కెపాసిటర్లు ప్రాథమికంగా ఛార్జ్ చేసే నిల్వ పరికరాలు, కానీ బ్యాటరీలతో పోలిస్తే, అవి ఛార్జ్ నిల్వ చేయడానికి చాలా తక్కువ సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటాయి. అయినప్పటికీ, వాటి జీవిత కాలం బ్యాటరీల కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది, కెపాసిటర్ల పనికి సంబంధించిన ప్రాథమిక సూత్రం వాటి అంతర్గత నిర్మాణం ఆధారంగా వివిధ వర్గాలుగా విభజించబడినప్పటికీ అదే విధంగా ఉంటుంది. గ్రాఫేన్ కెపాసిటర్ అనేది ఒక రకమైన సూపర్ కెపాసిటర్, ఇది గ్రాఫేన్ పొరలను కలిగి ఉంటుంది, ఇది ఎలక్ట్రాన్‌ల యొక్క మరింత ఉచిత కదలికను అందిస్తుంది మరియు ప్రభావవంతమైన మార్గంలో వేడి వెదజల్లడానికి అనుమతిస్తుంది.
రూపురేఖలు:
- సూపర్ కెపాసిటర్లు అంటే ఏమిటి?
- సూపర్ కెపాసిటర్ల పని
- గ్రాఫేన్ సూపర్ కెపాసిటర్
- సూపర్ కెపాసిటర్లలో గ్రాఫేన్ ఆధారిత ఎలక్ట్రోడ్లు
- గ్రాఫేన్-ఆధారిత సూపర్ కెపాసిటర్ల పనితీరు
- ముగింపు
సూపర్ కెపాసిటర్లు అంటే ఏమిటి?
గ్రాఫేన్ కెపాసిటర్‌ను అర్థం చేసుకోవడానికి, గ్రాఫేన్ కెపాసిటర్ కూడా సూపర్ కెపాసిటర్ల వర్గంలోకి వస్తుంది కాబట్టి సూపర్ కెపాసిటర్ల గురించి తెలుసుకోవడం అవసరం. సాధారణ కెపాసిటర్లు కాకుండా, సప్పర్ కెపాసిటర్లు విభిన్న అంతర్గత నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉంటాయి, ఇది వాటి లక్షణాలను కూడా ప్రభావితం చేస్తుంది. సూపర్ కెపాసిటర్‌లో విద్యుద్విశ్లేష్యాలు ఉన్నాయి, అవి ఇన్సులేషన్ మాధ్యమం ద్వారా వేరు చేయబడతాయి మరియు ఎలక్ట్రోలైట్‌తో సంబంధం ఉన్న సక్రియం చేయబడిన కార్బన్ ఎలక్ట్రోడ్‌లను కలిగి ఉంటాయి. ఎలక్ట్రోలైట్ ప్రధానంగా సల్ఫ్యూరిక్ యాసిడ్ లేదా పొటాషియం ఆక్సైడ్, మరియు విభాజకం సాధారణంగా కాప్టన్:
సూపర్ కెపాసిటర్ల పని
ఒక సూపర్ కెపాసిటర్ ఏ పవర్ సోర్స్‌కి కనెక్ట్ కానప్పుడు, వాటి ధ్రువణతతో సంబంధం లేకుండా చార్జీలు ఎలక్ట్రోలైట్‌లో చెల్లాచెదురుగా ఉంటాయి, విద్యుత్ వనరు దాని అంతటా కనెక్ట్ అయినప్పుడు కెపాసిటర్ నుండి కరెంట్ ప్రవహించడం ప్రారంభమవుతుంది మరియు యానోడ్ మొత్తం ధనాత్మక చార్జ్‌ను పొందుతుంది. ఎలక్ట్రోలైట్‌లోని ప్రతికూల అయాన్లు యానోడ్ ఎలక్ట్రోడ్ వైపు కదులుతాయి. కాథోడ్ ప్రతికూలంగా ఛార్జ్ చేయబడుతుంది మరియు అన్ని సానుకూల అయాన్లు కాథోడ్ వైపు కదులుతాయి:
ఎలక్ట్రోడ్ మరియు ఎలక్ట్రోలైట్ మధ్య ఈ ఆకర్షణ శక్తి ఎలెక్ట్రోస్టాటిక్ ఫోర్స్ మరియు ఎలక్ట్రోడ్‌లకు అయాన్ల ఈ ఆకర్షణ విద్యుత్ డబుల్ లేయర్ ఏర్పడటానికి కారణమవుతుంది. ఈ పొర ఛార్జీలను నిల్వ చేయడానికి బాధ్యత వహిస్తుంది మరియు ఈ పొర ఏర్పడటం వలన సూపర్ కెపాసిటర్‌లను ఎలక్ట్రికల్ డబుల్-లేయర్ కెపాసిటర్లు అని కూడా పిలుస్తారు.
ఈ విధంగా సూపర్ కెపాసిటర్ ఛార్జ్ చేయబడుతుంది మరియు సూపర్ కెపాసిటర్ యొక్క టెర్మినల్స్‌లో ఏదైనా లోడ్ కనెక్ట్ అయినప్పుడు ఎలక్ట్రోడ్‌లపై ఛార్జ్ లోడ్ నుండి ప్రవహించడం ప్రారంభమవుతుంది. ఈ విధంగా రెండు ఎలక్ట్రోడ్లు ఛార్జ్‌లను కోల్పోవడం ప్రారంభిస్తాయి ఎందుకంటే అవి ఛార్జీలను ఆకర్షించలేవు మరియు ఫలితంగా అన్ని ఛార్జీలు ఎలక్ట్రోడ్‌లను విడిచిపెట్టినప్పుడు కెపాసిటర్ విడుదల అవుతుంది.
కాబట్టి ఇప్పుడు అయాన్లు మళ్లీ ఎలక్ట్రోలైట్స్‌లో చెల్లాచెదురుగా ఉన్నాయి మరియు సాధారణ సూపర్ కెపాసిటర్ ఈ విధంగా పనిచేస్తుంది.
గ్రాఫేన్ సూపర్ కెపాసిటర్
గ్రాఫేన్ గ్రాఫైట్ నుండి వచ్చింది, ఇది ఎక్కువగా పెన్సిల్స్ లోపల ఉంటుంది మరియు అదే సంఖ్యలో అణువులను కలిగి ఉన్న కార్బన్ యొక్క ఎలక్ట్రోడ్, కానీ ఇవి భిన్నంగా అమర్చబడి ఉంటాయి. గ్రాఫైట్ వలె కాకుండా, గ్రాఫేన్ షట్కోణ తేనెగూడు ఆకారంలో అమర్చబడిన రెండు-డైమెన్షనల్ సింగిల్-అణువు పొరను కలిగి ఉంటుంది. ఈ నిర్మాణం అణువులను బలమైన సమయోజనీయ బంధాలను సృష్టించడానికి అనుమతిస్తుంది, ఇది అధిక తన్యత బలం మరియు అధిక వశ్యతను ఇస్తుంది. ఈ లక్షణాల కారణంగా, గ్రాఫేన్ ఎలక్ట్రాన్లు స్వేచ్ఛగా కదలడానికి మరియు అధిక విద్యుత్ వాహకతను కలిగి ఉండటానికి అనుమతిస్తుంది.
సూపర్ కెపాసిటర్లు ప్లేట్‌ల మధ్య తక్కువ దూరాలను కలిగి ఉంటాయి, ఇది వాటిని ఎక్కువ స్టాటిక్ ఛార్జ్‌ని నిల్వ చేయడానికి అనుమతిస్తుంది కాబట్టి, గ్రాఫేన్ అల్యూమినియం పొరతో పోలిస్తే అణువు పరిమాణంలో చాలా సన్నని పొరను కలిగి ఉంటుంది. అందువల్ల, గ్రాఫేన్ కెపాసిటర్ గణనీయంగా ఎక్కువ ఉపరితల వైశాల్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది, ఇది ఇతర సూపర్ కెపాసిటర్‌లతో పోలిస్తే ఎక్కువ శక్తిని నిల్వ చేయడానికి అనుమతిస్తుంది.
సూపర్ కెపాసిటర్లలో గ్రాఫేన్-ఆధారిత ఎలక్ట్రోడ్లు
పైన పేర్కొన్న విధంగా గ్రాఫేన్ ఒక పెద్ద ఉపరితల వైశాల్యాన్ని అందిస్తుంది, ఇది ఛార్జ్ నిల్వ చేయడానికి కెపాసిటర్ సామర్థ్యాన్ని పెంచుతుంది. గ్రాఫేన్‌ని ఉపయోగించి ఎలక్ట్రోడ్ల తయారీకి వివిధ పద్ధతులు ఉపయోగించబడతాయి మరియు వాటిలో రెండు:
గ్రాఫేన్ ఫోమ్ ద్వారా ఫాబ్రికేషన్
గ్రాఫేన్ ఫోమ్ ఉపయోగించి సృష్టించబడిన గ్రాఫేన్ ఎలక్ట్రోడ్ అధిక వాహకత, తేలికైన మరియు సౌకర్యవంతమైన ఎలక్ట్రోడ్‌లను అందిస్తుంది, దీని ప్రాంతాన్ని అనేక సెం.మీ వరకు విస్తరించవచ్చు. 2 మరియు ఎత్తు అనేక మిల్లీమీటర్ల వరకు ఉంటుంది. గ్రాఫేన్ ఫోమ్ నికెల్ లేదా కాపర్ ఫోమ్‌పై పెంచడం ద్వారా రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ సాంకేతికత ద్వారా సృష్టించబడుతుంది. రాగి నురుగుపై గ్రాఫేన్ ఫోమ్ సృష్టించబడినప్పుడు అది అధిక-నాణ్యత గల గ్రాఫేన్ పొరను ఉత్పత్తి చేస్తుంది, అయితే మెటల్ సపోర్టు తొలగించబడినప్పుడు నిర్మాణం సులభంగా కూలిపోతుంది. అయితే, ఒక నికెల్ ఫోమ్ బదులుగా ఒక బహుళస్థాయి గ్రాఫేన్ పొరను సృష్టించడానికి ఉపయోగించవచ్చు, ఇది ఎటువంటి నష్టం లేకుండా మెటల్ మద్దతు నుండి జాగ్రత్తగా లాగబడుతుంది. అంతేకాకుండా, ఈ రసాయన సంశ్లేషణను ఉపయోగించి నికెల్ ఫోమ్ ద్వారా తగ్గిన గ్రాఫేన్ ఆక్సైడ్ కూడా ఏర్పడుతుంది. గ్రాఫేన్‌తో కొన్ని సంకలితాలు ఉపయోగించబడతాయి, ఇవి అధిక శక్తి సాంద్రతను సాధించడంలో సహాయపడతాయి మరియు ఎలక్ట్రాన్లు మరియు అయాన్‌లకు తక్కువ మార్గాలను అందిస్తాయి, తద్వారా ఛార్జీల వేగాన్ని పెంచుతుంది. ఈ సంకలనాలు మెటల్ ఆక్సైడ్లు, వాహక పాలిమర్లు మరియు మెటల్ హైడ్రాక్సైడ్లు కావచ్చు, ఇవి గ్రాఫేన్-ఆధారిత ఎలక్ట్రోడ్ల తయారీని తక్కువ ఖర్చుతో చేస్తాయి.
పై చిత్రం రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ పద్ధతిని ఉపయోగించి గ్రాఫేన్ పొరను రూపొందించే ప్రక్రియను వివరిస్తుంది.
లేజర్ రైటింగ్ ద్వారా ఫాబ్రికేషన్
లేజర్ రైటింగ్ పద్ధతి తులనాత్మకంగా తక్కువ ఖర్చుతో కూడుకున్నది మరియు పెద్ద ఏరియా రిడక్షన్ టెక్నిక్‌ని తగ్గించడం ద్వారా ఒకే దశలో 3D పోరస్ గ్రాఫేన్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. ఈ పద్ధతిలో ముందుగా, గ్రాఫేన్ యొక్క పలుచని పొరను టెంప్లేట్‌పై నిక్షిప్తం చేస్తారు, ఆపై వాణిజ్య లేజర్ గ్రాఫేన్ ఆక్సైడ్ పొరను వికిరణం చేస్తుంది. గ్రాఫేన్ ఆక్సైడ్‌పై లేజర్ కాంతి సంభవించినప్పుడు అది ఎక్స్‌పోజర్ ప్రాంతంలో పోరస్ వాహక పదార్థాన్ని సృష్టిస్తుంది.
ఫలితంగా, ఎలక్ట్రోలైట్ అయాన్ల ఉపరితల వైశాల్యం పెరుగుతుంది మరియు ఆక్సిజన్ కంటెంట్ గణనీయంగా తగ్గుతుంది. మునుపటి పద్ధతిలో వలె, కొన్ని సంకలితాలను డైరెక్ట్ లేజర్ రచనలో ఉపయోగించవచ్చు, అది గ్రాఫేన్ ఆక్సైడ్ మరియు పాలిమర్ మిశ్రమం కావచ్చు లేదా ఉపరితలం పాలిమర్ మాత్రమే కావచ్చు. ప్రత్యక్ష లేజర్ రచన ప్రక్రియను వివరించే చిత్రం ఇక్కడ ఉంది:
గ్రాఫేన్-ఆధారిత సూపర్ కెపాసిటర్ల పనితీరు
గ్రాఫేన్ కెపాసిటర్లు ప్రభావవంతమైన ఎలక్ట్రాన్ మరియు అయాన్ బదిలీని కలిగి ఉంటాయి, దీని ఫలితంగా అధిక గ్రావిమెట్రిక్ మరియు వాల్యూమెట్రిక్ సామర్థ్యం ఉంటుంది. అంతేకాకుండా, అవి అధిక సైకిల్ రేటు స్థిరత్వం మరియు అధిక శక్తి సామర్థ్యాన్ని ప్రదర్శిస్తాయి.
వివిధ శక్తి నిల్వ చేసే పరికరాల పనితీరు మరియు ప్రవర్తనను అధ్యయనం చేయడానికి ఒక రాగోన్ ప్లాట్ ఉపయోగించబడుతుంది, దీనిలో నిర్దిష్ట శక్తి (Wh/Kg) విలువ నిర్దిష్ట శక్తికి (W/Kg) వ్యతిరేకంగా రూపొందించబడింది. గ్రాఫ్ రెండు అక్షాల కోసం లాగ్ స్కేల్‌ను ఉపయోగిస్తుంది. y-అక్షం నిర్దిష్ట శక్తిని కొలుస్తుంది, ఇది యూనిట్ ద్రవ్యరాశికి శక్తి మొత్తం. x-అక్షం శక్తి సాంద్రతను కొలుస్తుంది, ఇది యూనిట్ ద్రవ్యరాశికి శక్తి పంపిణీ రేటు.
రాగోన్ ప్లాట్‌లోని ఒక బిందువు మరో మాటలో చెప్పాలంటే, y-యాక్సిస్‌పై శక్తిని (యూనిట్ ద్రవ్యరాశికి) x-అక్షంలోని శక్తిలో (యూనిట్ ద్రవ్యరాశికి) బట్వాడా చేయగల సమయాన్ని ఇస్తుంది మరియు ఆ సమయం ( ఒక గంటలో) శక్తి మరియు శక్తి సాంద్రతల మధ్య నిష్పత్తిగా ఇవ్వబడుతుంది. తదనంతరం, రాగోన్ ప్లాట్‌లోని ఐసో-కర్వ్‌లు (స్థిరమైన డెలివరీ సమయం) ఏకత్వ వాలుతో సరళ రేఖలుగా ఉంటాయి. దిగువ రాగోన్ ప్లాట్ వివిధ శక్తిని నిల్వ చేసే పరికరాల కోసం నిర్దిష్ట శక్తిని (Wh/Kg) మరియు నిర్దిష్ట శక్తిని (W/Kg) చూపుతుంది:
ముగింపు
గ్రాఫేన్ కెపాసిటర్ అనేది గ్రాఫైట్ నుండి వచ్చే గ్రాఫేన్ నుండి తయారైన ఎలక్ట్రోడ్‌లను కలిగి ఉండే ఒక రకమైన సూపర్ క్యాప్‌కైటర్. గ్రాఫేన్ ఎలక్ట్రోలైట్‌కు పెద్ద ఉపరితల వైశాల్యాన్ని అందిస్తుంది, దీని ఫలితంగా కెపాసిటెన్స్ పెరుగుతుంది మరియు తక్కువ ఛార్జింగ్ సమయం కూడా ఉంటుంది. అంతేకాకుండా, గ్రాఫేన్ ఎలక్ట్రోడ్‌లను రూపొందించడానికి వివిధ పద్ధతులు ఉన్నాయి, వాటిలో రెండు: గ్రాఫేన్ ఫోమ్ మరియు డైరెక్ట్ లేజర్ రైటింగ్.