الفائقة، من ناحية أخرى، فتحقق تخزين طاقة الشحنة ذات الطبقة المزدوجة عن طريق استقطاب الإلكتروليت وكذلك عن طريق الشحنات الزائفة السعوية للأكسدة والاختزال. إن عملية تخزين الطاقة في المكثفات الفائقة قابلة للعكس دون حدوث تفاعلات كيميائية، وبالتالي يمكن شحنها وتفريغها بشكل متكرر مئات الآلاف من المرات. |
| السعة | سعة أصغر. تتراوح سعة المكثف العامة من بضعة بيكوفاراد إلى عدة آلاف من الميكروفاراد. | سعة أكبر. تتمتع المكثفات الفائقة بسعة هائلة تجعلها قابلة للاستخدام كبطاريات. وتعتمد هذه السعة على المسافة بين الأقطاب الكهربائية ومساحة سطحها. لذا، تُغطى الأقطاب بالكربون المنشط لزيادة مساحة سطحها وتحقيق سعة عالية. |
| كثافة الطاقة | قليل | عالي |
| الطاقة النوعية | <0.1 واط ساعة/كجم | 1-10 واط ساعة/كجم |
| القدرة النوعية | أكثر من 100,000 واط ساعة/كجم | أكثر من 10000 واط ساعة/كجم |
| وقت الشحن/التفريغ | تتراوح أوقات شحن وتفريغ المكثفات التقليدية عادةً بين 103 و 106 ثانية. | تستطيع المكثفات الفائقة توصيل الشحنة أسرع من البطاريات، في غضون 10 ثوانٍ فقط، كما أنها تخزن كمية أكبر من الشحنة لكل وحدة حجم مقارنةً بالمكثفات التقليدية. لهذا السبب، تُعتبر خيارًا بين البطاريات والمكثفات الإلكتروليتية. |
| عمر دورة الشحن/التفريغ | أقصر | أطول (عادةً ما يزيد عن 100,000 دورة، تصل إلى مليون دورة، وأكثر من 10 سنوات من الاستخدام) |
| كفاءة الشحن/التفريغ | أكثر من 95% | 85%-98% |
| درجة حرارة التشغيل | من -20 إلى 70 درجة مئوية | من -40 إلى 70 درجة مئوية (خصائص أفضل في درجات الحرارة المنخفضة للغاية ونطاق أوسع لدرجات الحرارة) |
| الجهد المقنن | أعلى | أدنى (عادةً 2.5 فولت) |
| يكلف | أدنى | أعلى |
| ميزة | خسائر أقل كثافة تكامل عالية التحكم في القدرة الفعالة والقدرة غير الفعالة | عمر طويل سعة فائقة الارتفاع وقت شحن وتفريغ سريع تيار الحمل العالي نطاق أوسع لدرجة حرارة التشغيل |
| طلب | ▶مخرج طاقة سلس؛ ▶ تصحيح معامل القدرة (PFC)؛ ▶ مرشحات التردد، مرشحات الترددات العالية، مرشحات الترددات المنخفضة؛ ▶ اقتران الإشارات وفصلها؛ ▶مشغلات المحركات؛ ▶المخازن المؤقتة (أجهزة الحماية من زيادة التيار الكهربائي ومرشحات الضوضاء)؛ ▶المذبذبات. | ▶مركبات الطاقة الجديدة والسكك الحديدية وتطبيقات النقل الأخرى؛ ▶ وحدة تزويد الطاقة غير المنقطعة (UPS)، التي تحل محل بنوك المكثفات الإلكتروليتية؛ ▶ مصدر طاقة للهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة المحمولة باليد، إلخ؛ ▶ مفكات كهربائية قابلة لإعادة الشحن يمكن شحنها بالكامل في دقائق؛ ▶أنظمة الإضاءة الطارئة وأجهزة النبضات الكهربائية عالية الطاقة؛ ▶الدوائر المتكاملة، وذاكرة الوصول العشوائي، وتقنية CMOS، والساعات، والحواسيب الصغيرة، إلخ. |
إذا كان لديك أي شيء تضيفه أو لديك أي أفكار أخرى، فلا تتردد في مناقشتها معنا.
تاريخ النشر: 22 ديسمبر 2021