(ساختار و ساختمان نانو ابر خازن ها) بر پایه نانو الکترونیک ۱۰۰ برابر بار بیشتری نسبت به انواع الکترولیت در حجم مساوی ذخیره

نکته : یکی از فناوریهایی، که در سالهای اخیر رشد چشمگیری داشته و میتواند در آینده نزدیک منشا تحول در صنایع مختلف از جمله نانو الکترونیک شود، فناوری ساخت ابرخازنها است. میتوان گفت ابرخازن نوعی واسط بین خازنهای الکترولیت و باتری های قابل شارژ است.

ساختار و ساختمان  نانو ابر خازن ها بر پایه  نانو الکترونیک 100 برابر بار بیشتری نسبت به انواع الکترولیت در حجم مساوی ذخیره کنند و با سرعت بسیار بیشتری نسبت به باتری شارژ و تخلیه شوند. البته هنوز این خازنها تا 10 برابر بار کمتری نسبت به بعضی انواع باتری در حجم مساوی ذخیره میکنند باتوجه به این ویژگیها، ابرخازنها در مواردی، که نیاز به دفعات مکرر شارژ و تخلیه باشد، سرعت شارژ بالا موردنیاز باشد و یا نیاز به تخلیه ناگهانی بار باشد، مورد استفاده قرار میگیرند.(تاکنون مصرف عمده آنها در صنایع الکترونیک به عنوان پشتیبان برای حافظه های SRAM بوده است.)نانو الکترونیک طرحواره ای از یک ابر خازن در نشان داده شده است. ایده اصلی برای رسیدن به ظرفیت بالای خازنی کاهش فاصله بارهای مثبت و منفی در خازن است. طراحی این خازنها به گونهای است که ضخامت لایه دیالکتریک در آنها از یک یا چند ملکول تجاوز نمیکند. نانو لایه دیالکتریک حایل بین بارهای مثبت و منفی است که ضخامت بسیار ناچیزی دارد. و نانو ماده  هم الکترولیتی است که حاوی یونهای مثبت و منفی است. با قراردادن پتانسیل بین الکترودهای خازن، یونهای منفی به سمت الکترود مثبت و یونهای مثبت به سمت الکترود منفی حرکت میکنند. نهایتا دو خازن، که به صورت سری به هم وصل شده اند، به دست میآید

نانو ساختارهای پشتیبان (حافظه های چند کاربردی SRAM) ساخت تراشه های حافظه ای از جنس نانولوله های کربنی میباشد، اگر چه کشف نانو لوله های کربنی کوچک اما بسیار مقاوم، انعطاف پذیر و رسانا با ابعادی در حد رشته های DNA بوده است و استفاده از مولکولهای آلی ریز شبه کلروفیلی به جای خازن های ذخیره بار در تراشه های حافظه از نوع DRAM و SRAM ،جذب کند. نانو بلورها  که کاربرد آن موجب افزایش طول عمر حافظه های فلش خواهد شد. و توسعه ی نوعی ماده مغناطیسی که براساس پروتئین فریتین (Ferritin) ساخته شده و  در ساخت دیسک درایو و تراشه های حافظه به کار خواهد رفت.تولید و ساخت حافظه ها یکی از بزرگترین بخشهای صنعتی است اما با مشکلات فنی متعددی نیز مواجه است؛ مشکلاتی از قبیل نشت بار از خازن، ساختارهایی با پیچیدگی فزآینده و نیز حساسیت به خطاهای جزئی ناشی از پرتوهای کیهانی. وجود چنین مشکلاتی سبب میشود تا سازندگان تراشه نتوانند بیش از این ابعاد تراشه های خود را کاهش دهند. مسائل قابل توجه دیگری که در این زمینه وجود دارد، عبارتند از تراشه های SRAM مربوط به سلولهای بزرگ حافظه، مشکل قراردادن DRAM و حافظه فلش در کنار تراشه های منطقی و کندی زمان دسترسی به حافظه فلش و پایداری محدود آن است.میزان خواص الکتریکی در مواد جامد (نانو ابرخازن ها) بسیار متنوع است. بر اساس میزان مقاومت (نانو ابرخازن ها) در مقابل عبور جریان الکتریکی، مواد مختلف را می توان به دسته های رسانا، نیمه رسانا و عایق دسته بندی کرد. این در حالی است که در ابر رسانا ها ساز و کار متفاوتی برای هدایت الکترون ها وجود دارد.رسانایی الکتریکی یک (نانو ابرخازن ) را می توان به تعداد الکترون های آزادی که تحت تاثیر یک میدان الکتریکی خارجی آزادانه در ماده حرکت می کنند و همچنین موبیلیته (Mobility) که معیاری از توانایی و سرعت حرکت الکترون های آزاد است ، نسبت داد.

به دلیل نیاز به اجرای نیروی منبسط، نانو ابرخازن ها به عنوان یک گزینه در مقایسه با ابزارهای ذخیره سازی انرژی الکتریکی سنتی به وجود می آیند.نانو ابرخازن ها، که علاوه بر آن فوق خازن ها یا نانو خازن های الکتروشیمیایی نامیده می شوند، به این ترتیب به عنوان منابع سوخت امیدوار کننده ای با نرخ آزادسازی شارژ سریع حیرت انگیز به وجود می آیند.شارژ سریع حیرت انگیز به وجود می آیند. برای بهبود اجرای نیرو (قابلیت سرعت بالا) ایجاد شده است، آنها هنوز به نقاط قطع ذاتی مشابهی وابسته هستند. 

نانو ابر خازن ها، که علاوه بر آن فوق خازن ها یا خازن های الکتروشیمیایی نامیده می شوند، به این ترتیب به عنوان منابع سوخت امیدوارکننده ای با نرخ آزادسازی شارژ سریع حیرت انگیز به وجود می آیند. باتری ذرات لیتیوم برای بهبود اجرای نیرو (قابلیت سرعت بالا) ایجاد شده است، آنها هنوز به نقاط قطع ذاتی مشابهی وابسته هستند. نانو ابر خازن ها، که علاوه بر آن فوق خازن ها یا خازن های الکتروشیمیایی نامیده می شوند، به این ترتیب به عنوان منابع سوخت امیدوارکننده ای با نرخ آزادسازی شارژ سریع حیرت انگیز به وجود می آیند.برخلاف خازن های دی الکتریک که انرژی را به عنوان بار الکتریکی جدا شده ذخیره می کنند.

نانو ابر خازن ها انرژی را به صورت الکترواستاتیکی با پلاریزه کردن یک محلول الکترولیتی ذخیره می کنند. هنگامی که یک ولتاژ در کاتدهای مثبت و منفی یک ابرخازن اعمال می شود، ذرات موجود در الکترولیت به آندهایی با بار مخالف کشیده می شوند. بارهای معکوس در سطح مشترک بین سطح قوی ترمینال و الکترولیت سیال در ریز منافذ کاتدها جدا می شوند و یک "لایه دوگانه الکتروشیمیایی" استثنایی ایجاد می کنند. انرژی بر این اساس به عنوان پارتیشن شارژ بین لایه دوگانه کنار گذاشته می شود. نانو لوله های کربنی با توجه به ویژگی های منحصربه فردشان، ماده امیدوار کننده ای برای نانو ابر خازن های پیشرفته هستند. به طور خاص، استفاده از نانو لوله ها برای ساخت کاتد های نانو ابر خازن می تواند ضخامت نیرو و عملکرد نانو ابر خازن ها را در مقایسه با خازن های دی الکتریک معمولی افزایش دهد. سازندگان تکنیک های مختلفی را برای توسعه نانو ابر خازن ها با استفاده از مواد نانو ساختار توضیح می دهند و علاوه بر این، مزایای این نوع تخیلی ذخیره انرژی را نمودار می کنند.در خازن های دی الکتریک ورق مسطح مرسوم، ظرفیت خازن برعکس به جدا شدن بین الکترودها بستگی دارد. جالب توجه است که ظرفیت یک ابر خازن به جدا شدن بین شارژ ترمینال و شارژ متقابل در الکترولیت بستگی دارد، که بسیار کم تر از خازن دی الکتریک است. پس از آن، خازن های فوق العاده ظرفیت بسیار زیادی دارند. در مجموع، ظرفیت نانو ابر خازن ها چندین برابر خازن های دی الکتریک استاندارد است. منحنی های جریان در مقابل ولتاژ  وسیله ای برای طبقه بندی حالت ذخیره سازی شارژ فراهم می کنند. معمولا یک (نانو ابر خازن)  مستقل از پتانسیل و بنابراین جریان مستقل از پتانسیل را انجام میگیرد.(نانو ابر خازن) برای توصیف دستگاه هایی که از شبه خازن برای ذخیره انرژی خازنی استفاده می کنند به کار رود. این عملکرد نشان می دهد که انتقال الکترون فارادایی در ذخیره سازی بار نقش دارد و بحث در مورد خواص یک دستگاه خاص را روشن می کند.(نانو ابر خازن) لازم به ادغام منحنی ولتاژ سلول در مقابل ظرفیت و نرمال کردن آن با جرم یا حجم ماده فعال است. از نظر گرافیکی، ناحیه زیر منحنی ولتاژ در مقابل ظرفیت خاص است. با در نظر گرفتن نسبتی از مناطق زیر منحنی تخلیه و شارژ، می توان بازده انرژی دستگاه را محاسبه کرد - برای یک ابرخازن باید نزدیک به 100٪ باشد.