Gelişen teknolojiye ve teknoloji kullanım alanlarının artmasına bağlı olarak elektrik enerjisi depolama ihtiyaçları her geçen gün önem kazanmaktadır. Bilim dünyasında enerji depolama çalışmaları tüm hızıyla devam ederken bu çalışmaların amacı; Enerjiyi daha kolay ve hızlı depolayın, daha büyük kapasitede depolayın ve depolanan enerjiyi uzun süre kullanın. Aynı zamanda üzerinde çalışılan en önemli konulardan biri de enerjinin depolandığı birimlerin uzun ömürlü olmasıdır. Tüm bu amaçlar göz önünde bulundurularak süper kapasitörler üretildi.
süper kapasitörler
Çift katmanlı veya süper kapasitör olarak da adlandırılan süper kapasitör; Normal kapasitörlerden çok farklıdırlar çünkü kapasitansları çok yüksektir. Kapasitörler, bir elektrokimyasal reaksiyona yanıt olarak statik bir yük yoluyla enerji depolar. Pozitif ve negatif plakalara voltaj uygulanması, kapasitörün şarj olmasına neden olur. Kondansatörler enerji depolama seviyelerine göre 3 tipe ayrılırlar. Bunlardan ilki, tabanında kuru bir ayırıcı tabaka bulunan elektrostatik kapasitörlerdir. Bu klasik kondansatör çok düşük bir kapasitansa sahiptir ve esas olarak radyo frekansı ayarlama ve filtreleme için kullanılır. Enerji depolama hacimleri birkaç pikofarad (pf) ile birkaç mikrofarad (uF) arasında değişir. İkinci grup elektrolitik kapasitörleri içerir. Elektrolitik kapasitörler, elektrostatik kapasitörlerden daha yüksek kapasitans sunar ve bir pikofaraddan bir milyon kat daha fazla olan mikrofaradlara (uF) kadar enerji depolayabilir. Bu kapasitörler, ıslak bir ayırıcı katman kullanır ve filtreleme, tamponlama ve sinyal birleştirme için kullanılır. Üçüncü grup ise; Faradlarda enerji depolayabilen süper kapasitörlerdir. Yüksek akımlarla kısa ve sık aralıklarla şarj-deşarj döngülerine giren enerjiyi depolamak için bir süper kapasitör kullanılır.
Farad, İngiliz fizikçi Michael Faraday’ın adını taşıyan bir kapasitans birimidir. Bir farad, bir volt uygulandığında bir coulomb elektrik enerjisi depolar. Bir mikrofarad, bir faraddan bir milyon kat daha küçüktür ve bir pikofarad, bir mikrofaraddan bir milyon kat daha küçüktür.
Süper kapasitörlerin özellikleri
Tüm kapasitörlerin voltaj limitleri vardır. Süper kapasitör 2,5-2,7 V ile sınırlandırılırken, elektrostatik kapasitör daha yüksek voltajlara dayanacak şekilde yapılabilir. Voltajın 2.8V veya daha yüksek olması mümkündür ancak kapasitörün ömrü kısadır. Birçok süper kapasitör, daha yüksek bir voltaj elde etmek için seri olarak bağlanır. Seri bağlantı toplam kapasitansı azaltır ve iç direnci artırır. Üçten fazla kapasitör içeren kablolama, herhangi bir hücrenin aşırı gerilime maruz kalmasını önlemek için voltaj dengelemesi gerektirir. Lityum iyon pillerde de benzer bir koruma devresi kullanılıyor.
Süper kapasitörün özgül gücü, Li-ion pillerinkinden 10-50 kat daha düşük olan 1W/kg ila 30W/kg arasında değişir. Elektrokimyasal piller, sabit bir kullanılabilir voltaj üretirken, süper kapasitör voltajı doğrusal olarak düşer. Süper kapasitörler şarjda iken voltaj lineer olarak yükselir ve kondansatör dolduğunda tam şarj algılama devresine ihtiyaç duymazlar ve çekilen akım tamamen sıfırdır. Boşalmış durumda, voltaj doğrusal olarak düşer.
Süper kapasitörün şarj süresi 1-10 saniyedir. Şarj karakteristiği bir elektrokimyasal pilinkine benzer ve şarj akımı büyük ölçüde şarj cihazının akım taşıma kapasitesi ile sınırlıdır. İlk şarj çok hızlı yapılabilir ve maksimum şarj ekstra zaman alır. Süper kapasitörün aşırı şarj edilmesinde sorun yoktur. Bu nedenle tam şarj algılama devresi gerektirmez ve şarj bittiğinde akım sıfırlanır. Süper kapasitörler sınırsız sayıda şarj edilebilir ve boşaltılabilir. Kullanışlı bir ömre sahip olan elektrokimyasal pillerin aksine, süper kapasitörler uzun süreli kullanımdan dolayı çok az aşınma ve yıpranmaya sahiptir. Belirtilenden daha yüksek bir voltaj uygulanırsa ömür kısalır. Süper kapasitörler hem sıcak hem de soğuk ortamlarda kararlı bir şekilde çalışır. Ancak, aynı ortamlarda piller kararlı olmaktan uzaktır.
Süper kapasitörlerin kullanım alanları
Kısa süreli güç ihtiyacını karşılamak için hızlı şarj gerektiğinde süper kapasitörlerin kullanımı idealdir. Piller, uzun menzilli güç sağlayacak şekilde seçilmiştir. İkisinin bir hibrit akü ile birleştirilmesi her iki ihtiyacı da karşılar, bu da daha uzun hizmet ömrü anlamına gelir. Bu piller günümüzde kurşun asit pillerde mevcuttur.
Süper kapasitörler kullanmak, güç boşluklarını birkaç saniyeden birkaç dakikaya çıkarmanın en etkili yoludur. Bu tür bir uygulama, Kuzey Amerika’nın en işlek demiryolu hatlarından biri olan LIRR’de kullanılmaktadır. 2 megavatlık bir süper kapasitör bankası, tren hızlanırken voltaj düşüşlerini önlemek ve en yüksek güç kullanımını azaltmak için 2,5 megavatlık güç sağlayan volanlara karşı New York’ta test ediliyor. Her iki sistem de karşılık gelen MW kapasitesinde 30 saniye boyunca sürekli güç sağlamalı ve aynı anda tamamen şarj edilmelidir. Her iki sistemi de test etmek en az 20 yıl sürmüş olmalı.
Yetkililer, volanların bu uygulamadan daha güçlü ve enerji açısından daha verimli olduğunu düşünüyor.
Japonya’da da büyük süper kapasitörler kullanılıyor. 4 MW sistemler, ticari binalarda şebeke tüketimini azaltmak ve talebin yoğun olduğu zamanlarda yüklemeyi kolaylaştırmak için kullanılmaktadır. Diğer bir uygulama alanı ise elektrik kesintilerinde yedek jeneratörleri çalıştırarak elektrik gelene kadar enerji sağlamaktır.
Süper kapasitörlerin gelişmesiyle birlikte uygulama alanları da çeşitleniyor. Günümüzde elektrikli arabaların güç kaynaklarında kullanılması ve bunların cep telefonu bataryalarında kullanılması gibi hedefler, gelecekte süper kapasitörlerin birçok alanda kullanılabileceğine işaret ediyor.
Kaynak:
http://batteryuniversity.com/learn/article/whats_the_role_of_the_supercapacitor
yazar:Burak Yıldırım
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]