Süper Kapasitör: Piller ve kapasitörler arasındaki boşluğu kapatmak

By Fouad Sabry

Süper kapasitör Nedir?

Ultra kapasitör olarak da bilinen bir süper kapasitör (SC), elektrolitik kapasitörler ve şarj edilebilir piller arasındaki boşluğu dolduran yüksek kapasiteli bir kapasitördür. Diğer kapasitörlerden önemli ölçüde yüksek bir kapasitans değerine sahiptir, ancak diğer kapasitörlere göre daha düşük voltaj limitlerine sahiptir. Pillerden çok daha hızlı emebilir ve şarj verebilir ve şarj edilebilir pillerden çok daha fazla şarj ve deşarj döngüsüne dayanabilir. Genel olarak, elektrolitik kapasitörlere göre birim hacim veya kütle başına 10 ila 100 kat daha fazla enerji depolar.

Nasıl Yararlanacaksınız

(I) Insights, ve aşağıdaki konularla ilgili doğrulamalar:

Bölüm 1: Süper kapasitör

Bölüm 2: Lityum-iyon pil

Bölüm 3: Şarj edilebilir pil

Bölüm 4: Çinko-hava pili

Bölüm 5: Kapasitör türleri

Bölüm 6: Akış pili

Bölüm 7: Kapasitör

8. Bölüm: Nanopiller

Bölüm 9: Nanodot

Bölüm 10: Kağıt pil

Bölüm 11: Çift katmanlı (yüzey bilimi)

Bölüm 12: Lityum-iyon kapasitör

Bölüm 13: Nanotop piller

Bölüm 14: Lityum-hava pili

Bölüm 15: Karbür türevli karbon

Bölüm 16: Sözde kapasitör

Bölüm 17: Çinko-seryum pil

Bölüm 18: Alüminyum iyon pil

Bölüm 19: Sözde kapasitans

Bölüm 20: Çift katmanlı kapasitans

Bölüm 21: Lityum iyon pillerle ilgili araştırma

(II) Yanıtlama süper kapasitör hakkında en çok sorulan sorular.

(III) Süper kapasitörlerin birçok alanda kullanımına ilişkin gerçek dünyadan örnekler.

(IV) Kısaca açıklayan 17 ek, 266 gelişmekte olan teknoloji her endüstrinin 360 derece süper kapasitör teknolojisi anlayışına sahip olması.

Bu Kitap Kimler İçin

Profesyoneller, lisans ve lisansüstü öğrenciler, meraklılar, hobi sahipleri , ve herhangi bir tür süper kapasitör için temel bilgilerin veya bilgilerin ötesine geçmek isteyenler.

• Language: Türkçe
• Publisher: Bir Milyar Bilgili [Turkish]
• Release date: Nov 10, 2022

Book preview

Telif hakkı

Supercapacitor Telif Hakkı © 2022 Fouad Sabry tarafından. Tüm Hakları Saklıdır.

Tüm hakları saklıdır. Bu kitabın hiçbir bölümü, yazarın yazılı izni olmaksızın, herhangi bir biçimde veya bilgi depolama ve alma sistemleri de dahil olmak üzere herhangi bir elektronik veya mekanik yolla çoğaltılamaz. Bunun tek istisnası, bir incelemede kısa alıntılar yapabilen bir hakem tarafından yapılır.

Fouad Sabry tarafından tasarlanan kapak.

Bu kitap bir kurgu eseridir. İsimler, karakterler, yerler ve olaylar ya yazarın hayal gücünün ürünleridir ya da kurgusal olarak kullanılır. Gerçek kişilere, yaşayan veya ölülere, olaylara veya mekanlara herhangi bir benzerlik tamamen tesadüfidir.

Bonus

[e-mail] adresine Supercapacitor: Bridging the gap between batteries and capacitors konu satırını içeren bir e-posta gönderebilirsiniz ve bu kitabın ilk birkaç bölümünü içeren bir e-posta alacaksınız.

Fouad Sabry

1BK web sitesini ziyaret edin

www.1BKOfficial.org

Önsöz

Bu kitabı neden yazdım?

Bu kitabı yazma hikayesi 1989 yılında İleri Düzey Öğrenciler Ortaokulu'nda öğrenciyken başladı.

Şu anda birçok gelişmiş ülkede mevcut olan STEM (Bilim, Teknoloji, Mühendislik ve Matematik) Okulları gibidir.

STEM, öğrencileri dört özel disiplinde (bilim, teknoloji, mühendislik ve matematik) disiplinlerarası ve uygulamalı bir yaklaşımla eğitme fikrine dayanan bir müfredattır. Bu terim genellikle okullarda bir eğitim politikasını veya müfredat seçimini ele almak için kullanılır. İşgücünün gelişimi, ulusal güvenlik endişeleri ve göç politikası üzerinde etkileri vardır.

Kütüphanede, her öğrencinin herhangi bir kitabı seçmekte ve 1 saat boyunca okumakta özgür olduğu haftalık bir ders vardı. Sınıfın amacı, öğrencileri eğitim müfredatı dışındaki konuları okumaya teşvik etmektir.

Kütüphanede, raflardaki kitaplara bakarken, 5 bölümden oluşan toplam 5.000 sayfalık devasa kitaplar fark ettim. Kitapların adı Teknoloji Ansiklopedisi, etrafımızdaki her şeyi tarif eden,yarı iletkenlere mutlak sıfır, o zamanlar hemen hemen her teknoloji, renkli illüstrasyonlar ve basit kelimelerle anlatıldı. Ansiklopediyi okumaya başladım ve tabii ki haftalık 1 saatlik derste bitiremedim.

Bu yüzden babamı ansiklopediyi satın almaya ikna ettim. Babam hayatımın başında benim için tüm teknoloji araçlarını, ilk bilgisayarı ve ilk teknoloji ansiklopedisini satın aldı ve her ikisinin de kendim ve kariyerim üzerinde büyük etkisi oldu.

Tüm ansiklopediyi bu yılın aynı yaz tatilinde bitirdim ve sonra evrenin nasıl çalıştığını ve bu bilgiyi günlük sorunlara nasıl uygulayacağımı görmeye başladım.

Teknolojiye olan tutkum 30 yıldan daha uzun bir süre önce başladı ve hala yolculuk devam ediyor.

Bu kitap, okuyuculara lisedeyken yaşadığım aynı şaşırtıcı deneyimi verme girişimim olan Gelişen Teknolojiler Ansiklopedisi nin bir parçası, ancak 20. yüzyıl teknolojileri yerine, 21.  yüzyılın gelişmekte olan teknolojileri, uygulamaları ve endüstri çözümleriyle daha çok ilgileniyorum.

Gelişen Teknolojiler Ansiklopedisi 365 kitaptan oluşacak, her kitap tek bir gelişen teknolojiye odaklanacak. Gelişmekte olan teknolojilerin listesini ve endüstriye göre kategorize edilmelerini kitabın sonundaki Çok Yakında bölümünde okuyabilirsiniz.

365 kitap, okuyuculara bir yıllık süre içinde her gün gelişen tek bir teknoloji hakkındaki bilgilerini artırma şansı veriyor.

Giriş

Bu kitabı nasıl yazdım?

Yükselen Teknolojiler Ansiklopedisinin her kitabında, insanların zihinlerinden anında, ham arama içgörüleri elde etmeye çalışıyorum, ortaya çıkan teknoloji hakkındaki sorularını cevaplamaya çalışıyorum.

Her gün 3 milyar Google araması var ve bunların% 20'si daha önce hiç görülmedi. İnsanların düşüncelerine doğrudan bir çizgi gibidirler.

Bazen bu 'Kağıt sıkışmasını nasıl gideririm' şeklindedir. Diğer zamanlarda, yalnızca Google ile paylaşmaya cesaret edebilecekleri can sıkıcı korkular ve gizli özlemlerdir.

Süper Kapasitör hakkında kullanılmayan bir içerik altın madeni fikri keşfetme arayışımda, Google gibi arama motorlarından otomatik tamamlama verilerini dinlemek için birçok araç kullanıyorum, ardından insanlar Süper Kapasitör anahtar kelimesi etrafında soruyorlar.

İnsanların içgörüsü olan bir altın madeni, taze, ultra yararlı içerik, ürün ve hizmetler oluşturmak için kullanabilirim. Sizin gibi nazik insanlar gerçekten istiyor.

İnsan aramaları, insan ruhunda şimdiye kadar toplanan en önemli veri kümesidir. Bu nedenle, bu kitap canlı bir üründür ve tıpkı sizin ve benim gibi, bu yeni ortaya çıkan teknolojiyi merak eden ve bu konuda daha fazla bilgi edinmek isteyen insanlar tarafından sorulan Süper Kapasitör hakkındaki yeni sorular için giderek daha fazla cevapla sürekli güncellenmektedir.

Bu kitabı yazmanın yaklaşımı, insanların Süper Kapasitör etrafında nasıl arama yaptıklarını, kafamın tepesinden düşünmeyeceğim soruları ve sorguları ortaya çıkardıklarını ve bu soruları süper kolay ve sindirilebilir kelimelerle cevapladıklarını daha derin bir anlayış seviyesine getirmek ve kitapta basit bir şekilde gezinmektir.

Bu yüzden, bu kitabı yazmaya gelince, mümkün olduğunca optimize edilmiş ve hedeflenmiş olmasını sağladım. Bu kitabın amacı, insanların Süper Kapasitör hakkındaki bilgilerini daha iyi anlamalarına ve büyütmelerine yardımcı olmaktır. İnsanların sorularını mümkün olduğunca yakından cevaplamaya ve çok daha fazlasını göstermeye çalışıyorum.

İnsanların sahip olduğu soruları ve sorunları keşfetmenin ve onlara doğrudan cevap vermenin ve kitabın içeriğine içgörü, onaylama ve yaratıcılık eklemenin harika ve güzel bir yoludur - hatta sahalar ve teklifler. Kitap, başka türlü ulaşamayacağım zengin, daha az kalabalık ve bazen şaşırtıcı araştırma taleplerini ortaya çıkarıyor. Hiç şüphe yok ki, bu yaklaşımı kullanarak kitabı okuduktan sonra, potansiyel okuyucuların zihinlerinin bilgisini arttırması beklenmektedir.

Bu kitabın içeriğini her zaman taze kılmak için benzersiz bir yaklaşım uyguladım. Bu yaklaşım, arama dinleme araçlarını kullanarak insanların zihinlerini dinlemeye bağlıdır. Bu yaklaşım bana şu konularda yardımcı oldu:

Okuyucularla tam olarak bulundukları yerde tanışın, böylece bir akor vuran ve konuya daha fazla anlayış kazandıran alakalı içerik oluşturabilirim.

Parmağımı sıkıca nabızda tutun, böylece insanlar bu gelişmekte olan teknoloji hakkında yeni yollarla konuştuklarında güncellemeler alabilir ve zaman içindeki eğilimleri izleyebilirim.

İçeriğin alaka düzeyini artıran ve kazanan bir avantaj sağlayan beklenmedik içgörüleri ve gizli nişleri keşfetmek için ortaya çıkan teknoloji hakkında cevaplara ihtiyaç duyan soruların gizli hazinelerini ortaya çıkarın.

Bu kitabı yazmak için yapı taşı aşağıdakileri içerir:

(1) Okuyucuların istediği içerikle ilgili cesaret ve tahminde bulunmak için zaman harcamayı bıraktım, kitap içeriğini insanların ihtiyaç duyduğu şeylerle doldurdum ve spekülasyonlara dayanan sonsuz içerik fikirlerine veda ettim.

(2) İnsanların okumak istedikleri ve bilmek istedikleri şeylere - gerçek zamanlı olarak - ön sıralarda yer almak için sağlam kararlar aldım ve daha az risk aldım ve hangi konuların dahil edileceği ve hangi konuların hariç tutulacağı konusunda cesur kararlar almak için arama verilerini kullandım.

(3) Günlerce ve hatta haftalarca zaman kazanmak için bireysel görüşleri manuel olarak elemek zorunda kalmadan içerik fikirlerini tanımlamak için içerik üretimimi kolaylaştırdım.

İnsanların sadece sorularını cevaplayarak bilgilerini basit bir şekilde artırmalarına yardımcı olmak harikadır.

Bu kitabın yazma yaklaşımının harmanlandığı ve okuyucular tarafından arama motorlarında sorulan önemli soruları izlediği için benzersiz olduğunu düşünüyorum.

Teşekkür

Bir kitap yazmak düşündüğümden daha zor ve hayal edebileceğimden daha ödüllendirici. Bunların hiçbiri prestijli araştırmacılar tarafından tamamlanan çalışmalar olmadan mümkün olmazdı ve halkın bu gelişen teknoloji hakkındaki bilgisini artırma çabalarını kabul etmek isterim.

Özveri

Aydınlanmışlara, olayları farklı gören ve dünyanın daha iyi olmasını isteyenlere göre, statükoya veya mevcut devlete düşkün değiller. Onlarla çok fazla aynı fikirde olmayabilirsiniz ve onlarla daha da fazla tartışabilirsiniz, ancak onları görmezden gelemezsiniz ve onları küçümseyemezsiniz, çünkü her zaman bir şeyleri değiştirirler ... insan ırkını ileriye doğru iterler ve bazıları onları çılgın veya amatör olarak görürken, diğerleri dahi ve yenilikçiler olarak görür, çünkü dünyayı değiştirebileceklerini düşünecek kadar aydınlanmış olanlar, bunu yapan ve insanları aydınlanmaya yönlendirenlerdir.

Epigraf

Ultrakapasitör olarak da bilinen süper kapasitör (SC), elektrolitik kapasitörler ve şarj edilebilir piller arasındaki boşluğu dolduran yüksek kapasiteli bir kapasitördür. Diğer kapasitörlerinkinden önemli ölçüde daha yüksek bir kapasitans değerine sahiptir, ancak diğer kapasitörlerden daha düşük voltaj sınırlarına sahiptir.  Pillerden çok daha hızlı bir şekilde emebilir ve şarj verebilir ve şarj edilebilir pillerden çok daha fazla şarj ve deşarj döngüsüne dayanabilir. Genel olarak, birim hacim veya kütle başına elektrolitik kapasitörlerden 10 ila 100 kat daha fazla enerji depolar.

İçindekiler

Telif hakkı

Bonus

Önsöz

Giriş

Teşekkür

Özveri

Epigraf

İçindekiler

Bölüm 1: Süper Kapasitör

Bölüm 2: Lityum-iyon pil

Bölüm 3: Şarj edilebilir pil

Bölüm 4: Çinko hava pili

Bölüm 5: Vanadyum redoks pil

Bölüm 6: Kondansatör tipleri

Bölüm 7: Kondansatör

Bölüm 8: Nanopiller

Bölüm 9: Lityum demir fosfat

Bölüm 10: Kağıt pil

Bölüm 11: Çift katmanlı (yüzey bilimi)

Bölüm 12: Lityum-iyon kapasitör

Bölüm 13: Lityum-iyon piller için nanomimariler

Bölüm 14: Lityum hava pili

Bölüm 15: Karbür türevi karbon

Bölüm 16: Psödokapasitör

Bölüm 17: Çinko seryum pil

Bölüm 18: Alüminyum iyon pil

Bölüm 19: Psödokapasitans

Bölüm 20: Çift katmanlı kapasitans

Bölüm 21: Lityum-iyon pillerde araştırma

Epilogue

Yazar Hakkında

Çok yakında

Ekler: Her Sektörde Gelişen Teknolojiler

Bölüm 1: Süper Kapasitör

Ultrakapasitör olarak da bilinen süper kapasitör (SC), elektrolitik kapasitörler ve şarj edilebilir piller arasındaki boşluğu dolduran yüksek kapasiteli bir kapasitördür. Diğer kapasitörlerinkinden önemli ölçüde daha yüksek bir kapasitans değerine sahiptir, ancak diğer kapasitörlerden daha düşük voltaj sınırlarına sahiptir. Pillerden çok daha hızlı bir şekilde emebilir ve şarj verebilir ve şarj edilebilir pillerden çok daha fazla şarj ve deşarj döngüsüne dayanabilir. Genel olarak, birim hacim veya kütle başına elektrolitik kapasitörlerden 10 ila 100 kat daha fazla enerji depolar.

Uzun süreli kompakt enerji depolaması yerine birçok hızlı şarj/deşarj döngüsü gerektiren uygulamalar süper kapasitörlerden yararlanır. Bu uygulamalar arasında otomobiller, otobüsler, trenler, vinçler ve asansörler bulunur ve burada rejeneratif frenleme, kısa süreli enerji depolama veya patlama modu güç dağıtımı için kullanılırlar. Süper kapasitörler, birçok hızlı şarj/deşarj döngüsü gerektiren uygulamalarda da kullanılır. Statik rastgele erişimli belleğin güç yedeklemesi daha kompakt bileşenlerden (SRAM) oluşur.

Her ikisi de kapasitörün toplam kapasitansına katkıda bulunan elektrostatik çift katmanlı kapasitans ve elektrokimyasal psödokapasitans, ikisi arasında birkaç fark ile, geleneksel katı dielektrik kullanan sıradan kapasitörlerin aksine süper kapasitörlerde kullanılır. Bunun yerine, süper kapasitörler elektrostatik çift katmanlı kapasitans ve elektrokimyasal psödokapasitans kullanır:

Elektrostatik çift katmanlı kapasitörlerin (EDLC'ler) elektrostatik çift katmanlı kapasitansı, elektrokimyasal elektrotların elektrokimyasal psödokapasitansından çok daha büyüktür. EDLC'ler, bir iletken elektrotun yüzeyi ile bir elektrolit arasındaki temasta bir Helmholtz çift katmanı içinde yük ayrımının elde edilmesi olan karbon elektrotları veya türevlerini kullanır.

Yükün ayrılması, tipik bir kapasitörden çok daha az önemli olan birkaç ångströms (0.3-0.8 nm) mertebesindedir.

Elektrokimyasal psödokapasitörler, çift katmanlı kapasitansa ek olarak büyük düzeyde elektrokimyasal psödokapasitansa sahip metal oksit veya iletken polimer elektrotlar kullanır. Bu elektrotlar elektrokimyasal psödokapasitörlerde kullanılır. Psödokapasitans, redoks işlemleri, interkalasyon veya elektrosorpsiyonun yanı sıra Faradaik elektron yükü-transfer işlemi ile oluşturulabilir.

Lityum-iyon kapasitör gibi hibrit kapasitörlerde kullanılan elektrotlar, biri çoğunlukla elektrostatik kapasitans ve diğeri öncelikle elektrokimyasal kapasitans gösteren çeşitli özelliklere sahiptir. Hibrit kapasitörler, lityum-iyon kapasitör gibi cihazlarda kullanılır.

Elektrolit tarafından iki elektrot arasında iyonik iletken bir bağlantının oluşturulması, bu kapasitörleri, elektrotlar ve elektrolit arasında her zaman bir dielektrik tabakaya sahip olan geleneksel elektrolitik kapasitörlerden ayırır ve elektrolit olarak bilinen madde, örneğin, MnO2 veya iletken polimer, gerçekte katot olarak adlandırılan ikinci elektrotun bir bileşenidir.  veya daha kesin bir ifadeyle, pozitif elektrot).

Süper kapasitörlerde asimetrik elektrotların kullanılması, cihazların polarize bir yüke sahip olmasına veya simetrik elektrotlar için üretim sırasında bir voltaj uygulanmasına neden olur.

Çift katmanlı ve psödokapasitans modellerinin geliştirilmesi bulunabilir (çift katmanlı (interfasiyal) model hakkında daha fazla bilgi için burayı kontrol edin).

1950'lerin başından itibaren, General Electric mühendisleri kapasitörlerin tasarımında gözenekli karbon elektrotlarla deneyler yapmaya başladılar. Bu, yakıt hücreleri ve şarj edilebilir piller üzerindeki önceki çalışmalarından doğal bir ilerlemeydi. Bir elektrik iletkeni olmasının yanı sıra, aktif kömür, önemli miktarda yüzey alanına sahip olan özellikle gözenekli ve süngerimsi bir karbon türüdür. Gözenekli karbon elektrotlu alçak gerilim elektrolitik kapasitörü 1957 yılında H. Becker tarafından icat edildi. Enerjinin, elektrolitik kapasitörlerin yüklerini kazınmış folyoların gözeneklerinde nasıl tuttuğuna benzer şekilde, karbonun gözeneklerinde bir yük olarak tutulduğu izlenimi altındaydı. Enerji depolaması için kullanıldığında bileşende neler olup bittiği tam olarak anlaşılamamıştır, ancak inanılmaz derecede büyük bir kapasiteye yol açmaktadır. Çift katmanlı mekanizmayı bilmediği için bunu o zamanki patentte belirtti.

Başlangıçta, General Electric bu iş kolunu takip etmedi. 1966'da deneysel yakıt hücresi tasarımları üzerinde çalışırken, Standard Oil of Ohio'daki (SOHIO) araştırmacılar, elektrik enerjisi depolama sistemi olarak bilinen bileşenin başka bir versiyonunu ürettiler.

Erken elektrokimyasal kapasitörlerde, elektrotlar aktif karbon ile kaplanmış iki alüminyum folyo tabakasından oluşuyordu. Bu elektrotlar bir elektrolit içine batırıldı ve ince bir gözenekli yalıtım tabakası ile birbirinden ayrıldı. Bu tasarımın sonucu, aynı büyüklükteki elektrolitik kapasitörlerden çok daha büyük olan bir farad mertebesinde olan bir kapasitansa sahip bir kapasitördü. Bu temel mekanik tasarım, elektrokimyasal kapasitörlerin çoğunun temeli olarak hizmet etmeye devam etmektedir.

SOHIO, keşiflerini ticarileştirmemeyi seçti, bunun yerine bulguları 1978'de süper kapasitörler olarak ticarileştiren NEC'ye lisansladı. Bunlar, bilgisayar belleği için yedek güç sağlamak üzere tasarlanmıştır. SOHIO fikirlerini ticarileştirmedi. Süper kapasitörü, kısmen Helmholtz çift tabakasında ve kısmen de elektrot ve elektrolit arasında elektron ve protonların yük transferi olan psödokapasitans ile faradaik reaksiyonların bir sonucu olarak elektrik yükünü depoladı. Bu mekanizmaların her ikisi de elektrik yükünün genel olarak depolanmasına katkıda bulunmuştur. Redoks süreçleri, interkalasyon ve elektrosorpsiyon, psödokapasitörlerin işleyişini oluşturan üç mekanizmadır (bir yüzeye adsorpsiyon). Conway'in çalışması, elektrokimyasal kapasitörler hakkındaki bilgi birikiminin genişlemesine önemli ölçüde katkıda bulundu.

Pazar kademeli olarak büyüdü. 1978 civarında Panasonic, Goldcaps markasını pazarlamaya başladı ve bu da bunun değişmesine neden oldu. Birinci nesil EDLC'lerin deşarj akımı, hücrelerin nispeten yüksek iç direnci ile sınırlandırılmıştır. SRAM yongalarına güç sağlamak veya verileri yedeklemek gibi düşük akım gerektiren uygulamalar bunlardan yararlandı.

Kapasitans değerleri, elektrot malzemelerindeki gelişmeler sayesinde 1980'lerin kuyruk sonunda yükseldi. Aynı zamanda, gelişmiş iletkenliğe sahip elektrolitlerin geliştirilmesi, şarj / deşarj akımlarını arttırdı. Bu mümkündü çünkü eşdeğer seri direnci (ESR) azaldı. 1982 yılında, Pinnacle Araştırma Enstitüsü (PRI), askeri uygulamalarda kullanmak amacıyla düşük iç dirence sahip ilk süper kapasitörü üretti. Bu süper kapasitörler PRI Ultracapacitor markası altında satıldı. Bu çalışma 1992 yılında Maxwell Laboratuvarları tarafından ele alındı ve sonunda Maxwell Technologies oldu. PRI, Maxwell'in ultrakapasitör terimini aldığı kaynaktı; Maxwell, güç uygulamalarında kullanımlarını vurgulamak için bu cihazları Boost Caps olarak yeniden adlandırdı.

Araştırmacılar, elektrolitin parçalanma voltajını yükseltmek için bir araç arıyorlardı, çünkü kapasitörlerde depolanabilecek enerji miktarı, voltajın karesiyle orantılı olarak büyüyordu. David A. Evans, 1994 yılında yüksek voltajlı tantal elektrolitik kapasitörün anodunu kullanarak Elektrolitik Hibrit Elektrokimyasal Kapasitör ü icat etti. Bu kondansatör 200 volt kapasiteye sahipti. Fahiş üretim masrafları nedeniyle, yalnızca sınırlı askeri amaçlar için kullanılabilirler.

Son teknolojik gelişmelerden biri, lityum-iyon kapasitörlerin kullanılmasıdır. 2007 yılında Fujitsu'nun FDK'sı bu hibrit kapasitörlerin geliştirilmesinde öncü olmuştur. Pili oluşturmak için önceden katkılı bir lityum-iyon elektrokimyasal elektrodu elektrostatik karbon elektrot ile karıştırırlar. Bu kombinasyon sonucunda kapasitans değeri artar. Ek olarak, ön doping prosedürü, birlikte spesifik enerjide daha da büyük bir artışa katkıda bulunan daha düşük bir anot potansiyeli ve yüksek bir hücre çıkış voltajı getirir.

Birçok farklı kuruluş ve kolejdeki araştırma departmanları, döngü istikrarı, spesifik enerji ve spesifik güç gibi nitelikleri arttırmanın yanı sıra üretim maliyetlerini düşürmeye de aktif olarak çalışmaktadır.

Süper kapasitörler olarak da bilinen elektrokimyasal kapasitörler, iyon geçirgen bir membrandan yapılmış bir ayırıcı ve her iki elektrotu iyonik olarak birbirine bağlayan bir elektrolit ile fiziksel olarak ayrılan iki elektrottan oluşur. Uygulanan bir voltaj elektrotları polarize eder ve bu, elektrolitteki iyonların, elektrotlarınkine zıt polaritelere sahip elektrik çift katmanları oluşturmasına neden olur. Örneğin, pozitif polarize elektrotlar, elektrot / elektrolit arayüzünde bir negatif iyon tabakasına ve ayrıca negatif tabakaya adsorbe olan pozitif iyonların yük dengeleyici bir tabakasına sahip olacaktır. Bunun nedeni, pozitif polarize elektrotların net bir pozitif yüke sahip olmasıdır. Öte yandan, negatif polarize elektrot tam tersi bir davranış gösterir.

Ek olarak, elektrot malzemesi ve yüzey şekli, bazı iyonların çift katmandan geçip geçemeyeceğini, tam olarak adsorbe edilmiş iyonlara dönüşüp dönüşemeyeceğini ve psödokapasitans olarak bilinen işlem yoluyla süper kapasitörün genel kapasitansına katkıda bulunup bulunamayacağını etkileyebilir.

İki elektrot, iki ayrı kapasitör C 1 ve C2'den oluşan bir seri devre oluşturur.

Toplam kapasitans Ctoplamı formülle verilir

C_{\text{total}}={\frac {C_{1}\cdot C_{2}}{C_{1}+C_{2}}}

Süper kapasitörlerdeki elektrotlar düzende simetrik veya asimetrik olabilir.

Elektrotlar simetrik ise, her ikisi de aynı kapasitans değerine sahip olmalı ve her bir elektrotun değerinin yarısı kadar toplam kapasitans vermelidir (C 1 = C 2 ise, C toplam = 1 /2 C 1).

Asimetrik kapasitörler söz konusu olduğunda, toplam kapasitans, daha küçük kapasitanslı elektrotun kapasitansı olarak alınabilir (C 1 >> C2 ise, C toplam ≈  C2).

İki katmanlı etki, elektrik enerjisini depolamak için elektrokimyasal kapasitörler tarafından kullanılır; Bununla birlikte, bu çift katman, yükleri etkili bir şekilde ayırmak için geleneksel bir katı dielektriğe sahip değildir. Bir elektrokimyasal kapasitör, elektrotların elektrik çift katmanında iki farklı depolama prensibine sahiptir ve bu depolama prensiplerinin her biri, kapasitörün genel kapasitansına katkıda bulunur:

Çift katmanlı kapasitans, bir Helmholtz çift katmanında yük ayrımı elde edilerek gerçekleştirilebilecek elektrik enerjisinin elektrostatik depolanmasını ifade eder.

Psödokapasitans, yük transferi ile faradaik redoks reaksiyonları ile gerçekleştirilen elektrik enerjisinin elektrokimyasal depolanmasıdır.

Ölçüm yöntemleri, iki kapasitans arasında ayrım yapmanın tek yoludur. Her depolama prensibinin kapasitansı büyük ölçüde değişebilse de, bir elektrokimyasal kapasitörde depolanabilecek yük miktarı öncelikle elektrot boyutuyla orantılıdır. Bu, elektrokimyasal kondansatörün birim voltaj başına önemli miktarda yük depolayabilmesine rağmen.

Her elektrokimyasal kapasitör, elektrolit yoluyla iyonik olarak birbirine bağlanan iki elektrot içerir. Bu elektrotlar mekanik olarak bir ayırıcı ile birbirlerinden ayrılır. Elektrolit, su gibi bir sıvı içinde çözünmüş pozitif yüklü ve negatif yüklü iyonların bir kombinasyonudur. İki elektrot yüzeyinin her biri, sıvı elektrolitin elektrotun iletken metalik yüzeyi ile temas ettiği bir alan için başlangıç noktası görevi gören bir bölgeye sahiptir. Bu arayüz, çözünmeyen katı elektrot yüzeyi ve bitişik bir sıvı elektrolit gibi maddenin iki ayrı fazı arasında paylaşılan bir sınır oluşturur. Bu fazlardan biri elektrot yüzeyi, diğeri ise elektrolittir. İki katman etkisi olarak bilinen son derece benzersiz bir fenomen, tam burada bu arayüzde gerçekleşir.

Bir elektrokimyasal kapasitöre bir voltaj uygulandığında, kapasitörün elektrotlarının her ikisinin de elektriksel çift katmanlar oluşturmasına neden olur. Bu çift katmanlar iki farklı yük katmanından oluşur: bir elektronik katman elektrotun yüzey kafes yapısında bulunabilir ve zıt polariteye sahip olan diğeri elektrolitteki çözünmüş ve çözünmüş iyonlardan ortaya çıkar. Bu katmanların her ikisi de zıt kutuplara sahiptir. Tek katmanlı bir çözücü molekülü veya çözücü olarak su durumunda su molekülleri, iki seviye arasında bir ayırıcı görevi görür; Bu tek katmanlı iç Helmholtz düzlemi (IHP) olarak adlandırılır. Solvent molekülleri, fiziksel adsorpsiyon olarak bilinen bir işlemle elektrotun yüzeyine yapışır. Bunu yaparken, zıt polarize iyonları birbirlerinden ayırırlar ve bir tür moleküler dielektrik olarak kavramsallaştırılabilirler. İşlem boyunca elektrot ve elektrolit arasında yük değişimi olmadığından, yapışmaya kimyasal bağlar değil, elektrostatik kuvvetler gibi fiziksel kuvvetler neden olur. Adsorbe edilen moleküller polarize edilir, ancak elektrolit ve elektrot arasında yük transferi olmadığından, herhangi bir kimyasal değişikliğe uğramamışlardır.

Elektrotta bulunan yük miktarı, dış Helmholtz düzleminde (OHP) bulunan karşı yüklerin seviyesine eşdeğerdir. Bu çift katmanlı fenomen, elektrik yüklerini depolayarak tipik bir kapasitör ile aynı işlevi görür. Çift katman üzerindeki yük, IHP'deki çözücü moleküllerin moleküler tabakasında statik bir elektrik alanı oluşturur. Bu alanın büyüklüğü, uygulanan voltajın yoğunluğu ile orantılıdır.

Sadece tek bir molekülün kalınlığına sahip olmasına rağmen, çift katman geleneksel bir kapasitördeki dielektrik tabakanınkine benzer bir işlevi yerine getirir. Bu nedenle, geleneksel plaka kapasitörlerinin kapasitansını hesaplamak için kullanılan formül bu kapasitörler için de kullanılabilir:

C=\varepsilon {\frac {A}{d}} .

Buna göre, C kapasitansı, yüksek geçirgenlik ε, elektrot plakaları A'nın yüksek yüzey alanlarına ve d plakaları arasında kısa bir mesafeye sahip malzemelerden yapılan kapasitörlerde en iyisidir.

Sonuç olarak, Çift katmanlı kapasitörlerin kapasitans değerleri, aktif karbon elektrotlarının son derece geniş yüzey alanından ve Debye ölçeğinin uzunluğuna göre birkaç ångströms (0.3-0.8 nm) mertebesindeki son derece ince çift katmanlı mesafeden kaynaklanan normal kapasitörlerinkinden çok daha büyüktür.

iyonik uzay yükünün kapasitansının bir sonucu olarak.

Bu nedenle, karbon elektrot nanoyapılarının kuantum kapasitansındaki bir artışın, SC'lerin kapasitans yoğunluğundaki müteakip bir artışa bağlanabileceği olasılığı vardır.

Elektrot boyutu, her voltaj birimi için bir elektrokimyasal kapasitörde depolanabilecek yük miktarını belirleyen birincil faktördür. Enerjinin çift katmanlar halinde elektrostatik depolanması, depolanan yüke göre doğrusaldır ve adsorbe edilen iyonların konsantrasyonuna karşılık gelir. Bunun nedeni, depolanan yükün, depolanan enerji miktarıyla orantılı olmasıdır. Ek olarak, geleneksel kapasitörlerde yük elektronlar yoluyla aktarılırken, çift katmanlı kapasitörlerde kapasitans, elektrolitteki iyonların sınırlı hareket hızı ve elektrotların dirençli gözenekli yapısı ile ilgilidir. Bu, geleneksel kapasitörlerde yükün aktarılma şeklinin aksinedir. Elektrot veya elektrolit içinde hiçbir kimyasal reaksiyon gerçekleşmediğinden, elektrik çift katmanlarının şarj edilme ve boşaltılma kapasitesi teorik olarak sınırsızdır. Gerçek süper kapasitörlerin ömrünü kısaltabilecek tek şey, elektrolit buharlaşmasının etkisidir.

Bir elektrokimyasal kapasitörün terminallerine bir voltaj uygulandığında, elektrolit iyonları karşı polarize elektrota taşınır. Bu işlem, iki katman arasında bir ayırıcı görevi gören tek bir çözücü molekülü tabakası ile çift katman oluşturur. Elektrolitten bazı adsorbe edilmiş iyonlar çift tabakadan geçerse psödokapasitans ortaya çıkabilir. Bu psödokapasitans, elektrik enerjisini, elektrik çift katmanlı bir elektrokimyasal kapasitörde uygun elektrotların yüzeyinde geri dönüşümlü faradaik redoks reaksiyonları yoluyla depolar.) sadece bir ücret transferinin gerçekleşmesi nedeniyle.

Redoks elektrot reaktifinin orbitalleri olarak da bilinen değerlik elektron durumları, faradaik işlemlerle uğraşan elektronların taşındığı veya taşındığı yerdir. Negatif elektroda girerler ve daha sonra dış devre üzerinden pozitif elektrota akarlar, burada eşit miktarda anyon ile gelişen ikinci bir çift katman bulurlar. Çift tabakayı oluşturan anyonlara iletilmek yerine, pozitif elektrota ulaşan elektronlar, elektrotun yüzeyinde bulunan yoğun iyonize ve elektrona aç geçiş metali iyonlarında kalır. Bunun bir sonucu olarak, faradaik psödokapasitansın depolama kapasitesi, erişilebilir yüzeyde bulunan reaktif miktarının yetersizliği nedeniyle kısıtlanmıştır.

Tüm psödokapasitans reaksiyonları sadece çözücü kabukları ile çözülmüş iyonlardan çok daha küçük olan çözünmüş iyonlarla gerçekleştiği için, faradaik bir psödokapasitans sadece statik bir çift katmanlı kapasitans ile birlikte ortaya çıkabilir. Büyüklüğü, elektrotun doğasına ve yapısına bağlı olarak, aynı yüzey alanı için çift katmanlı kapasitansın değerini 100 kat aşabilir. Bunun nedeni, bir farada Bazı sınırlı sınırlamalar içinde, psödokapasitans miktarının doğrusal bir işlevi takip etmesidir. Bu sınırlar, adsorbe edilen anyonlar tarafından elde edilen potansiyel bağımlı yüzey kaplaması derecesi ile belirlenir.

Elektrotların redoks reaksiyonları, interkalasyon veya elektrosorpsiyon kullanarak psödokapasitans etkileri elde etme kabiliyeti, elektrot gözeneklerinin şekline ve çapına ek olarak, elektrot malzemelerinin elektrot yüzeyinde adsorbe edilen iyonlara kimyasal afinitesine büyük ölçüde bağlıdır.

Psödokapasitörlerde elektrot olarak kullanılmak üzere redoks davranışı sergileyen malzemeler, elektrot  malzemesinin polianilin veya politiofen türevleri gibi iletken polimerlerle kaplanmasının yanı sıra, aktif karbon gibi iletken elektrot malzemesine doping ile yerleştirilen RuO 2, IrO 2 veya MnO2 gibi geçiş metal oksitlerdir.

Bir psödokapasitansta tutulabilecek elektrik yükü miktarı, ona uygulanan voltaj miktarı ile doğru orantılıdır. Farad, psödokapasitans için ölçü birimidir.

Elektrostatik kapasitörler olarak da bilinen geleneksel kapasitörler, dielektrik bir madde ile ayrılan iki elektrottan oluşur. Geleneksel kapasitörlere örnek olarak seramik kapasitörler ve film kapasitörleri verilebilir. Şarj edildikten sonra, enerji elektrotlar arasında bulunan dielektriğe nüfuz eden statik bir elektrik alanında tutulur. Toplam enerji, biriken yük miktarı ile orantılıdır, bu da plakalar arasında