ابر خازن‌ ها

الکترودهای روکش‌دار دو طرفه از گرافیت کربن به شکل کربن رسانای فعال، نانو لوله‌های کربنی یا ژل‌های کربنی ساخته می‌شوند. یک غشای کاغذی متخلخل به نام جدا کننده، الکترودها را از هم جدا نگه می‌دارد اما اجازه می‌دهد که یون‌های مثبت از آن عبور کنند، در حالی که از عبور الکترون‌های بزرگتر جلوگیری می‌کند. کاغذ جدا کننده و الکترودهای کربنی به الکترولیت مایع آغشته می‌شوند و یک ورق آلومینیومی بین آنها قرار می‌گیرد تا به عنوان جمع کننده جریان عمل کند و یک اتصال برقی به پایه‌های ابر خازن ایجاد می‌کند.

ساختار دو لایه الکترودهای کربنی و جدا کننده ممکن است بسیار نازک باشد، اما سطح موثر آنها در هنگام جمع شدن به هزاران متر مربع می‌رسد. پس برای افزایش ظرفیت ابر خازن، بدیهی است که نیاز به افزایش سطح تماس (A، به m²) بدون افزایش اندازه فیزیکی آن داریم، یا از نوع خاصی از الکترولیت برای افزایش یون‌های مثبت موجود برای افزایش رسانایی استفاده کنیم.

پس ابر خازن‌ها به دلیل داشتن مقدار زیاد ظرفیت خازنی تا صدها فاراد، دستگاه‌های ذخیره انرژی بسیار خوبی هستند. ظرفیت بالای این خازن‌ها، خود به دلیل فاصله (d) بسیار کم بین صفحات و مساحت (A) زیاد الکترودها است، که باعث ایجاد یک لایه از یون‌های الکترولیتی می‌شود و همه اینها، با هم دو لایه تشکیل می‌دهند. این ساختار عملا دو خازن ایجاد می‌کند ، یکی در هر الکترود کربنی که دو خازن را به صورت سری تشکیل می‌دهد و به ابر خازن نام دوم «خازن دو لایه» می‌دهد.

با این حال، مشکل این اندازه کوچک آن است که ولتاژ دو سر خازن تنها می‌تواند بسیار کم باشد، زیرا ولتاژ نامی سلول ابر خازن عمدتا توسط ولتاژ تجزیه الکترولیت تعیین می‌شود. پس یک سلول خازنی معمولی، بسته به الکترولیت مورد استفاده، ولتاژ کاری بین 1V تا 3V دارد، که مقدار انرژی الکتریکی ذخیره شده را محدود می‌کند.

برای ذخیره بار در ولتاژ مناسب، ابر خازن‌ها باید به صورت سری متصل شوند. برخلاف خازن‌های الکترولیتی و الکترواستاتیک، ابر خازن‌ها با ولتاژ ترمینال پایین خود مشخص می‌شوند. به منظور افزایش ولتاژ ترمینال نامی آنها به ده‌ها ولت، همانطور که نشان داده شده، سلول‌های ابر خازنی باید به صورت سری یا موازی متصل شوند تا مقادیر ظرفیت بیشتری داشته باشند.