Bawo ni Awọn Batiri Supercapacitor Ṣiṣẹ
Láàárín àìní agbára tó ń pọ̀ sí i—láti àwọn ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ iná mànàmáná àti àwọn ẹ̀rọ itanna tó ṣeé gbé kiri sí àwọn ètò ìpamọ́ agbára tó ń sọ di tuntun—ìmọ̀ ẹ̀rọ ìpamọ́ agbára náà tún ń yí padà kíákíá. Àwọn bátírì kẹ́míkà bíi lithium-ion ti gbajúmọ̀ ọjà fún agbára wọn láti tọ́jú agbára púpọ̀. Síbẹ̀síbẹ̀, ìmọ̀ ẹ̀rọ mìíràn ń fa àfiyèsí fún agbára rẹ̀ láti gba agbára kíákíá àti láti tú jáde kíákíá àti fún àkókò gígùn: àwọn supercapacitors. Ọ̀pọ̀ ènìyàn máa ń pè wọ́n ní “àwọn bátírì supercapacitor,” bó tilẹ̀ jẹ́ pé ní ti gidi wọn kì í ṣe bátírì ní ti pé wọ́n ní àwọn ìṣesí kẹ́míkà tó ń tọ́jú agbára. Nítorí náà, báwo ni àwọn supercapacitors ṣe ń ṣiṣẹ́ ní gidi, kí sì nìdí tí wọ́n fi kà wọ́n sí ojútùú pàtàkì fún ọjọ́ iwájú?
Kí ni Supercapacitor?
Àwọn Supercapacitors (tí a sábà máa ń pè ní ultracapacitors) jẹ́ àwọn ẹ̀rọ ìfipamọ́ agbára tí ó máa ń bọ́ sí àárín àwọn capacitors àti àwọn bátírì. Àwọn capacitors ìbílẹ̀ lè gba agbára kíákíá kí ó sì jáde, ṣùgbọ́n agbára wọn kéré. Àwọn bátírì lè kó agbára púpọ̀ pamọ́, ṣùgbọ́n wọ́n ń gba agbára kí ó sì máa jáde díẹ̀díẹ̀, wọ́n sì ní àkókò ìyípo díẹ̀.
Àwọn Supercapacitors gbìyànjú láti lo àǹfààní àwọn capacitors: gbígbà agbára kíákíá, ìtújáde kíákíá, àti ìgbésí ayé gígùn, nígbà tí wọ́n ń mú agbára ìpamọ́ wọn pọ̀ sí i ju ti àwọn capacitors ìbílẹ̀ lọ. Nítorí náà, supercapacitors yẹ fún àwọn ohun èlò tí ó nílò ìbúgbà agbára, ìdènà àtúnṣe, ìdúróṣinṣin folti, àti àtìlẹ́yìn agbára ìgbà kúkúrú.
Awọn ẹya pataki ti Awọn Supercapacitors
Láti mọ bí ó ṣe ń ṣiṣẹ́, a nílò láti mọ àwọn apá pàtàkì ti supercapacitor kan:
1. Àwọn elekitirodu méjì (rere àti odi), tí a sábà máa ń fi àwọn ohun èlò erogba oníhò bíi erogba tí a ti ṣiṣẹ́, graphene, tàbí erogba nanotubes ṣe. A yan àwọn ohun èlò wọ̀nyí nítorí pé wọ́n ní àwọn agbègbè ojú ilẹ̀ tí ó tóbi gan-an.
2. Àwọn elektroliti, èyí ni àwọn olomi tàbí àwọn jeli tí ó ní àwọn ion (àwọn agbára rere àti odi) tí ó lè gbéra.
3. Apínyà, ìpele fẹ́lẹ́fẹ́lẹ́ kan tí ó ya àwọn elekitirodu méjì sọ́tọ̀ láti dènà ìyípo kúkúrú, ṣùgbọ́n ó ṣì ń jẹ́ kí àwọn ion máa rìn.
4. Ohun tí ń kó àwọn elekitirodu jọ, èyí tí ó so àwọn elekitirodu mọ́ ìta kí àwọn elekitironu lè máa ṣàn.
Kókó pàtàkì sí àwọn supercapacitors ni agbègbè ojú electrode wọn tó tóbi. Fojú inú wo giramu kan ti erogba oníhò, èyí tí ó lè ní agbègbè ojú pápá bọ́ọ̀lù. Bí ojú náà bá ti tóbi tó, bẹ́ẹ̀ ni agbára rẹ̀ ṣe lè pọ̀ sí i.
Ìlànà Àkọ́kọ́: Pípamọ́ Agbára Láìsí Àwọn Ìhùwàsí Kẹ́míkà Tó Gbéṣẹ́ Jùlọ
Àwọn bátìrì ń tọ́jú agbára nípasẹ̀ àwọn ìṣe kẹ́míkà: àwọn ion ń wọ inú ìṣètò elektrodu (ìbáṣepọ̀) wọ́n sì ń ṣe àwọn ìdè kẹ́míkà pàtó. Àwọn Supercapacitors yàtọ̀ síra. Nínú àwọn supercapacitors, agbára ni a ń tọ́jú ní pàtàkì nípasẹ̀ ìyàsọ́tọ̀ agbára (ibi ìpamọ́ electrostatic), dípò àwọn ìṣe kẹ́míkà tí ó ń ba ohun èlò náà jẹ́ gidigidi.
Nígbà tí a bá gba agbára supercapacitor, a máa fipá mú àwọn elekitironi láti kóra jọ sí elekitirodi kan (fún àpẹẹrẹ, elekitirodi odi), nígbà tí elekitirodi kejì di aláìní nínú elekitironi (ó di rere). Ìyàtọ̀ yìí nínú agbára ń ṣẹ̀dá folti, a sì ń kó agbára pamọ́ sí pápá iná mànàmáná.
Láti ṣe ìwọ̀n ìgbóná agbára, àwọn ion inú electrolyte náà ń sún mọ́ ojú electrode tí a ti gba agbára sí òdìkejì. Ìlànà yìí ń ṣẹ̀dá ohun tí a ń pè ní electric layer double.
Ilana Pataki: Agbara Ifiwera Meji Ina (EDLC)
Irú supercapacitor tí ó wọ́pọ̀ jùlọ ni EDLC (Electric Double-Layer Capacitor). Ọ̀nà tí wọ́n gbà ṣe é nìyí:
1. Nígbà tí a bá ń gba agbára:
– Orísun iná mànàmáná náà ń tì àwọn elekitironi sínú elekitirodi odi.
– Elekitirodu odi naa di ọlọrọ ninu awọn elekitironi.
– Àwọn ions rere (cations) nínú electrolyte ni a fà mọ́ra tí wọ́n sì kó jọ síbi ojú electrode odi náà.
– Ni akoko kanna, elekitirodu rere naa padanu awọn elekitironi.
– Àwọn ion odi (anions) ni a fà mọ́ra tí wọ́n sì kó jọ sí ojú elekitirodu rere.
2. A ṣe “ìpele oníná méjì” kan:
– Lórí ojú elekitirodu náà, àwọn ìpele méjì ni a ṣẹ̀dá: ìpele kan ti gbigba agbara lati elekitirodu, àti ìpele kan ti gbigba agbara ion lati elekitirodu.
– Ijinna laarin awọn fẹlẹfẹlẹ meji wọnyi kere pupọ (iwọn nanometer), nitorinaa agbara agbara pọ si pupọ.
3. Nígbà tí a bá ń tú agbára jáde:
– Àwọn elekitironi ń ṣàn gba inú ìṣiṣẹ́ ìta láti ṣe iṣẹ́ (tan mọ́tò kan, mú fóltéèjì dúró, àti bẹ́ẹ̀ bẹ́ẹ̀ lọ).
– Àwọn ion náà máa ń tàn kálẹ̀ padà sínú electrolyte, ètò náà sì máa ń padà sí ipò tí kò ní ìyípadà.
Nítorí pé ìlànà yìí jẹ́ ti ara (gbigbe agbara ati ilana) ju iṣe kemikali ti o nira lọ, awọn supercapacitors le:
– kun ni awọn iṣẹju-aaya si iṣẹju,
– tu agbara nla silẹ lẹsẹkẹsẹ,
– ye ọgọ́rọ̀ọ̀rún ẹgbẹẹgbẹ̀rún sí mílíọ̀nù àwọn cycles.
Àṣìṣe oníṣekúṣe: “Kẹ́mísírì kékeré kan” fún agbára púpọ̀ sí i
Ní àfikún sí EDLCs, àwọn supercapacitors kan wà tí wọ́n ń lo pseudocapacitance, èyí tí í ṣe ìpamọ́ agbára nípasẹ̀ àwọn ìṣe redox kíákíá lórí ojú electrode. Àwọn ohun èlò tí a sábà máa ń lò ni àwọn irin oxides (fún àpẹẹrẹ, RuO₂, MnO₂) tàbí àwọn polima onídàgba.
Iyatọ pẹlu batiri naa:
– Àwọn ìṣesí nínú àwọn pseudocapacitors sábà máa ń wáyé lórí ojú ilẹ̀ (tàbí nítòsí ojú ilẹ̀) wọ́n sì máa ń yára gan-an.
– Kò jinlẹ̀ tó bí ìgbà tí batiri bá so pọ̀ mọ́ ara wọn, nítorí náà ó lè pẹ́ tó, bó tilẹ̀ jẹ́ pé kì í sábà pẹ́ tó ìgbà tí ó jẹ́ EDLC lásán.
Ní ìṣe, ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn supercapacitors òde òní jẹ́ àwọn hybrids, tí wọ́n ń so EDLC àti pseudocapacitance pọ̀ láti mú kí agbára àti agbára sunwọ̀n síi.
Kí ló dé tí àwọn Supercapacitors fi lè gba agbára kíákíá tó bẹ́ẹ̀?
Àwọn supercapacitors máa ń gba agbára kíákíá nítorí wọn kò nílò àwọn ìyípadà kẹ́míkà tó pọ̀ tàbí àwọn ìyípadà pàtàkì nínú ìṣètò. Ohun tó máa ń ṣẹlẹ̀ ní pàtàkì:
– awọn ions naa n sunmo oju elekitirodu naa,
– àwọn elekitironi kórajọ ní àwọn elekitirodi,
– a ṣe agbekalẹ fẹlẹfẹlẹ meji.
Èyí dà bí kíkún “ìlà agbára” lórí ojú ilẹ̀, dípò “fífún” àwọn ion sínú àsopọ̀ kristali bíi ti bátìrì lithium-ion. Ìdènà inú wọn tún máa ń dínkù, èyí tó ń jẹ́ kí àwọn ìṣàn ńlá máa ṣàn láìsí pé wọ́n ń mú ooru púpọ̀ jáde (bó tilẹ̀ jẹ́ pé àwọn ààlà ìṣètò ṣì wà).
Àwọn Àǹfààní àti Àléébù Tí A Bá Fiwé Pẹ̀lú Àwọn Bátírì
Awọn anfani akọkọ:
1. Gbigba agbara ni kiakia pupọ (gbigba agbara giga).
2. Agbara nla ti o jade (agbara giga), o dara fun awọn ilosoke ẹru.
3. Ìgbésí ayé ìyípo náà gùn gan-an, ó lè jẹ́ ọgọ́rùn-ún ẹgbẹ̀rún ìgbà.
4. Ó lè fara da ooru tó le koko jù nínú àwọn àpẹ̀rẹ̀ kan.
5. Iṣẹ́ ṣiṣe giga lakoko gbigba agbara-iyọkuro iyara.
Awọn alailanfani akọkọ:
1. Agbára tí a kó pamọ́ kéré sí ti bátìrì (ìwọ̀n agbára kékeré). Àwọn supercapacitors kò dára fún pípèsè agbára pípẹ́, bíi bátìrì kọ̀ǹpútà alágbèéká.
2. Fóltéèjì máa ń dínkù ní ìlà nígbà tí a bá ń lò ó. Láìdàbí àwọn bátìrì, tí wọ́n ń pa fóltéèjì tí ó dúró ṣinṣin mọ́, àwọn supercapacitors yóò dínkù láti, fún àpẹẹrẹ, 2,7 V sí òdo bí agbára bá ṣe ń jáde, èyí tí ó sábà máa ń nílò ẹ̀rọ ìyípadà DC-DC.
3. Ìtújáde ara ẹni tó ga jù: ìtújáde máa ń “jó” kíákíá ju bátìrì lọ.
4. Iye owo fun Wh si tun gbowo ni akawe pelu awon batiri fun awon ohun elo ibi ipamọ agbara nla.
Nítorí náà, àwọn supercapacitors kìí sábà máa ń rọ́pò àwọn bátírì, ṣùgbọ́n dípò àfikún.
Àwọn Àpẹẹrẹ Ohun Èlò Ayé Gidi
A nlo awọn Supercapacitors ni ọpọlọpọ igba ni awọn ipo ti o nilo agbara nla ni akoko kukuru, fun apẹẹrẹ:
– Àwọn ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ àti ìrìnnà iná mànàmáná (EV/HEV): ń ran lọ́wọ́ láti yára tàbí láti fa agbára nígbà tí a bá ń ṣe ìdádúró, èyí sì ń dín ẹrù lórí bátìrì kù.
– Àwọn ọkọ̀ akérò àti tram kan: àwọn ètò kan máa ń lo supercapacitors fún gbígbà agbára kíákíá ní àwọn ibùdókọ̀.
– UPS ati afẹyinti agbara kukuru: jẹ ki eto naa wa laaye fun awọn aaya diẹ si awọn iṣẹju diẹ, to fun iyipada ailewu tabi pipade.
– Àwọn ohun èlò ilé-iṣẹ́: fún àwọn ẹrù tó ga jùlọ (gígé orí òkè) kí iná mànàmáná lè dúró ṣinṣin.
– Àwọn ẹ̀rọ itanna oníbàárà kan: àwọn ẹ̀rọ gbigba agbara kíákíá àti àwọn ẹ̀rọ tí ó nílò ìṣàn omi.
Penutup
Àwọn Supercapacitors ń ṣiṣẹ́ lórí ìlànà ìpamọ́ agbára nípasẹ̀ ìyàsọ́tọ̀ agbára—ní pàtàkì nípasẹ̀ ìṣẹ̀dá ìpele oníná méjì lórí ojú electrode oníhò, àti ní àwọn irú kan, tí àwọn ìṣe redox kíákíá (pseudocapacitance) ń ràn lọ́wọ́. Nítorí pé ìlànà náà jẹ́ “ti ara” ju ìṣe kemika jíjinlẹ̀ lọ, àwọn supercapacitors tayọ nínú gbígbà agbára kíákíá, agbára ìjáde gíga, àti ìgbésí ayé iṣẹ́ gígùn gidigidi. Síbẹ̀síbẹ̀, ìwọ̀n agbára wọn tí ó lopin mú kí wọ́n dára jù gẹ́gẹ́ bí alábàákẹ́gbẹ́ pẹ̀lú àwọn bátírì, dípò ìyípadà pátápátá.
Ní wíwo ọjọ́ iwájú, ìwádìí lórí àwọn ohun èlò bíi graphene, nanostructured carbon, àti hybrid designs ní agbára láti mú agbára àwọn supercapacitors pọ̀ sí i ní pàtàkì. Tí àwọn ìlọsíwájú wọ̀nyí bá ń bá a lọ, supercapacitors lè kó ipa pàtàkì síi nínú ètò agbára òde òní—ní pàtàkì fún àwọn ohun èlò tí ó nílò iṣẹ́ ṣiṣe gíga, ìdáhùn kíákíá, àti agbára pípẹ́.
