تفاوت باتری و خازن

تفاوت باتری و خازن:
اصلی ترین تفاوت باتری و خازن در این است که باتری با تبدیل انرژی شیمیایی به الکتریکی، انرژی الکتریکی لازم را فراهم می کند.

این در حالی است که خازن، از طریق یک میدان الکترواستاتیک، با جمع شدن بارهای الکتریکی روی دو صفحه آن، انرژی الکتریکی را ذخیره می کند. 

باتری:
همان طور که می دانید، باتری وسیله ای است که به عنوان منبع انرژی در بسیاری از وسایل برقی استفاده می شود.

از آنجایی که یک باتری سالم، ولتاژی ثابت دارد (اختلاف پتانسیل بین قطب مثبت و منفی آن ثابت است)، جریان تولید شده توسط آن نیز ثابت (DC) است. باتری از 3 قسمت عمده کاتد (ترمینال مثبت)، آند (ترمینال منفی) و ماده الکترولیت تشکیل شده است.

یک باتری به واسطه ساختار شیمیایی ماده الکترولیت و جنس کاتد خود، انرژی شیمیایی را ذخیره کرده و در صورت لزوم طی واکنش های شیمیایی کاهش - اکسیداسیون (oxidation-reduction)، آن را تبدیل به انرژی الکتریکی می کند.

در واقع طی واکنش های شیمیایی، یون و الکترون هایی تولید شده که الکترون ها از طریق مدار به سمت ترمینال مثبت باتری می روند.

در این حالت باتری تخلیه یا دشارژ (discharge) می شود. در برخی از باتری ها، این واکنش ها می توانند در جهت عکس انجام شوند که منجر به شارژ باتری می شوند.

شکل (1): نمایی از یک باتری 1.5 ولت

به یاد داشته باشید که جهت واقعی الکترون ها (جریان الکتریکی) از ترمینال منفی به ترمینال مثبت باتری است. اما به صورت قراردادی در تحلیل مدارهای الکتریکی، جهت جریان را از ترمینال مثبت باتری خارج می کنند. 

خازن:
همان طور که مشاهده کردید، خازن ساختاری لایه ای است که بین لایه ها هوا یا ماده دی الکتریک وجود دارد. در ساده ترین حالت خازن را تخت با دو صفحه موازی زیر را در نظر بگیرید.

شکل (2): فیزیک خازن تخت (صفحه موازی)

با قرار دادن خازن در یک مدار که توسط منبع ولتاژ (نظیر باتری) تغذیه می شود، جریان از خازن تا هنگامی که ولتاژ دو سر خازن با ولتاژ منبع تغذیه برابر شود، عبور خواهد کرد (جریان را DC در نظر بگیرید). به عبارت دیگر، خازن پر شده اجازه عبور جریان الکتریکی را نمی دهد.

البته با فرض اینکه ظرفیت خازن به مقداری باشد که ولتاژ آن بتواند با ولتاژ باتری برابر شود. به یاد داشته باشید که عامل شارش بار الکتریکی یا جریان، اختلاف پتانسیل است.

در این حالت بار های ذخیره شده روی دو صفحه خازن، انرژی الکتریکی را در شکل میدان الکترواستاتیک ذخیره می کنند.

حال با قرار دادن خازن پر شده در یک مدار، بار روی صفحات آن به مدت زمان دشارژ خازن از طریق مدار جریان می یابند. 

شکل (3): نمایی از خازن های مختلف تجاری

با توجه به مطالب فوق، می توان گفت که مهم ترین تفاوت باتری و خازن در چگونگی ذخیره انرژی الکتریکی است.

ابرخازن:
ابرخازن ها که به Super Cap یا Ultra Capacitor نیز معروف هستند، خازن هایی بوده که همانند باتری ها ترمینال های مثبت و منفی داشته که از ظرفیت بسیاری بالایی علی رغم ولتاژ پایین برخوردار هستند. غالباً ظرفیت ابرخازن ها از 100 فاراد تا 12000 فاراد در ولتاژهای پایین 2.5 تا 2.7 ولت است.

شکل (4): نمایی از یک ابرخازن (Ultra Cap) با ظرفیت 2600 فاراد و ولتاژ 2.7 ولت

ابرخازن ها را می توان ساختاری بین باتری و خازن در نظر گرفت که سریع تر از باتری ها شارژ می شوند و در واحد حجم یکسان ظرفیتی بیشتر از خازن های الکترولیتی دارند.