کاربرد کربن اکتیو در سوپر خازن ها

 کربن اکتیو در سوپر خازن ها بسیار کاربرد دارد و به عنوان آینده انرژی به منظور بازیابی برای استفاده مجدد مطرح است.امروزه با تکنولوژی های پیشرفته استفاده از بازیابی انرژی در حال تبدیل شدن به یک امری عادی است. استفاده از وسایل نقلیه هیبریدی یا ابزارهای برقی و استفاده از منابع انرژی طبیعی باد، موج و خورشید به منظور ذخیره و انباشت کوتاه مدت برای استفاده مجدد فوری و سریع اهمیت زیادی پیدا کرده است. از این رو نقش ابرخازن ها در مواجهه با این چالش در حال توسعه است. اگر می‌خواهیم به گسترش این تقاضا ادامه دهیم، باید به دنبال راه‌ هایی برای  بازیابی انرژی برای استفاده مجدد باشیم.

یک ابرخازن از ترکیبی از مواد کربنی مختلف می باشد. از جمله سطح بسیار بالا، کربن فعال با خلوص بالا برای ذخیره الکترولیت در تخلخل خود استفاده می کند. این الکترولیت می تواند با بازیابی انرژی مصرف شده به سرعت با الکترون ها شارژ شود و آن را با حداقل نشت و ظرفیتی بسیار بیشتر از جرم خود نگه دارد. هنگامی که تخلیه انرژی ذخیره شده مورد نیاز است. کربن فعال اجازه می دهد تا این امر به سرعت و بدون اتلاف قابل توجه انرژی حاصل شود و به نوبه خود ظرفیت بهینه را به سلول ابرخازن بازگرداند. این بدان معنی است که سلول می تواند به طور مکرر برای هزاران چرخه بدون از دست دادن عملکرد شارژ و تخلیه شود.

کربن اکتیو جاکوبی (Jacobi Carbons) با ساخت مدرن‌ ترین و پیشرفته‌ ترین مرکز تولید کربن‌های فعال با خلوص بالا  از جمله مواد سری SuperCap  EL با استاندارد و ظرفیت افزایش یافته توانسته راه حل مناسبی بری این مساله  ارائه کند. علاوه بر این، تیم تحقیقاتی جاکوبی برای توسعه نسل بعدی کربن‌های فعال، با خصوصیات تخلخل کمتر و ظرفیت بیشتر برای استفاده در سیستم‌های فوق خازن کوچک‌ تر به منظور گسترش بیشتر و امکان ذخیره‌سازی انرژی بهتر در حال شکل گیری است.

شما می توانید انواع کربن اکتیو های برند جاکوبی را در وب سایت کربن اکتیو جاکوبی ایران به صورت اصل و با کیفیت بالا برای کاربردهای متنوع پیدا کنید.

در اصل کربن فعال یک منبع اصلی برای ذخیره بار در ابرخازن هاست. ضایعات و پسماندهای مرطوب نسبت به سایر مواد زائد پتانسیل بیشتری برای ساخت ابرخازن دارند. در اصل کمترین مقدار ظرفیت در مواد پوسته تخم مرغ پیدا می شود.

در اصل کربن فعال، کربنی است که به منظورحذف ناخالصی ها و آلودگی ها از آب و هوا مورد استفاده قرار می گیرد. کربن فعال می تواند در ساختارهای مختلف تولید شود و برای کاربردهای خاص استفاده شود. بیش از 15 مدل مختلف در ساختار کربن پیدا شده است. یکی از منابع اصلی کربن فعال پوسته نارگیل، چوب و کارخانه های کاغذ هستند که می توان از این مواد به عنوان الکترود کربن فعال برای ابرخازن ها استفاده شود. الکترودهای ترکیبی نیز از کربن فعال تهیه می شوند. دقت داشته باشید ساختار منافذ کربن فعال بر عملکرد کربن تاثیر زیادی می گذارد. ابرخازن فعال شده با کربن قابلیت و ظرفیت ذخیره انرژی الکتریکی زیادی را بین الکترود کربنی و لایه جذب شده الکترولیت دارد.

نحوه استفاده از کربن اکتیو در سوپر خازن ها

نحوه استفاده از کربن فعال در ذخیره سازی انرژی به چندین پارامتر بستگی دارد. برخی از این پارامترها عبارتند از :

• مساحت سطح کربن فعال رابطه مستقیمی با بزرگی ظرفیت برای ذخیره شارژ دارد.  این ویژگی کربن اکتیو برای افزایش ظرفیت ذخیره انرژی خازن بسیار مهم است.
• ساختار متخلخل در کربن اکتیو امکان تقسیم سریع یون را فراهم می کند و به تناسب آن چرخه شارژ یا دشارژ موثر فراهم می شود.
• ظرفیت الکتروشیمیایی کربن فعال برای ذخیره سازی استفاده می شود. اغلب این ظرفیت بیشتر از خازن های سنتی است. این ویژگی از کربن فعال می تواند در باتری ها به منظور کاربرد در برنامه های خاص یا به عنوان مکمل استفاده شود.
• شارژ و دشارژ ابرخازن های پایه کربن اکتیو قابلیت چگالی با توان بالا را دارند. این ویژگی می تواند شارژ/دشارژ سریع ارائه دهد و این خاصیت می تواند برای آزاد سازی سریع انرژی کاربردی باشد. بخصوص برای کاربردهایی که نیاز به شارژ و دشارژ مداوم دارند.
• ابرخازن ها بر پایه کربن فعال در کاربردهای مختلفی از جمله سیستم های ترمز احیا کننده در وسایل نقلیه، سیستم های قدرت پشتیبان و استفاده در منابع انرژی تجدیدپذیر متناوب کاربرد دارند.
• ابرخازن های پایه کربن اکتیو در مقایسه با باتری‌ های سنتی چگالی انرژی کمتری دارند. به همین دلیل آنها اغلب همراه با باتری ها به صورت ترکیبی از چگالی توان بالا و چگالی انرژی در سیستم های ذخیره انرژی هیبریدی مورد استفاده قرار می گیرند.

انواع مواد زائد برای تهیه کربن اکتیو در ابر خازن ها

تحقیقات زیادی برای انواع مواد زائد و پتاسیل و کاربرد انها برای تبدیل به کربن فعال انجام شده است. برای تهیه مواد الکترود کربن اکتیو به منظور طراحی خازن‌های دو لایه الکتریکی مواد مختلفی مورد بررسی قرار گرفتند از جمله: مواد زائد جامد چوب توس برای طراحی ابرخازن با استفاده از محلول NaOH فعال شده در دمای 800 درجه سانتیگراد استفاده می شود.

ظرفیت ابرخازن با استفاده از این روش، 302 F/g در الکترولیت آبی اسید سولفوریک با چگالی جریان بالا می باشد که نسبت به کربن‌های تجاری بیشتر است. لاستیک های زائد به منظور تهیه ابرخازن ها با استفاده از روش تجزیه در اثر حرارت و روش فعال سازی شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرند. در این روش مشخص شد که ظرفیت خازن خاص به حجم ریز منفذ بستگی دارد و به حجم مزوپورها بستگی ندارد. ساقه پنبه یکی از مواد زائد جامدی است که برای طراحی کم هزینه با استفاده از روش فعال‌سازی شیمیایی اسید فسفریک در دمای 800 درجه سانتی‌گراد مناسب است. در این نمونه ظرفیت ابرخازن 114 F/g است که در مقایسه با سایر مواد دیگر قبلی کمتر است. به همین دلیل، این نمونه برای ساخت مواد الکترود خازن های دو لایه با هزینه کم و کارایی بالا مورد استفاده قرار می گیرد.

مواد مربوط به ضایعات نیشکر برای ساخت الکترود ابرخازن ها با استفاده از الکترولیت های ژل پلیمری استفاده می شود. ظرفیت سوپر خازن 248 F/g است که نتیجه بهتری نسبت به ساقه پنبه دارد. همچنین ضایعات چرم جامد برای ساخت برنامه های فوق خازن مطلوب هستند. ضایعات چرم جامد برای طراحی کربن متخلخل سلسله مراتبی (HPC) با استفاده از محلول KOH در دمای بالا استفاده می شود. حداکثر ظرفیت خازن 1960 F/g است که نسبت به موارد دیگر برای دستگاه های ذخیره انرژی بسیار زیاد است.

در تحقیقات انجام شده مواد زائد جامد پوسته تخم مرغ برای الکترود ابرخازن استفاده می شوند.ماده کربنات کلسیم به عنوان کربن اکتیو برای ساخت الکترود آند و کاتد خازن استفاده می شود. ظرفیت خازن 47.5 F/g است. از آنجایی که ظرفیت کلسیم بسیار کوچک است، برای طراحی کاتد/آند باتری ها یا خازن ها استفاده می شوند. علاوه بر این، موادی مثل سیم‌ کارت‌ های ضایعاتی برای بازیابی اکسید مس استفاده می‌شوند و مجدداً برای الکترود ابرکاسیتور استفاده می‌شوند. ظرفیت خازن با استفاده از این ماده 542 F/g است که برای ابرخازن با کارایی بالا استفاده می شود.

بررسی ساختار متخلخل (Macro/Meso/Micropores) کربن اکتیو در ابرخازن ها

کربن فعال به دلیل تخلخل زیاد در ساختارهای مختلف ماکرو، مزو و ریزمنافذ و اغلب به صورت نامنظم بودن برای جذب موثر هستند. هر چند منافذ توزیع یکنواخت اغلب برای جذب موثر بهتر هستند. میزان انباشگی ذرات می تواند عملکرد مواد را در ذخیره سازی تحت تاثیر قرار دهد. عیوب سطحی یا عیوب بی نظمی می تواند سطح و میزان جذب سطحی را تحت تاثیر قرار دهد. اما یکی از عوامل مهم برای تغییر ساختار کربن اکتیو نوع فعال سازی آن است. فرآیند فعال سازی ممکن است منجر به تغییرات در نوع سطح شود.

سطح و تخلخل بالا در کربن فعال نقش مهمی در افزایش ظرفیت الکتروشیمیایی ابرخازن ها دارند. هر چقدر مساحت سطح وسیع باشد امکان ذخیره سازی بیشتر است و چگالی انرژی بالاتر می رود. همچنین، امکان شارژ و دشارژ سریع تر وجود دارد و باعث انتشار سریع یون ها می شود که آزاد سازی و جذب سریع انرژی را فراهم می کند. این مساله برای کاربردهایی که نیاز به شارژ مدام دارند ارزشمند است.

برای اطلاعات بیشتر در زمینه نقش کربن اکتیو در سوپر خازن ها می توانید به این وب سایت مراجعه کنید.