Süperkapasitör olarak da bilinen bir ultrakapasitör, veya elektrokimyasal kapasitör, elektrik enerjisini depolayan bir cihaz olup popülaritesi hızla artmaktadır. Çalışma mekanizması ve tasarımı sıradan bir kapasitör ve bir pil arasında bir yerde ki bazı ilginç ve değerli uygulamaların önünü böylece açmaktadır. Bir pil gibi, tek bir ultrakapasitör hücre, pozitif ve negatif bir elektrottan oluşur, bir elektrolit ile de ayrılır. Ayrıca ultrakapasitörler elektrostatik enerjiyi depolayarak düzenli bir kapasitör gibi (kimyasal bir pil gibi değil) davranır ve bir kapasitör gibi de elektrolit ile bir dielektrik ayırıcısına sahiptir. Bu yapı ile izin verilen elektrotlar arasında küçük bir ayrım, normal bir kapasitöre göre çok daha yüksek enerji depolama yoğunluğuna yol açar. Bir ultrakapasitöre eşdeğer büyüklükte bir pil daha az enerji depolarken deşarjı bir kimyasal reaksiyona bağlı bulunmadığından çok daha çabuk serbest bırakabilirsiniz. Çünkü fiziksel ve kimyasal değişiklikler meydana gelmeden şarj depolanır. Ultrakapasitörler herhangi bir bozulma olmadan defalarca da kullanılabilir.
Ultrakapasitörlerde Nanoteknoloji
Son birkaç yılda nanoteknoloji araştırmaları, geniş kapsamlı ticari uygulamalar için gerekli özelliklere sahip malzemeler sağlayarak ultrakapasitörin potansiyelini keşfetmeye başlamamız için olanak sağladı. Kendi enerji yoğunluğunun kısa şarj döngüsü ve çalışma sıcaklığı, çok küçük taşınabilir cihazlar için verimli ve büyük ölçekli enerji depolama uygulamaları için uygun hala getirir. Önümüzdeki yıllarda birçok uzman ultrakapasitörlerin çoğu teknolojik alanda batarya ve yakıt hücre sistemlerini değiştireceğini veya güçlendireceğini tahmin ediyor.
Şekil1. Bir ultrakapasitör için elektrot olarak kullanılan oldukça gözenekli aktif grafenin bir elektron mikrograf görüntüsü.
Ticari ultrakapasitörler için elektrotlar genellikle karbon nanotüpler, gözenekli aktif karbon veya karbon aerojelleri gibi nanoyapılı karbon bazlı malzemelerden yapılmaktadır. Bu malzemelerin yüksek bir yüzey alanı ve iyi iletkenliği ultrakapasitörleri kullanım için ideal hale getirir. Elektrot tasarımında malzeme ile ilgili hangisinin daha iyi olduğu konusunda bir uzlaşma yoktur bilim insanları arasında. Bununla birlikte daha küçük olan nanogözenekler mükemmel bir yüzey alanın sahiptir ama iletkenliği azaltan iyonların iletken hareketlerini sınırlayan bir özelliğe sahiptir. Bu nedenle gözenek, büyüklüğü belirli her bir özel ultrakapasitör tasarımının uygulamasına uygun olarak seçilmesi gerekir.
Gelecekte Ultrakapasitörlerin Gelişmesi
Grafen elektrotlar kullanılarak ultrakapasitörler grafen malzemesinin önemli elektriksel özellikleri nedeniyle büyük umutlar vaat etmektedir.
Bu teknoloji hâlâ emekleme döneminde olduğundan gerekli elektrot yapısı üzerindeki kontrol derecesini elde tutmak zordur. Grafenden daha kötü bir malzemeye eşdeğer özelliklere sahip grafen ultrakapasitör yapmak şu anda mümkün ama çok daha büyük maliyete sahip bir iştir. Ayrıca yakın gelecekte performans avantajlarının büyük potansiyelinden yararlanmak için grafen teknolojisi bu pazar üzerinde daha sık kullanılabilir.
Ultrakapasitör Uygulamaları
Güç tüketimi ya da büyük ölçekli tekrarlanan şarj döngüsü içinde büyük bir sivri uç gerektiğinde ultrakapasitör performans üstünlükleri en etkin şekilde devreye girer. Bu şekilde etkin olarak kullanılabilecek ultrakapasitör uygulama alanları şöyle sıralanabilir:
- Elektrikli ya da hibritli araçlar, kısa mesafelerde hızla ivmelenmeyi sağlamak için ya da ana motoru başlatmak için
- Hızlı şarj gerektiren elektronik cihazlarda
- Hava/su geçirmez enerji depolama (örneğin uzak rüzgar çiftlikleri)
- Askeri araçlar (tanklar için marş motoru, denizaltılar, füzeler için kompakt güç)
Damla Polat / Yıldız Teknik Üni. Fizik Bölümü
Kuark Moleküler NanoBilim Araştırma Grubu
Kaynak:
http://www.azonano.com/article.aspx?ArticleID=3044
