ابر رسانا

مقدمه ای بر ابر رسانا ها در علم الکترونیک

مقدمه ای بر ابر رسانا ها در علم الکترونیک

در این مقاله قصد داریم اصول اولیه ای که در زمینه ابر رسانا ها، عملکرد آن و همچنین کاربردهایی که برای استفاده از ابر رسانا ها در علم الکترونیک مورد نیاز می باشد را در اختیار شما قرار می دهیم. امروزه از ابر رسانا ها در علم الکترونیک در ساخت باتری های قابل شارژ استفاده می شود و این ابزار توانسته اند روش جدیدی برای ذخیره سازی انرژی بر اساس فناوری نانو را به ما ارائه دهند.

برخلاف باتری های معمولی، ابر رسانا ها می توانند در عرض چند ثانیه شارژ شوند و همچنین چرخه شارژ برای ابر رسانا ها در الکترونیک با مقاومت نامحدود همراه می باشد. این دسته از ابزار دارای چگالی بیشتری نسبت به خازن های معمولی دارند ولی چگالی آن ها به نسبت باتری های استانداردی که در محصولات الکترونیکی IoT استفاده می شود، کمتر است.

اگر بخواهیم از دید تئوری به جایگزینی باتری های معمولی با ابر رسانا ها نگاه کنیم، این امر در علم الکترونیک امکان پذیر می باشد. این در حالی است که جایگزینی کل باتری ها نیاز به حجم زیادی از ابر رسانا ها دارد و به دلیل پیشرفت مداوم علم الکترونیک در این زمینه، شاهد آن هستیم که در بازار وسایل و ابزار الکترونیک مانند بخش خودروسازی کشش استفاده از ابر رسانا ها بسیار زیاد است و امکانات جدیدی در صنایع تازه تاسیس شده مانند ذخیره انرژی به صورت شبکه ای به وسیله ابر رسانا ها ارائه شده اند.

ابر رسانا

ابر رسانا ها در علم الکترونیک

منظور از ابر رسانا در علم الکترونیک چیست؟

ابر رسانا که گاها به عنوان SC مخفف کلمه SuperCapacitors نیز شناخته می شود، ابزار الکترونیک شیمیایی هستند که توانایی ذخیره سریع و زیاد بار الکترونیکی را بدون خراب شدن ناشی از عملکرد بالا نشان می دهند. انرژی الکتریکی را با سرعت بالا ذخیره سازی و تامین می کنند.

اگر بخواهیم ساده ترین ابر رسانا ها در علم الکترونیک را معرفی کنیم، این ابزار از دو الکترود و یک الکترولیت درون آن تشکیل می شوند که بارهای الکتریکی در رابط میان الکترود و الکترولیک مرتب شده است و هیچ فرآیندی مبنی بر کاهش اکسیداسیون شیمیایی در آن وجود ندارد. به این دلیل که فرآیند فیزیکی انباشت بار الکتریکی محدود است، مواد باید سطح بالایی داشته باشند تا بار الکتریکی در آن ها ذخیره سازی شود.

ابر خازن ها، خازن های دو لایه ای هستند که ظرفیت بسیار بالا ولی ولتاژ بسیار کمی دارند. ابر خازن ها محدودیت کمتری برای ذخیره شارژ بیشتر در محدوده فاراد هستند و می توانند انرژی بیشتری را به نسبت به خازن های الکترولیتی ذخیره سازی نمایند. ابر خازن ها نشتی بسیار کمی دارند و برای ابزار مختلف که نیاز به برق مابین 1.8 تا 2.5 ولت دارند می توانند کارایی بالایی داشته باشند. عمر این سری از محصولات مابین ده الی بیست سال است و از حدود 8 تا 10 سال کار، حدود بیست درصد از توان کاری خود را از دست می دهند.

به لطف برخورداری این مقاومت سری معادل بسیار کم ESR، ابر رسانا ها جریان های پر بار و امکان شارژ سریع را فراهم می آورند. میکرو ابر رسانا های مورد استفاده در دستگاه MEMES که به صورت خم طراحی شده اند و برای کاربرد های مختلف مانند گجت های پوشیدنی می توانند گزینه ای مناسب باشند. شیشه های مورد استفاده در این ابر رسانا های الکترونیک، حالت جامد دارند و انعطاف پذیری بالایی دارند. همچنین بر اساس سیلیکون و کاغذ تولید می شوند.

زمانی که یک جریان ولتاژ به ابر رسانا اعمال می شود، دو لایه شارژ مجزا روی سطح با فاصله ایجاد شده تولید می شود که نسبت به سایر خازن های قدیمی کوچکتر است و به همین دلیل بیشتر ابر رسانا ها در دنیای الکترونیک به عنوان خازن های برقی دو لایه یا EDLC شناخته می شوند.

ابر رسانا

مقدمه ای بر علم ابر رسانا در الکترونیک

تفاوت مابین ابر رسانا ها و باتری ها چیست؟

باتری ها مدت زمان طولانی در بازار به عنوان ذخیره ساز انرژی استفاده می شده اند. در این قسمت به شما خواهیم گفت که در علم الکترونیک، چگونه می توانیم از خازن های جدید استفاده کنیم؟ در جواب به این سوال باید گفت که اولین مورد، باتری ها به تدریج توانایی شارژ مجدد خود را از دست می دهند و این در حالی است که چرخه خازن های ابر رسانا در علم الکترونیک شارژ و تخلیه بی پایان دارد. دومین مورد، خازن ها به نسبت باتری ها در اینترنت اشیاء مکانیسم تامین انرژی را بر عهده دارند و امکان استفاده از این وسایل قدرتمند برای ذخیره سازی انرژی در یک تراشه (چیپست) الکترونیک، یک نیاز اساسی به شمار می رود. سومین مورد، خازن ها به نسبت باتری ها از مقاومت داخلی بسیار کمتری برخوردار هستند و انرژی آن ها نسبت به باتری ها بیشتر است.

به طور کلی می توان گفت که ابر رسانا ها و میکرو باتری ها دو ابزاری هستند که می توانند این نیازها را برای شما برآورده کنند.

باتری های لیتیوم یون به طور کلی در تمامی دستگاه های الکترونیکی قابل حمل مدرن و همچنین در تمامی اتومبیل های برقی مورد استفاده می باشند. در مورد باتری ها می توان گفت که روند شارژ و تخلیه در این دسته از باتری ها کند است و با گذشت زمان، ترکیبات شیمیایی که در باتری استفاده شده است، باعث کاهش تراکم الکتریک و ظرفیت ذخیره سازی می شود که در علم الکترونیک می تواند بسیار مفید باشد.

ابر رسانا

استفاده از ابر رسانا در علم الکترونیک

اما در این سو یک ابر رسانا از مکانیسم متفاوتی برای ذخیره سازی نیرو استفاده می کند. در ابر رسانا ها، انرژی به صورت الکترو استاتیک در سطح ماده ذخیره سازی می شود و واکنش های شیمایی به این منظور مورد نیاز نمی باشد.

ابر رسانا ها از مکانیسمی متفاوت برای ذخیره سازی انرژی استفاده می کنند. در ابر رسانا ها، انرژی به شکل الکترواستاتیک در سطح ماده ذخیره سازی می شود و واکنش های شیمایی در این روش الکترونیک برای ذخیره سازی انرژی استفاده می شود. هزینه های مربوط به تولید مواد مورد نیاز در مواد ابر رسانایی (مثل گرافن) بیشتر از موادی که برای ساخت باتری های معمولی است نمی باشد.

ابر رسانا

استفاده از ابر رسانا

کاربردهای ابر رسانا ها در الکترونیک

ابر رساناها در علم الکترونیک می توانند راه حلی خوب برای ذخیره سازی انرژی در یک محیط کوچک به شمار روند. همچنین در صورت استفاده از ابر رسانا ها می توانید منبع انرژی کمکی را اضافه کنید و اندازه منبع تغذیه را کاهش می دهد و همچنین عملکرد کلی را بهبود پیدا می کند.

در این قسمت قصد داریم برخی از پروژه هایی که برای ابر رسانا ها می تواند مناسب باشد را برای شما ذکر خواهیم کرد که قطعا برای شما مفید واقع خواهد شد.

ذخیره سازی انرژی و تهیه پشتیبان از داده ها در حافظه در صورت قطع برق

ابر رسانا ها می تواند در دستگاه های IT و سیستم های ارتباطی برای محافظت از محتوای حافظه گزینه ای مناسب باشد. دستگاه های الکترونیک مصرفی و وسایل تکنولوژی و غیره با استفاده از تجهیزات الکترونیک ابر رسانا می توانند نسخه پشتیبان داشته باشند. همچنین این ابزار به عنوان باتری یا منبع تغذیه کوتاه مدت می تواند عملکرد بسیار بالایی داشته باشد.

استفاده از ابر رسانا برای ذخیره سازی انرژی

خودروهای الکترونیک

یکی دیگر از کاربرد های ابر رسانا در علم الکترونیک را می توان در تولید باتری خودروهای الکترونیک دانست. ابر رسانا با محدودیت هایی از قبیل چگالی توان کم و چرخه شارژ و دیشارژ محدود می توانند گزینه ای مناسب برای خودرو ها باشند. همچنین به دلیل دمای بالا و زمان طولانی شارز، گزینه ای بهتر از سایر باتری ها به شمار می روند. هزینه استفاده از ابر رسانا در این صنعت زیاد نیست و باید ترکیبی از دستگاه های ذخیره سازی می تواند گزینه ای مناسب برای این صنعت به شمار رود. افزایش اوج بار در ابر رسانا ها قابل احی است و سیستم ترمز می تواند کارکرد بالاتری با استفاده از ابررسانا داشته باشد.

انرژی های تجدید پذیر

پروژه هایی که در زمینه تولید برق خورشیدی در زمینه الکترونیک انجام می شود، با استفاده از ابر رسانا می تواند با قدرت بالاتری انجام شود. جایگزینی باتری هایی که با استفاده از ابر رسانا تولید نشده است هر سه تا هفت سال یک بار نیاز می شود و این محدودیت با استفاده از باتری های ابر رسانا را از بین می برد. همچنین لازم به ذکر است که راندمان انرژی در این روش افزایش بسیار زیادی پیدا می کند و شما می توانید با خیال راحت از آن استفاده داشته باشید.

ابر رسانا

خازن های ابر رسانا

نتیجه گیری

ابر رسانا ها در الکترونیک می توانند یک فناوری برای ذخیره سازی انرژی باشند که در حال ظهور است. بسیاری از سیستم های الکترونیک از این تکنولوژی در حال حاضر و یا در آینده استفاده خواهند کرد و باتری های لیتیوم یونی در بازار موفق بودند ولی امروز به دلیل تراکز الکتریک و چرخه شارژ کند و تخلیه سریع در حال دادن جایگاه خود به ابر رسانا ها می باشند. این تکنولوژی در حال گسترش بسیار زیادی می باشد و می توان گفت که در آینده ای نه چندان دور می تواند گزینه ای بهتر از سایر ابزارهای امروزی باشند. همچنین در آینده خواهیم دید که ابر رسانا در علم الکترونیک جایگاه مهم تری را به خود خواهد گرفت و می تواند یکی از بهترین گزینه های جایگزین برای انرژی های قدیمی و روش های ذخیره سازی باشد.

پاسخی را بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *