خازن به جای باتری می‌شود یا نمی‌شود؟

خازن بهتر است یا باتری ؟ مسأله این است.

خازن به جای باتری میشود یا نمیشود؟

ما محصولی الکترونیکی حاوی خازن و قطعات الکترونیک دیگر داریم که میشود به جای باتری موتور سیکلت بسته شود:

الف – جایگزین باتری موتور سیکلت مدل ساده تک خازن

ب - جایگزین باتری موتور سیکلت مدل دوبل (دو خازن)

به مناسبت این محصول ابتکاری و نیز اطلاعات علمی و مهندسی دیگر در سایت کنترل پایا ، مکررا پرسش‌هایی درباره استفاده از خازن یا مدارات خازنی به جای باتری داشته‌ایم. لذا بر آن شدم چند کلمه در این باره بنویسم.

همانطور که احتمالا در کتابها یا درسهای مدرسه و دانشگاه خوانده اید، انرژی الکتریکی در خازن ذخیره میشود.

خازَن، انباره یا کاپاسیتور (به انگلیسی: Capacitor ) وسیله‌ای الکتریکی است که قابلیت ذخیره بار الکتریکی (و بنابراین انرژی الکتریکی) را دارد.

باتری یا پیل الکتریکی هم وسیله ای برای ذخیره انرژی الکتریکی است. البته باتری ها در دو دسته اصلی هستند: قابل شارژ و غیرقابل شارژ

اطلاعات فنی درباره باتری Battery و انواع باتری

انتخاب و خرید انواع باتری قابل شارژ

باتریها عیوب و مشکلاتی دارند. عمر باتریها محدود است و پس از مدتی باید تعویض شوند. غالبا باتری حاوی مواد شیمیایی خاص مضر و گران قیمت است. باتری ها به محیط زیست آسیب میزنند.

لطفا باتریهای مصرف شده را از زباله های دیگر تفکیک کنید تا جداگانه بازیافت شوند.

در همان زمان تحصیل به این فکر افتادم که آیا میشود از خازن به جای باتری استفاده کنیم؟

زمانی که دانشجوی مهندسی برق الکترونیک بودم ( یعنی دهه 1370 شمسی - 1990 میلادی ) ، به این موضوع فکر میکردم. در آن زمان مقادیر ظرفیت خازنهای موجود در بازار قطعات الکترونیک، کم بود. بیشترین مقدار ظرفیت یک خازن که یادم میاید وجود داشت، 6800 میکروفاراد بود یعنی کمتر از هفت هزارم فاراد. انرژی چنین خازنی را که حساب میکردم مقدار بسیار کمی بود و به نظر میرسید فاصله خیلی زیادی با باتری دارد. بیایید مقدار انرژی ذخیره شده در خازن را محاسبه کنیم و با مقدار آن در باتری مقایسه کنیم:

مقدار انرژی ذخیره شده در خازن 6800 میکروفاراد با ولتاژ 12 ولت:

E= ½ CV2

E = 0.5 * 0.0068 * 12 * 12 = 0.4896 J

یعنی کمتر از نیم ژول کل انرژی الکتریکی ذخیره شده در خازن است که اگر تخلیه شود از 12 ولت به صفر میرسد.

اما ظرفیت ذخیری انرژی در یک باتری خودروی معمولی 12 ولت 60 آمپر-ساعت :

E = 60 * 12 * 3600 = 2,592,000 J

همانطور که می بینید ، تفاوت از زمین تا آسمان است. نیم ژول کجا و دو و نیم میلیون ژول کجا؟ اگر پنج میلیون عدد از آن خازنها با هم موازی شوند میتوانند انرژی معادل این یک باتری را ذخیره کنند.

سوپر خازن یا ابر خازن عموما به خازنهایی با ظرفیت بسیار بالا که در محدوده فاراد قرار میگیرند گفته میشود. در سالهای گذشته ظرفیت خازن ها عموما بصورت پیکو فاراد ، نانو فاراد ، میکرو فاراد در ابعاد و رنجهای مختلف عرضه می‌شد. با رشد تکنولوژی و فن آوری روز، ساخت خازنهایی با ظرفیتهای بسیار بالاتر در محدوده ی فاراد محقق شده است.

بیایید حساب کنیم چه خازنی میتواند همان مقدار انرژی الکتریکی را در خود ذخیره کند.

C = 2 E / V2

C = 2 * 2,592,000 / 144 = 36000 F

ابرخازن 3000 فاراد محصولی از LS کره :

قیمت این خازن در حال حاضر حدود دو میلیون تومان است (با دلار 50 هزار تومانی).

فارغ از ولتاژ قابل تحمل خازن، دست کم 12 عدد خازن 3000 فاراد لازم داریم. اما اگر ولتاژ را هم لحاظ کنیم، پنج خازن باید سری شوند که ظرفیت یک پنجم می‌شود پس عدد ۲۵ برابر می‌شود.

۲۵ * ۱۲ = ۳۰۰

قیمت یک مجموعه حاوی حدود ۳۰۰ ابرخازن به علاوه اتصالات و مدارات مناسب سری موازی کردن خازن‌ها و مدارات شارژ و دشارژ و محافظت خازنها چیزی در حدود ۷۰۰ میلیون تومان براورد می‌شود. پس هنوز هم خیلی گران قیمت تر از باتری است.

به نظر شما صرف می‌کند؟ برای چه کارهایی صرف می‌کند؟

اما مزایای این باکسهای ابرخازنی نسبت به باتریهای قابل شارژ فعلی:

• اتلاف انرژی کمتر
• مقاومت داخلی کمتر
• جریان دهی لحظه ای بسیار بالا
• عمر بیشتر
• وزن کمتر
• تحمل دمای بالاتر و پایین تر

کاربردهای باکس های ابرخازنی:

یو پی اس های کوچک

خودروهای برقی

انرژی خورشیدی و انرژی های تجدیدپذیر دیگر

تثبیت ولتاژ و ذخیره موقت انرژی در مدارها و سیستمهای مختلف اطلاعاتی امنیتی کامپیوتری

در خبرها آمده‌است که شرکت بزرگ تولیدکننده خودروهای برقی "تسلا" چند سال پیش در روند پیشرفت خود تکنولوژی ساخت ابرخازن‌ها را از ماکسول خرید و پس از آن کل شرکت ماکسول را خرید؛ اما همچنان در خودروهای خود از باتری‌هایی خاص استفاده می‌کند.

لطفا اگر دانشی یا تجربه و ایده ای مستند در این زمینه دارید، دریغ نفرمایید.