Süper Kapasitör Nedir, Ne İşe Yarar?

Süper kapasitör, bir diğer adıyla SC, yüksek performansa sahip elektriği etkisini düşürmeden hızlı bir şekilde depolayabilen elektrokimyasal özellikteki cihazlardır. Yapısındaki en basit hâliyle iki elektrot ve bir elektrolitten oluşur. Bünyesinde biriktirebileceği yük sınırlı olduğundan dolayı daha fazla elektrik yükünü biriktirmek için yüksek yüzey alanına ihtiyacı vardır. Kapasitörlere kıyasla süper kapasitörler, işlevlerini sağlamak için daha fazla fayda aralığına sahiptir. Bu özellik, onun enerjiyi daha fazla depolamasını sağlar.

Süper Kapasitör Nedir?

Çift katman özellikli veya ultra kapasitör özellikli olarak bilinen süper kapasitörler, diğer türlerine göre daha fazla enerji depolayabilme özelliğine sahiptir. Sisteminde, süper iletken bobin içinde akan elektrik akımı sonucunda meydana gelen enerjinin manyetik alan içinde depolanması olayıdır. İletkenler içinde; süper iletken özellikli bobinler, soğutmayı sağlayan cihaz ve enerji dönüştürücü sistemler bulunur. Elektrik yükleri, elektrot ve elektrolitler aracılığıyla taşınır. Fiziksel olarak birikim yükleri sınırlı olmasından dolayı geniş yüzey alanına ihtiyaçları vardır. Yüzey alanının fazla olmasının yanında boyut problemlerini karşılayacak özelliklere ihtiyaçları vardır.

Orantılı olarak daha fazla enerji sağlamak amacıyla, kullanılan dielektrik malzemelerin büyüklüğü de zorunlu olarak artmasını gerektirir. Bu sayede çalışma verimlilikleri maksimum kapasitede olacaktır. Diğer kapasitörlerden farklı olarak süper kapasitörlerin daha yüksek kapasite özelliği bulunmaktadır. İçerisinde bulunan farad (F) alanıyla büyük miktarda enerji depolar. “Süper kapasitör nedir?” sorusu ve cevabı için ek olarak 1,7 V ile 2,7 V arasında yapılan uygulamalar için uygun çalışma sağladığı da söylenebilir. Yüksek verimlilikte çalışabilecekleri ömür ortalama 7-10 yıl arasında değişiklik göstermektedir. Kısa sürede çok yüksek miktarda enerji depolayıp boşaltabilen bir enerji depolama cihazı “Süper kapasitör ne işe yarar?” sorusuna da yanıt olabilir. Genellikle hızlı şarj-deşarj gereken yerlerde, bataryalara destek olarak kullanılır. Elektrikli araçlar, yenilenebilir enerji sistemleri ve elektronik cihazlarda enerji takviyesi sağlamak için süper kapasitör, özellikleri gereği tercih edilir.

Günümüzde, ticari olarak kullanılmak üzere geliştirilen elektrokimyasal süper kapasitörlerin çoğunda, 2,5 V veya 2,8 V hücre voltaj özelliğine sahip normal düzeydeki elektrolitler kullanılmaktadır. Tüm elektrokimyasal özellikteki elektrolit ve elektrotların arasındaki çalışmalar, ara yüzey durumunu, aktif malzemelerin yapısındaki iç yüzeyi ve elektrot-elektrolit yapısını önemli ölçüde etkilemektedir. Yüksek performans amaçlayan bu cihazların kullanımı için elektrolit seçimi çok önemlidir.

Elektrolitler; sıvı form elektrolitleri, katı hâl veya yarı katı hâl elektrolit, redoks aktif elektrolit olarak üçe ayrılır. Bu elektrolitleri seçerken güç yapısı ve yoğunluğu, enerji yoğunluğu ve kapasitesine odaklanmak gerekir. Bunun yanı sıra seçilen değerdeki eşdeğer direnç, yapının ne şekilde direnç gösterdiği/direnç gösterme süresi gibi noktalara dikkat edilmelidir.

Süper Kapasitörlerin Kondansatörlerden Farkı

Süper kapasitörle kondansatörler arasındaki en büyük farklılık, bazılarının yüksek bazılarının ise düşük sıcaklıklarda çalışıyor olmasıdır. Özelliklerine göre değişen bu farklar, -40 ile -50 derece arasında bile çalışma imkânı sağlarken bazılarının ise +70 derecelerde bile çalışmasını sağlamaktadır. Süper kapasitörler, gözenek yapısının kontrol edilebilir olması, korozyona karşı dirençli yapısı, geniş yüzey alanı, yüksek iletkenlik sağlaması ve kompozit malzemelerle uyumlu olması gibi özellikleriyle diğer kondansatörlerden ayrılır. Bozulma riskini en aza indirmesi sayesinde de yine süper kapasitörler kondansatörlerden ayrılmaktadır. Çok kez gerçekleşen şarj ve deşarj süresi içerisinde çalışmayı durdurmadan devam ederler. Ayrıca içerisinde zararlı kimyasallar bulunmadığı için diğer pillere oranla çevreye etkileri daha azdır. Hibrit araçlar, rejeneratif özellikteki fren sistemi, enerji depolama uygulamaları ve tepe yük arttırıcılar olmak üzere pek çok alanda kullanılmasıyla yine farklılık gösterir.

Süper Kapasitörlerin Kullanım Alanları

Sağladıkları güçlü şarj ve deşarjla pek çok elektronik üründe pil yerine kullanılmaktadır. Yüksek güç gerektiren özellikle dizüstü bilgisayarların, telefonların bellek cihazlarında ana malzeme olarak kullanılmaktadır. Ani elektrik kesintilerinde yaşanabilecek voltaj düşüklüğünü gidermek amacıyla yedek güç görevinde kullanılabilir. Doğal kaynaklardan sağlanabilecek yenilenebilir enerji kaynaklarının depolaması aşamasında kullanılabilir. Piezoelektrik ve termoelektrik gibi sistemlerden sağlanan enerjiyi depolamak için kullanılabilir. Akıllı su sayaçlarında başta güvenlik ve uzun ömürlü güç kaynağı oluşturmak için kullanılabilir. Tornavidaların elektronik olanlarında, UPS güç kaynaklarında, flaş LED ışıklarında, cep telefonlarında, televizyon ve bilgisayarlarda kullanılabilmesi “Süper kapasitörler nerelerde kullanılır?” sorusu için bir cevap olabilir.

Yenilenebilir Enerji Sistemlerinde Süper Kapasitörün Kullanımı

Süper kapasitörler, içerisinde çalışmasını destekleyecek herhangi bir kimyasal madde bulundurmadığından dolayı çevreye zararlı bir atık oluşturmazlar, bu sebeple çevre dostudur. Kimyasal bulunmaması sonucunda reaksiyon yaşanmayacağından, özellikle süper kapasitör batarya çeşitlerinde zararlı toksinler ve ağır metaller oluşmaz.
Büyük sahalarda inşa edilecek enerji santrallerinde; yeraltı termal enerji depolama, basınçlı hava enerji depolama ve hidroelektrik enerji depolama sistemlerinde süper kapasitörlerin kullanımı önemli avantajlar sağlayacaktır. Bu üç sistemde de süper kapasitör kullanımı, kaybedilen enerjinin orantılı olmasında yarar sağlayacaktır.
Süper kapasitörlerin sunduğu avantajlar nedeniyle son dönemde bu alandaki çalışmalar hız kazanmıştır. Küresel enerjinin dönüşümü ile birlikte, sürdürülebilir boyutlara taşınmasıyla süper kapasitörlerde yapılan projelerin sağladığı avantajlar göz önünde bulundurularak projelerin yıllar içerisinde daha da artış göstermesi hedeflenmektedir.