Proses penyimpanan biaya
kapasitor
melibatkan fenomena polarisasi dalam dielektrik pada tingkat mikro. Ketika tegangan diterapkan pada dua pelat kapasitor, atom atau molekul dalam dielektrik mengalami polarisasi perpindahan atau polarisasi orientasi.
-
Polarisasi perpindahan
-
Dalam dielektrik yang terdiri dari molekul non-polar, seperti hidrogen, metana, dll., di bawah pengaruh medan listrik eksternal, pusat muatan positif dan negatif dalam molekul bergeser relatif satu sama lain, membentuk dipol listrik. Dipol ini disusun searah dengan medan listrik luar, dan muatan polarisasi muncul pada permukaan dielektrik.
-
Polarisasi orientasi
-
Untuk dielektrik yang tersusun dari molekul polar, seperti air, kaca organik, dll., meskipun molekul mempunyai momen dipol listrik yang melekat, tanpa adanya medan listrik eksternal, karena gerakan termal molekul, orientasi listrik momen dipol tidak teratur, dan dielektrik secara keseluruhan netral secara listrik. Ketika medan listrik luar diterapkan, momen dipol listrik molekul polar berubah ke arah medan listrik luar, menghasilkan fenomena polarisasi makroskopis.
Berangkat dari hukum medan listrik Gauss, rumus kapasitansi kapasitor pelat sejajar dapat diturunkan, dimana adalah permitivitas vakum, adalah permitivitas relatif dielektrik, adalah luas lempeng, dan adalah jarak pelat. Rumus ini mencerminkan hubungan antara kapasitansi dan parameter struktural dan material kapasitor.
-
Karakteristik frekuensi rendah
-
Pada frekuensi rendah, nilai kapasitansi kapasitor pada dasarnya tidak berubah dan dapat menyimpan dan melepaskan muatan sesuai dengan nilai kapasitansi statis.
-
Karakteristik frekuensi tinggi
-
Ketika frekuensi meningkat, karena pengaruh parameter parasit kapasitor itu sendiri (seperti induktansi timbal, kapasitansi antar pelat, dll.), nilai kapasitansi ekuivalennya berubah. Untuk kapasitor dengan konstanta dielektrik tinggi, seperti beberapa kapasitor keramik, rugi-rugi dielektrik terjadi pada frekuensi tinggi, sehingga mengakibatkan penurunan nilai kapasitansi.
-
Kehilangan energi
-
ESR menyebabkan panas joule selama proses pengisian dan pengosongan kapasitor, serta hilangnya daya , Di mana adalah arus yang melewati kapasitor. Dalam aplikasi dengan pengisian dan pengosongan arus besar, seperti sistem manajemen daya kendaraan listrik, kapasitor dengan ESR tinggi menghasilkan panas dalam jumlah besar, sehingga mempengaruhi efisiensi dan stabilitas sistem.
-
Dampak pada kinerja sirkuit
-
Di beberapa sirkuit dengan persyaratan integritas sinyal yang tinggi, seperti sirkuit digital kecepatan tinggi dan sirkuit frekuensi radio, ESR memengaruhi bentuk gelombang dan kualitas transmisi sinyal. Kapasitor dengan ESR rendah dapat menyaring riak pada catu daya dengan lebih baik dan menjaga kemurnian sinyal.
-
Kapasitor lapisan ganda listrik (EDLC)
-
Prinsipnya didasarkan pada lapisan ganda yang terbentuk pada antarmuka elektroda-elektrolit. Pada permukaan elektroda, ion-ion dalam elektrolit tertarik secara elektrostatik dan membentuk lapisan muatan yang mirip dengan pelat kapasitor, dan jarak antara dua lapisan muatan sangat kecil (biasanya berskala nano), sehingga nilai kapasitansi yang besar dapat diperoleh dalam jumlah kecil. volume.
-
Kapasitor lapisan ganda listrik memiliki karakteristik seperti kepadatan daya tinggi dan siklus hidup yang panjang, dan dapat digunakan pada saat pengisian dan pengosongan cepat, seperti sistem pemulihan energi start-up dan pengereman bus listrik.
-
Kapasitor semu
-
Mekanisme penyimpanan muatan pseudokapasitor melibatkan reaksi redoks reversibel cepat pada permukaan elektroda. Misalnya, ketika oksida logam transisi (seperti rutenium dioksida) atau polimer konduktif (seperti polianilin) digunakan sebagai bahan elektroda, reaksi redoks terjadi selama proses pengisian dan pengosongan untuk menyimpan dan melepaskan muatan.
-
Kapasitor semu mempunyai kepadatan energi yang lebih tinggi dibandingkan kapasitor listrik lapis ganda, tetapi umur siklusnya relatif pendek. Saat ini, mereka diterapkan di bidang seperti sistem kendaraan hibrida yang dibantu tenaga.
-
Karakteristik struktural
-
MLCC terdiri dari beberapa lapisan dielektrik keramik dan elektroda bagian dalam logam yang ditumpuk dan disinter secara bergantian. Struktur ini dapat mencapai nilai kapasitansi yang besar dalam volume yang kecil dan memiliki karakteristik frekuensi tinggi yang baik.
-
Tantangan teknis dan penerapannya
-
Dengan miniaturisasi dan perangkat elektronik berkinerja tinggi, MLCC perlu berkembang menuju kapasitansi yang lebih tinggi dan kapasitas menahan tegangan yang lebih tinggi. Dalam peralatan stasiun pangkalan komunikasi 5G, MLCC digunakan di sirkuit frekuensi radio, yang mengedepankan persyaratan yang sangat tinggi untuk stabilitas dan keandalan kinerjanya.
-
Kendaraan listrik
-
Kapasitor memainkan peran penting dalam kendaraan listrik. Selain superkapasitor yang digunakan untuk pemulihan energi dan daya tambahan yang disebutkan di atas, dalam sistem manajemen baterai (BMS) kendaraan listrik, kapasitor film digunakan untuk melindungi sirkuit dan mencegah kerusakan komponen elektronik yang disebabkan oleh tegangan tinggi yang dihasilkan selama baterai over - pengisian dan pengosongan berlebih.
-
Penyimpanan energi terbarukan
-
Dalam sistem penyimpanan energi terbarukan seperti energi matahari dan energi angin, kapasitor dapat membentuk sistem penyimpanan energi hybrid dengan baterai dan superkapasitor. Kapasitor dapat dengan cepat merespon perubahan daya beban dan menyediakan atau menyerap energi listrik dalam jumlah besar dalam waktu singkat, sedangkan baterai digunakan untuk penyimpanan energi jangka panjang, sehingga meningkatkan kinerja dan efisiensi seluruh sistem penyimpanan energi.
-
Kontrol dan penggabungan bit kuantum
-
Dalam beberapa skema komputasi kuantum, seperti sistem bit kuantum berdasarkan persimpangan Josephson superkonduktor, diperlukan kontrol yang tepat dan penggandengan bit kuantum. Kapasitor dapat menjadi komponen penting dalam rangkaian bit kuantum superkonduktor, digunakan untuk menyimpan dan mengatur muatan, serta mewujudkan kontrol dan pengoperasian keadaan bit kuantum.
-
Penekanan dekoherensi sirkuit kuantum
-
Dekoherensi sistem kuantum adalah masalah utama yang mempengaruhi keandalan komputasi kuantum. Dengan merancang sirkuit kuantum yang mengandung kapasitor secara rasional, interaksi antara bit kuantum dan lingkungan dapat ditekan sampai batas tertentu, memperpanjang waktu koherensi bit kuantum, dan meningkatkan akurasi dan stabilitas komputasi kuantum.