अतिसंधारित्र
अतिसंधारित्र (supercapacitor (SC)) वे संधारित्र हैं जिनकी धारिता अन्य प्रकार के संधारित्रों की तुलना में बहुत अधिक होती है। अपने इस गुण के कारण इनका उपयोग वहाँ होता है जिसकी ऊर्जा-आवश्यकताएँ विद्युत अपघट्य संधारित्र से अधिक किन्तु तथा पुनर्भरणीय बैटरी (rechargable battery) से कम होतीं है। अतिसंधारित्र अपेक्षाकृत बहुत कम वोल्टेज तक ही आवेशित किये जा सकते है (अथवा उनकी वोल्टता धारण की सीमा कम होती है।) विद्युत-अपघट्य संधारित्रों की तुलना में अतिसंधारित्रों की (प्रति आयतन, या प्रति किलोग्राम) ऊर्जा-संग्रह की क्षमता सामान्यतः १० से १०० गुना तक अधिक होती है। इसके अलावा वे पुनर्भरणीय बैटरी की तुलना में बहुत तेज गति से आवेशित एवं अनावेशित किये जा सकते हैं और उनकी तुलना में बहुत अधिक बार आवेशित-अनावेशित किये जा सकते हैं।[1]
सामान्य संधारित्रों के विपरीत, अतिसंधारित्र किसी पारंपरिक ठोस परावैद्युत (dielectric) का उपयोग नहीं करते हैं, बल्कि वे स्थिरवैद्युत डबल-लेयर कैपेसिटेंस और वैद्युतरासायनिक छद्म-धारिता (pseudocapacitance) का उपयोग करते हैं,[2] ये दोनों ही कैपेसिटर के कुल ऊर्जा भंडारण में योगदान देते हैं।
सुपरकैपेसिटर का उपयोग उन अनुप्रयोगों में किया जाता है जहाँ दीर्घकालिक सघन ऊर्जा भंडारण के बजाय कई तीव्र चार्ज/डिस्चार्ज चक्रों की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिये ऑटोमोबाइल, बसों, ट्रेनों, क्रेनों और एलीवेटर में इनका उपयोग पुनर्योजी ब्रेकिंग (regenerative braking), अल्पकालिक ऊर्जा भंडारण, या अल्प-काल में अधिक ऊर्जा देने के लिए किया जाता है।[3] अतिसंधारित्र के छोटी-छोटी इकाइयों का उपयोग स्टैटिक रैंडम-एक्सेस मेमोरी (SRAM) के लिए पावर बैकअप के रूप में किया जाता है।
अतिसंधारित्र का विकास और अनुसंधान
[संपादित करें]2013 में, व्यावसायिक अनुप्रयोगों के लिए बाजार में उपलब्ध अतिसंधारित्रों का ऊर्जा घनत्व (Energy density) लगभग 6 Wh/kg था, जबकि लिथियम-आयन कैपेसिटर का ऊर्जा घनत्व लगभग 15 Wh/kg था। ऊर्जा घनत्व के ये मान आधुनिक संचायकों (Accumulators/Batteries) के ऊर्जा घनत्व की तुलना बहुत कम थे। अनुसंधान एवं विकास के परिणामस्वरूप इस स्थिति में बहुत परिवर्तन आया है।
विद्युतवाहन और संकर (हाइब्रिड) वाहनों के उभरते हुए बाजार तक पहुँचने के लिए, कई कंपनियाँ और विश्वविद्यालय इनके विकास में लगे हुए हैं।
- अनुसंधान परियोजनाओं के मुख्य उद्देश्य
इन शोध कार्यों का लक्ष्य निम्नलिखित क्षेत्रों में सुधार करना है:
- विशिष्ट क्षमता (Specific Capacity) में वृद्धि : नए नैनोस्ट्रक्चर्ड इलेक्ट्रोड के विकास के माध्यम से।
- छद्म-कैपेसिटेंस (Pseudocapacitance) बढ़ाना : विशेष रूप से तैयार किए गए पोर स्ट्रक्चर (Pore structures) के द्वारा।
- आंतरिक प्रतिरोध में कमी : जिससे शक्ति घनत्व (Power density) को बढ़ाया जा सके।
- सहनशीलता : वोल्टेज और तापमान के प्रति स्थिरता को बढ़ाना।
- रासायनिक स्थिरता : इलेक्ट्रोड की रासायनिक मजबूती में सुधार करना।
- लागत में कमी : उत्पादन में स्वचालन और सस्ते आधारभूत पदार्थों का उपयोग करके।
पिछले कुछ वर्षों में घोषित किए गए कुछ नए विकास यहाँ दिए गए हैं:
| नए विकास का विवरण | तिथि | ऊर्जा घनत्व (पाद टिप्पणी) | शक्ति घनत्व | चक्र (Cycles) | विशिष्ट क्षमता | संकेत/टिप्पणी |
|---|---|---|---|---|---|---|
| उच्च आयन घनत्व के साथ सब-नैनोमीटर विन्यास में ग्राफीन इलेक्ट्रोड | 2013 | 60 Wh/l | बड़े सतह क्षेत्र वाले छिद्रपूर्ण, घनी तरह से पैक किए गए ग्राफीन इलेक्ट्रोड, जो केशिका बलों (Capillary forces) के माध्यम से उच्च आयन घनत्व उत्पन्न करते हैं। | |||
| लंबवत व्यवस्थित कार्बन नैनोट्यूब के साथ इलेक्ट्रोड | 200720092013 | 13,50 Wh/kg | 37,12 W/g | 300 000 | ||
| "सिकुड़ी हुई" (crumpled) एक-आयामी ग्राफीन परतों से बना इलेक्ट्रोड | 2010 | 85,6 Wh/kg | 550 F/g | द्वि-आयामी संरचना वाले ये इलेक्ट्रोड मेसोपोर्स (Mesopores) बनाते हैं जिनमें उच्च छद्म-कैपेसिटेंस होती है। | ||
| विशेष रूप से निर्मित त्रि-आयामी क्रिस्टलीय ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड | 2011 | 85 Wh/kg | >10 000 | 550 F/g | मेसो/मैक्रोपोर्स के साथ त्रि-आयामी क्रिस्टलीय इलेक्ट्रोड संरचना वाला रासायनिक रूप से सक्रिय ग्रेफाइट। | |
| मैक्रो और मेसोपोर्स के साथ सक्रिय ग्राफीन-आधारित कार्बन | 2013 | 74 Wh/kg | ग्राफीन-व्युत्पन्न कार्बन में त्रि-आयामी छिद्र संरचना, जिसमें मेसोपोर्स को मैक्रोपोर्स में एकीकृत किया गया है और जिनका सतह क्षेत्र 3290 m²/g है। | |||
| त्रि-आयामी छिद्रपूर्ण ग्राफीन इलेक्ट्रोड | 2013 | 98 Wh/kg | 231 F/g | सहसंयोजक बंधों (Covalent bonds) वाली एकल-परत मुड़ी हुई ग्राफीन परतों से बनी त्रि-आयामी ग्राफीन-आधारित इलेक्ट्रोड सामग्री। | ||
| SWNT कंपोजिट इलेक्ट्रोड | 2011 | 990 kW/kg | मेसो और मैक्रोपोर्स के स्तर पर एक विशेष छिद्र संरचना के साथ सिंगल-वॉल्ड कार्बन नैनोट्यूब वाला कंपोजिट इलेक्ट्रोड। | |||
| प्रवाहकीय बहुलक (Conductive Polymer) से बना संयुग्मित सूक्ष्म-छिद्रपूर्ण इलेक्ट्रोड | 2011 | 53 Wh/kg | 10 000 | "Aza-Fused π-Conjugated Microporous Framework" एक सूक्ष्म-छिद्रपूर्ण बहुलक (CMP) है, जिसमें इसके द्वि-बंधों में कुछ इलेक्ट्रॉन "इलेक्ट्रॉन क्लाउड" के रूप में स्वतंत्र रूप से घूम सकते हैं, जो उच्च छद्म-कैपेसिटेंस के लिए उपयुक्त है। | ||
| निकल हाइड्रोक्साइड कंपोजिट इलेक्ट्रोड | 2012 | 50,6 Wh/kg | 3300 F/g | असममित (Asymmetric) कंपोजिट इलेक्ट्रोड, जिस पर निकल हाइड्रोक्साइड कार्बन नैनोट्यूब पर नैनो-फ्लेक्स के रूप में जमा होता है, जिसे 1.8V सेल वोल्टेज वाले हाइब्रिड कैपेसिटर के लिए कार्बन इलेक्ट्रोड के साथ जोड़ा जाता है। | ||
| बैटरी इलेक्ट्रोड नैनो-हाइब्रिड कैपेसिटर | 2012 | 40 Wh/l | 7,5 kW/l | 10 000 | Li4Ti5O12 (LTO) कार्बन नैनोफाइबर (CNF) में समाहित, सक्रिय कार्बन के इलेक्ट्रोड के साथ युग्मित। | |
| अंतर्निहित कोबाल्टाइट के साथ कार्बन-एरोजेल कंपोजिट इलेक्ट्रोड | 2012 | 53 Wh/kg | 2,25 kW/kg | 1700 F/g | कार्बन-एरोजेल इलेक्ट्रोड में समाहित सस्ते और पर्यावरण अनुकूल निकल-कोबाल्टाइट (NiCo2O4) नैनो-क्रिस्टल उच्च छद्म-कैपेसिटेंस प्रदान करते हैं। | |
| अंतर्विष्ट (Intercalated) सोडियम के साथ मैंगनीज डाइऑक्साइड कंपोजिट इलेक्ट्रोड | 2013 | 110 Wh/kg | 1000 F/g | उच्च छद्म-कैपेसिटेंस के साथ त्वरित आयन परिवहन के लिए मैंगनीज डाइऑक्साइड इलेक्ट्रोड MnO2 में इलेक्ट्रोकेमिकल रूप से अंतर्विष्ट सोडियम आयन (Na+)। | ||
| "ऑन-चिप" ऊर्जा भंडारण के लिए ग्राफीन-आधारित प्लानर माइक्रो-सुपरकैपेसिटर | 2013 | 2,42 Wh/l | व्यतिकरण आवृत्तियों (Interference frequencies) को अलग करने के लिए सुपरकैपेसिटर संरचनाओं का एकीकरण। | |||
| क्वांटम प्रभाव सुपरकैपेसिटर | 2013 | 480 Wh/kg | क्वांटम सुपरकैपेसिटर के इलेक्ट्रोड में रुटाइल संरचना वाले द्विध्रुवीय धातु ऑक्साइड के बहुत छोटे समूह (नैनोक्लस्टर) होते हैं। ऊर्जा भंडारण क्लस्टरों को इलेक्ट्रॉनों से चार्ज करके किया जाता है, जिसमें टनल प्रभाव का उपयोग होता है। |
उपलब्ध अतिसंधारित्र
[संपादित करें]| निर्माता | संधारित्र का नाम | धारिता (F) | सेल का वोल्टेज (V) | आयतनी ऊर्जा घनत्व (Wh/dm³) | द्रव्यमानी ऊर्जा घनत्व (Wh/kg) | टिप्पणी |
|---|---|---|---|---|---|---|
| APowerCap | APowerCap | 4…550 | 2,7 | – | ≤4,5 | – |
| AVX | BestCap® | 0,05…0,56 | 3,6 | ≤0,13 | – | 20 V तक के मॉड्यूल |
| Cap-XX | Cap-XX | 0,17…2,4 | 2,5 | ≤2,2 | – | – |
| CDE | Ultracapacitors | 0,1…1,0 | 3,6 | – | – | – |
| Cooper | PowerStor | 0,22…3000 | 2,5/2,7 | – | – | 62 V तक के मॉड्यूल |
| Elna | DYNACAPPOWERCAP | 0,047…1500 | 2,5/3,6 | – | – | – |
| Evans | Capattery | 0,001…10 | 5,5…125 | – | – | हाइब्रिड कैपेसिटर |
| Green Tech | Super Capacitor | 2…600 | 2,7/2,8 | – | – | 64 V तक के मॉड्यूल |
| HCC | HCAP | 15…3500 | 2,7 | ≤8,1 | ≤6,8 | – |
| Illinois | Supercapacitor | 0,3…800 | 2,3/2,7 | ≤8,6 | ≤6,6 | – |
| Ioxus | Ultracapacitor | 100…3000 | 2,7 | ≤8,7 | ≤6,4 | 130 V तक के मॉड्यूल |
| JSR Micro | Ultimo | 1100…3300 | 3,8 | ≤20 | ≤12 | ली-आयन कैपेसिटर |
| Korchip | STARCAP | 0,02…400 | 2,5/2,7 | ≤7,0 | ≤6,1 | – |
| LS Mtron | Ultracapacitor | 100…3400 | 2,7/2,8 | – | – | 130 V तक के मॉड्यूल |
| Maxwell | Boostcap® | 1…3400 | 2,2/2,8 | – | ≤6,0 | 160 V तक के मॉड्यूल |
| Murata | EDLC | 0,22…1,0 | 4,2/5,5 | ≤2,7 | ≤3,1 | श्रेणीक्रम में दो सेल |
| NEC Tokin | Supercapacitor | 0,047…200 | 2,7 | – | – | – |
| Nesscap | EDLC,Pseudocapacitor | 3…5050…300 | 2,72,3 | ≤7,1≤12,9 | ≤4,5≤8,7 | 125 V तक के मॉड्यूल |
| Nichicon | EVerCAP® | 1,0…6000 | 2,5/2,7 | – | – | – |
| NCC, ECC | DLCCAP | 350…2300 | 2,5 | – | – | – |
| Panasonic | Goldcap | 0,1…70 | 2,3/2,5 | – | – | 15 V तक के मॉड्यूल |
| Samwha | Green-Cap®ESD-SCAP | 3…7500 | 2,5/2,7 | ≤7,6 | ≤7,0 | – |
| Sech SA | C – कैपेसिटर
M – मॉड्यूल S – सिस्टम |
3...3400 | 3,0 | ≤14 | ≤10 | 522 V तक के मॉड्यूल और >10 MW स्टोरेज सिस्टम,
शक्ति घनत्व (Power density) ≤ 38 kW/kg |
| Skeleton | SkelCap | 250…4500 | 2,85 | ≤14,1 | ≤10,1 | 350 V तक के मॉड्यूल |
| Taiyo Yuden | PAS Capacitor LIC Capacitor | 0,5…200,5…270 | 2,5/3,0 3,8 | – – | – – | छद्म-कैपेसिटर (Pseudocapacitors) ली-आयन कैपेसिटर |
| VinaTech | Hy-Cap | 1,0…500 | 2,3/3,0 | ≤8,7 | ≤6,3 | – |
| Vishay | ENYCAP | 4…90 | 1,4/2,8 | – | ≤3,6 | 8,4 V तक के मॉड्यूल |
| WIMA | SuperCap | 100…3000 | 2,5 | – | – | 28 V तक के मॉड्यूल |
| YEC | Kapton capacitor | 0,5…400 | 2,7 | – | – | – |
| Yunasko | Ultracapacitor | 480…1700 | 2,7 | – | – | 48 V तक के मॉड्यूल |
इन्हें भी देखें
[संपादित करें]सन्दर्भ
[संपादित करें]- ↑ Häggström, Fredrik; Delsing, Jerker (27 November 2018). "IoT Energy Storage – A Forecast". Energy Harvesting and Systems. 5 (3–4): 43–51. डीओआई:10.1515/ehs-2018-0010.
- ↑ Bueno, Paulo R. (28 February 2019). "Nanoscale origins of super-capacitance phenomena". Journal of Power Sources. 414: 420–434. बिबकोड:2019JPS...414..420B. डीओआई:10.1016/j.jpowsour.2019.01.010. hdl:11449/190051.
- ↑ Tehrani, Z.; Thomas, D. J.; Korochkina, T.; Phillips, C. O.; Lupo, D.; Lehtimäki, S.; O'Mahony, J.; Gethin, D. T. (2 January 2017). "Large-area printed supercapacitor technology for low-cost domestic green energy storage". Energy. 118: 1313–1321. बिबकोड:2017Ene...118.1313T. डीओआई:10.1016/j.energy.2016.11.019.