Penjelasan Superkapasitor Kapasitas Serta Konstruksinya

Kapasitor adalah komponen pasif dua terminal, yang banyak digunakan dalam elektronik. Hampir setiap rangkaian yang kita temukan dalam elektronika, menggunakan satu atau lebih kapasitor untuk berbagai penggunaan. 

Kapasitor adalah komponen elektronik yang paling banyak digunakan setelah resistor. Superkapasitor memiliki kemampuan khusus untuk menyimpan energi. Ada berbagai jenis kapasitor yang tersedia di pasaran, namun salah satu yang belakangan ini semakin populer dan menjanjikan penggantian atau alternatif baterai di masa mendatang adalah superkapasitor atau yang juga dikenal dengan ultracapacitors. 

Superkapasitor tidak lain adalah kapasitor berkapasitas tinggi dengan nilai kapasitansi yang jauh lebih tinggi dari kapasitor normal tetapi memiliki batas voltase yang lebih rendah.Superkapasitor dapat menyimpan energi 10 hingga 100 kali lebih banyak per satuan volume atau massa daripada kapasitor elektrolitik, dapat menerima dan mengirimkan muatan jauh lebih cepat daripada baterai, dan mentolerir lebih banyak siklus pengisian-pemakaian daripada baterai yang dapat diisi ulang.

Super kapasitor atau Ultracapacitors adalah teknologi penyimpanan energi baru yang sangat berkembang di zaman modern. Superkapasitor memberikan manfaat industri dan ekonomi yang signifikan

Kapasitansi kapasitor diukur dalam Farad (F), seperti .1uF (mikrofarad), 1mF (milifarad). Namun, sementara kapasitor bernilai lebih rendah cukup umum dalam elektronik, kapasitor bernilai sangat tinggi juga tersedia, yang menyimpan energi dalam kepadatan yang jauh lebih tinggi dan tersedia dalam nilai kapasitansi yang sangat tinggi, mungkin berkisar dalam Farad.

Pada gambar di atas, gambar kapasitor super 1Farad 2,7V yang tersedia secara lokal ditampilkan. Nilai tegangan jauh lebih rendah tetapi kapasitansi kapasitor di atas cukup tinggi.

Manfaat Super-Capacitor atau Ultra-Capacitor

Permintaan Super kapasitor meningkat dari hari ke hari. Alasan utama perkembangan pesat dan permintaan adalah karena banyak manfaat lain dari Super kapasitor, beberapa di antaranya disebutkan di bawah ini:

1. Ini memberikan kehidupan yang sangat baik sekitar 1 juta siklus pengisian daya.
2. Suhu pengoperasian hampir -50 derajat hingga 70 derajat, yang membuatnya cocok untuk digunakan dalam aplikasi konsumen.
3. Kepadatan daya tinggi hingga 50 kali, yang dicapai oleh baterai.
4. Bahan berbahaya, logam beracun bukan merupakan bagian dari proses pembuatan Super Capacitors atau Ultracapacitors yang membuatnya disertifikasi sebagai komponen sekali pakai.
5. Ini lebih efisien daripada baterai.
6. Tidak membutuhkan perawatan dibandingkan dengan baterai.

Superkapasitor menyimpan energi dalam medan listriknya, tetapi dalam kasus baterai, kapasitor menggunakan senyawa kimia untuk menyimpan energi. Selain itu, karena kemampuannya untuk mengisi dan melepaskan dengan cepat, Super kapasitor perlahan memasuki pasar baterai, Cara Kerja Kapasitor Serta Siklus Pengisian dan Pemakaian Kapasitor 

Resistensi internal yang rendah dengan efisiensi yang sangat tinggi, tanpa biaya perawatan, masa pakai yang lebih tinggi adalah alasan utama tingginya permintaan di pasar terkait sumber daya modern.

Energi dan Kapasitas dalam kapasitor

Kapasitor menyimpan energi dalam bentuk Q = C x V. Q berarti Muatan dalam Coulomb, C untuk kapasitansi dalam Farad dan V untuk tegangan dalam volt. Jadi, jika kita meningkatkan kapasitansi, energi yang disimpan Q juga akan meningkat.

Satuan kapasitansi adalah Farad (F) yang dinamai M. Faraday. Farad adalah satuan kapasitansi dalam kaitannya dengan coulomb / volt. Jika kita mengatakan kapasitor dengan 1 Farad, maka itu akan membuat perbedaan potensial 1 volt antara pelatnya tergantung pada muatan 1-coulomb.

1 Farad adalah kapasitor bernilai sangat besar untuk digunakan sebagai komponen elektronik umum. Dalam elektronik, Umumnya, kapasitansi mikrofarad ke Pico farad digunakan. Mikrofarad dilambangkan sebagai uF (1 / 1.000.000.000 Farad atau 10-6F), nano farad sebagai nF (1 / 1.000.000.000 atau 10-9F) dan Pico farad sebagai pF (1 / 1.000.000.000.000 or10-12F)

Jika nilainya menjadi jauh lebih tinggi, seperti mF ke beberapa Farad (Umumnya <10F), berarti kapasitor dapat menahan lebih banyak energi di antara pelatnya, kapasitor itu disebut kapasitor Ultra atau Supercapacitor.

Energi yang disimpan dalam kapasitor adalah E = ½ CV2 Joule. E adalah energi yang tersimpan dalam joule, C adalah kapasitansi dalam Farad dan V adalah beda potensial antar pelat.

Konstruksi Supercapacitor

Supercapacitor adalah perangkat elektrokimia. Menariknya, tidak ada reaksi kimia yang bertanggung jawab untuk menyimpan energi listriknya, karena memiliki konstruksi yang unik, dengan pelat atau elektroda konduktif yang besar, yang letaknya berdekatan dengan luas permukaan yang sangat kecil. 

Konstruksinya sama seperti kapasitor elektrolit dengan cairan atau elektrolit basah di antara elektrodanya. Anda dapat mempelajari tentang berbagai jenis kapasitor di sini.

Superkapasitor bertindak sebagai perangkat elektrostatis yang menyimpan energi listriknya sebagai medan listrik di antara elektroda konduktif.

Elektroda, Merah dan biru, dilapisi dua sisi. Elektroda umumnya terbuat dari karbon grafit dalam bentuk nanotube karbon atau gel atau jenis khusus dari karbon aktif konduktif.

Untuk memblokir aliran elektron yang besar antara elektroda dan melewatkan ion positif, membran kertas berpori digunakan. Membran kertas juga memisahkan elektroda. Seperti yang bisa kita lihat pada gambar di atas, membran kertas berpori terletak di tengah yang berwarna hijau. Elektroda dan pemisah kertas diresapi dengan elektrolit cair. Aluminium foil digunakan sebagai pengumpul arus yang membentuk sambungan listrik.

Pelat pemisah dan luas pelat bertanggung jawab atas nilai kapasitansi kapasitor. Relasi dapat dilambangkan sebagai

Di mana, Ɛ adalah permitivitas material yang ada di antara pelat

A adalah luas pelat

D adalah pemisahan antar pelat

Jadi, dalam kasus superkapasitor, permukaan kontak perlu ditingkatkan, tetapi ada batasannya. Kami tidak dapat menambah bentuk fisik atau ukuran kapasitor. Untuk mengatasi keterbatasan ini jenis elektrolit khusus digunakan untuk meningkatkan konduktivitas antar pelat sehingga meningkatkan kapasitansi.

Superkapasitor juga disebut sebagai kapasitor lapisan ganda. Ada alasan dibaliknya. Pemisahan yang sangat kecil dan luas permukaan yang besar menggunakan elektrolit khusus, lapisan permukaan ion elektrolitik membentuk lapisan ganda. Ini menciptakan dua konstruksi kapasitor, satu di setiap elektroda karbon dan dinamai kapasitor lapisan ganda, Kapasitor Jenis, Fungsi Dan Karakteristik

Konstruksi ini memiliki kekurangan. Tegangan kapasitor menjadi sangat rendah karena tegangan dekomposisi elektrolit. Tegangan sangat tergantung pada bahan elektrolit, bahan tersebut dapat membatasi kapasitas penyimpanan energi listrik dari kapasitor. 

Jadi, karena tegangan terminal rendah, superkapasitor dapat dihubungkan secara seri untuk menyimpan muatan listrik pada level tegangan yang berguna. Karena itu, supecapacitor secara seri menghasilkan tegangan yang lebih tinggi dari biasanya dan secara paralel, kapasitansi menjadi lebih besar. Ini dapat dipahami dengan jelas oleh teknik Konstruksi Array Supercapacitor di bawah ini.

Konstruksi Gabungan Supercapacitor

Untuk menyimpan muatan pada voltase yang dibutuhkan, superkapasitor harus disambungkan secara seri. Dan untuk meningkatkan kapasitansi harus dihubungkan secara paralel.

Mari kita lihat konstruksi larik Supercapacitor.

Pada gambar di atas, tegangan sel satu sel atau kapasitor dilambangkan sebagai Cv, sedangkan kapasitansi sel tunggal dilambangkan sebagai Cc. Kisaran tegangan superkapasitor adalah dari 1V hingga 3V, koneksi seri meningkatkan tegangan dan lebih banyak kapasitor secara paralel meningkatkan kapasitansi.

Jika kita membuat array, tegangan akan menjadi seri

Total tegangan = Tegangan Sel (Cv) x Jumlah baris

Dan kapasitansi secara paralel akan

Kapasitansi total = Kapasitansi Sel (Cc) x (Jumlah Kolom / Jumlah Baris)

Contoh

Kita perlu membuat perangkat penyimpanan cadangan, dan untuk itu dibutuhkan super atau super kapasitor 2.5F dengan peringkat 6V.

Jika kita perlu membuat array menggunakan kapasitor 1F dengan rating 3V, lalu berapakah ukuran array dan jumlah kapasitor?

Tegangan total = Tegangan Sel x Nomor baris

Maka, nomor baris = 6/3

Nomor baris = 2

Berarti dua kapasitor secara seri akan memiliki beda potensial 6V.

Sekarang, kapasitansi,

Kapasitansi total = Kapasitansi sel x (Nomor Kolom / Nomor Baris)

Maka nomor Kolom = (2.5 x 2) / 1

Jadi, kita membutuhkan 2 baris dan 5 kolom.

Mari kita membuat Gabungan superkapasitor,

Total energi yang disimpan dalam larik adalah

Superkapasitor bagus dalam menyimpan energi dan di mana pengisian atau pengosongan cepat. Ini banyak digunakan sebagai perangkat cadangan, di mana catu daya cadangan atau pemakaian cepat diperlukan. Superkapasitor juga digunakan di Printer, mobil dan berbagai perangkat elektronik.

Aji Fitriyan Hidayat

Skill Comes From Within Yourself, Not Other Or Family, So Be Enthusiastic For Yourself.

Bagikan Artikel ini