सुपरकैपेसिटर
सुपरकैपेसिटर इलेक्ट्रोड सतहों पर तीव्र, अत्यधिक प्रतिवर्ती प्रक्रियाओं के माध्यम से विद्युत आवेश का भंडारण करते हैं, जो बैटरी की तुलना में कम ऊर्जा घनत्व पर बहुत अधिक शक्ति और लंबा चक्र जीवन प्रदान करते हैं।
Definition
एक ऊर्जा-भंडारण उपकरण जो उच्च-सतह-क्षेत्र इलेक्ट्रोड की विद्युत डबल परत में इलेक्ट्रोस्टैटिक रूप से आवेश का भंडारण करता है, जिसे वैकल्पिक रूप से तीव्र सतह रेडॉक्स (स्यूडोकेपेसिटिव) प्रतिक्रियाओं द्वारा बढ़ाया जाता है।
Scope
यह विषय इलेक्ट्रोकेमिकल कैपेसिटर को शामिल करता है: उच्च-सतह-क्षेत्र इलेक्ट्रोड पर इलेक्ट्रोस्टैटिक आवेश संचय से उत्पन्न होने वाली डबल-लेयर कैपेसिटेंस, तीव्र सतह रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं से स्यूडोकेपेसिटेंस, उपयोग की जाने वाली सामग्री जैसे झरझरा कार्बन और धातु ऑक्साइड, और परिणामी ऊर्जा और शक्ति विशेषताएँ। यह पारंपरिक कैपेसिटर और बैटरी के बीच सुपरकैपेसिटर की स्थिति की व्याख्या करता है।
Core questions
- इलेक्ट्रिकल डबल लेयर में आवेश का भंडारण बैटरी में आवेश के भंडारण से कैसे भिन्न है?
- स्यूडोकेपेसिटेंस क्या है और यह संग्रहीत आवेश को कैसे बढ़ाता है?
- सुपरकैपेसिटर बहुत अधिक शक्ति और असाधारण चक्र जीवन क्यों प्राप्त करते हैं?
- कौन सी सामग्री सुलभ सतह क्षेत्र और कैपेसिटेंस को अधिकतम करती है?
Key theories
- डबल-लेयर आवेश भंडारण
- आवेश को एक विशाल सतह क्षेत्र पर इलेक्ट्रोड-इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेस पर आयनों के संचय द्वारा भौतिक रूप से संग्रहीत किया जाता है, जिसमें कोई थोक रासायनिक प्रतिक्रिया नहीं होती है, जिससे तीव्र, अत्यधिक प्रतिवर्ती आवेश और निर्वहन होता है।
- स्यूडोकेपेसिटेंस
- संक्रमण-धातु ऑक्साइड जैसी सामग्रियों पर तीव्र, प्रतिवर्ती सतह या सतह के पास की रेडॉक्स प्रतिक्रियाएं कैपेसिटर जैसी प्रतिक्रिया के साथ अतिरिक्त आवेश का भंडारण करती हैं, जिससे शुद्ध डबल-लेयर भंडारण से परे ऊर्जा घनत्व बढ़ जाता है।
Clinical relevance
सुपरकैपेसिटर वाहनों में तीव्र शक्ति के फटने और पुनर्योजी-ब्रेकिंग ऊर्जा अधिग्रहण, बैकअप शक्ति और लोड संतुलन प्रदान करते हैं, और तेजी से हाइब्रिड प्रणालियों में बैटरी के साथ जोड़े जा रहे हैं जहाँ उनकी उच्च शक्ति और लंबा जीवन बैटरी ऊर्जा घनत्व के पूरक हैं।
History
डबल-लेयर कैपेसिटर की अवधारणा हेल्महोल्ट्ज़ के 19वीं सदी के इंटरफ़ेस मॉडल से जुड़ी है; वाणिज्यिक उपकरण 1970 के दशक से सामने आए, और कॉनवे के काम ने स्यूडोकेपेसिटेंस को औपचारिक रूप दिया, जिसमें नैनोस्ट्रक्चर्ड कार्बन और ऑक्साइड ने 2000 के दशक में प्रमुख क्षमता लाभ को बढ़ावा दिया।
Key figures
- Brian E. Conway
- Hermann von Helmholtz
- Yury Gogotsi
- Patrice Simon
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Frequently asked questions
- सुपरकैपेसिटर बैटरी की तुलना में इतनी तेज़ी से चार्ज क्यों होते हैं?
- वे धीमी थोक रासायनिक प्रतिक्रियाओं के बजाय इलेक्ट्रोड सतह पर आयनों को भौतिक रूप से जमा करके आवेश का भंडारण करते हैं, इसलिए आवेश और निर्वहन मुख्य रूप से आयन गति द्वारा सीमित होते हैं और सेकंड में होते हैं।
- सुपरकैपेसिटर बैटरी की जगह क्यों नहीं लेते हैं?
- सतह आवेश भंडारण थोक रेडॉक्स रसायन विज्ञान की तुलना में प्रति इकाई द्रव्यमान में बहुत कम ऊर्जा रखता है, इसलिए सुपरकैपेसिटर उच्च शक्ति लेकिन कम ऊर्जा घनत्व प्रदान करते हैं और निरंतर ऊर्जा की आवश्यकता वाले अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए बहुत भारी होंगे।