הצגת המקור של הדף "קבל-על"

[[קובץ:Schematic illustration of a supercapacitor.jpg|ממוזער|תיאור סכמטי של קבל־על]]
'''קבל־על''' (ב[[אנגלית]]: '''Supercapacitor''') הוא [[קבל]] בעל יכולת קיבול גבוהה משמעותית מקבל רגיל, אך עם הגבלת [[מתח חשמלי|מתח]] נמוכה יותר. קבלי על יכולים להיחשב כהתקן ביניים בין [[קבל אלקטרוליטי]] ו[[סוללה נטענת]]: קבל־על יכול לאגור עד פי 100 יותר [[אנרגיה חשמלית]] מקבל רגיל בגודל פיזי דומה, ובעל יכולת טעינה/פריקה מהירות יותר ומספר מחזורי טעינה גדול יותר מסוללה נטענת רגילה. קבלי־על נמצאים בשימוש במכשירים הדורשים פריקה/טעינה מהירה, כגון: מכוניות, אוטובוסים, מעליות, מנופים ורכבות.

== סוגים ==
[[קובץ:סוגי קבלי על- תרשים.jpg|ממוזער|סוגי קבלי־על]]
קיימים מספר סוגים שונים של קבלי־על:<ref>{{קישור כללי|כתובת=http://davidson.weizmann.ac.il/online/sciencenews/לטעון-את-הסוללה-בטלפון-במהירות-שיא|הכותב=ד"ר אלה אוריון-לכמן|כותרת=לטעון את הסוללה בטלפון במהירות שיא|אתר=[[מכון דוידסון לחינוך מדעי]]|תאריך=12 בינואר 2017|תאריך_וידוא=25 באוגוסט 2020}}</ref>
* קבל דו־שכבתי אלקטרוסטטי (EDLC)
* פסאודו־קבל אלקטרוכימי
* קבל־על היברידי

== מאפיינים ==
[[קבל]] בהגדרתו בנוי משני לוחות מוליכים מקבילים עם מרחק קטן ביניהם, כאשר לוח אחד טעון במטען חיובי והאחר בשלילי כך שיש הפרש פוטנציאלים משמעותי ביניהם המאפשר מעבר של מטען ברגע שיש חיבור בין שני הלוחות<ref>{{קישור כללי|כתובת=http://www.elna.co.jp/en/capacitor/double_layer/index.html|כותרת=Electric double-layer capacitors {{!}} ELNA|אתר=www.elna.co.jp|תאריך_וידוא=2020-08-20}}</ref>. ההבדל בין קבל רגיל לקבל־על נעוץ בנוסחת הקיבול:

<math>C = \varepsilon \left ( \frac{A}{D} \right )</math>

'''C''' – קיבולת, "capacitance"

'''A''' – שטח פנים

'''ε''' – [[מקדם דיאלקטרי]]

'''D''' – מרחק בין הלוחות

מכאן, שכדי להשיג קיבול מקסימלי יש צורך להגדיל את [[שטח פנים|שטח הפנים]] (A) ולהקטין את המרחק בין האלקטרודות (D). אפסילון הוא קבוע.

בקבל־על לא משתמשים במשטחים חלקים, אלא במשטח הבנוי מחומר נקבובי המגדיל בצורה משמעותית את שטח הפנים של האלקטרודות. בדרך כלל משתמשים בפחם פעיל המוליך טוב וניתן לנקב אותו בקלות, עד להגעה לגבול התאורטי של שטח פנים למסה (2000 מטר/גרם)<ref>{{קישור כללי|כתובת=https://www.hayadan.org.il/super-capacitors-0504128|כותרת=קבלי-על ונפלאות השכבה הכפולה|אתר=הידען|תאריך=2014-02-04|שפה=עברית|תאריך_וידוא=2020-08-19}}</ref>.

מבחינת המרחק, הקושי בהקטנת המרחק הוא פריקה ספונטנית בין האלקטרודות במרחק קרוב מאוד. בקבל־על מתגברים על הבעיה בעזרת שימוש בתופעת השכבה הכפולה המאפשרת בידוד על ידי שכבה של יונים מהממס הנצמדים לאלקטרודה הנגדית, ויוצרים עוד שכבה המכונה שכבת סולבציה<ref>{{צ-מאמר|שם=High-Performance One-Body Core/Shell Nanowire Supercapacitor Enabled by Conformal Growth of Capacitive 2D WS2 Layers|קישור=https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.6b06111|כתב עת=ACS Nano|שנת הוצאה=2016-10-17|עמ=10726–10735|כרך=10|doi=10.1021/acsnano.6b06111|מחבר=Nitin Choudhary, Chao Li, Hee-Suk Chung, Julian Moore}}</ref>. שכבה זו מאפשרת בידוד וקירוב האלקטרודות למרחק מינימלי, ובכך הגדלת הקיבול. השכבה הכפולה הזו יכולה להגיע לממדים של מולקולות בודדות, בניגוד לקבל רגיל בו המרחק הוא ננומטרים עד מילימטרים ספורים<ref>{{קישור כללי|כתובת=https://web.archive.org/web/20140110090939/http://www.nano-tech.gatech.edu/ACS_NANO_preprint.pdf|כותרת=Wayback Machine|אתר=web.archive.org|תאריך=2014-01-10|תאריך_וידוא=2020-08-20}}</ref>.

== עקרון הפעולה ==
[[קובץ:עקרון הפעולה של קבל רגיל.jpg|ממוזער|161x161 פיקסלים|תמונה 1 – עקרון הפעולה של קבל רגיל]]
עיקרון הפעולה של קבל־העל גורם בסופו של דבר לקבל בעל שטח פנים גדול מאוד ומרחק זעיר עד מינימלי בין הלוחות.

'''עיקרון הפעולה של קבל רגיל:''' קבלים רגילים מאחסנים [[חשמל סטטי]] על ידי בניית מטענים מנוגדים המופרדים על ידי חומר מבודד (דיאלקטרי). [[שדה חשמלי|השדה החשמלי]] בין הלוחות מקטב את המולקולות הנמצאות בין הלוחות וגורם להן להסתדר בכיוונים מנוגדים. הדבר מוריד את הכוח של השדה ומאפשר לקבל להכיל מטען יותר גדול עבור מתח נתון. מתואר בתמונה 1.
[[קובץ:עקרון הפעולה של קבל על.jpg|ממוזער|169x169 פיקסלים|תמונה 2 – עקרון הפעולה של קבל־על]]
'''עיקרון הפעולה של קבל־על:''' קבלי־על מאחסנים יותר אנרגיה מקבל רגיל בעזר יצירת "שכבה כפולה" דקה מאוד של מטען בין הלוחות. לוחות אלו עשויים מחומר נקבובי, בדרך כלל על בסיס פחמן, הטבולים באלקטרוליט. על ידי כך יש להם שטח פנים גדול יותר המאפשר ללוחות להכיל הרבה יותר מטען עבור מתח נתון, ומכך יותר אנרגיה חשמלית<ref>{{קישור כללי|כתובת=http://www.explainthatstuff.com/how-supercapacitors-work.html|כותרת=How do supercapacitors work?|אתר=Explain that Stuff|תאריך=2009-10-25|תאריך_וידוא=2020-08-19}}</ref>. מתואר בתמונה 2.

== שימושים ==
קבלי־העל תופסים מקום נרחב בשוק אחסון האנרגיה, ולפיכך נמצאים בשימוש במגוון תחומים<ref>{{צ-מאמר|שם=Review Article: Flow battery systems with solid electroactive           materials|קישור=https://avs.scitation.org/doi/10.1116/1.4983210|כתב עת=Journal of Vacuum Science & Technology B|שנת הוצאה=2017-05-12|עמ=040801|כרך=35|doi=10.1116/1.4983210|מחבר=Zhaoxiang Qi, Gary M. Koenig}}</ref>.
* מוצרי אלקטרוניקה: [[מחשב נייד|מחשבים ניידים]], מנורות פלאש במצלמות דיגיטליות.
* רפואה: [[דפיברילטור|דיפיברילטורים]]
* תחבורה: [[הנעה היברידית|רכבים היברידיים]], חשמליות,בוסטרים.
* צבא: [[טיל]]ים עם [[GPS]], [[מכשיר קשר|מכשירי קשר]], מכשירי לייזר

שימוש נפוץ של קבלי־על הוא בטורבינות רוח, בהן נמצאים קבלי־על גדולים שעוזרים לווסת את זרימת החשמל הנוצרת מהרוח<ref>{{צ-מאמר|שם=Nanoscale origins of super-capacitance phenomena|קישור=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775319300114|כתב עת=Journal of Power Sources|שנת הוצאה=2019-02-28|עמ=420–434|כרך=414|doi=10.1016/j.jpowsour.2019.01.010|מחבר=Paulo R. Bueno}}</ref><ref>{{צ-מאמר|שם=Large-area printed supercapacitor technology for low-cost domestic green energy storage|קישור=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360544216316243|כתב עת=Energy|שנת הוצאה=2017-01-01|עמ=1313–1321|כרך=118|doi=10.1016/j.energy.2016.11.019|מחבר=Z. Tehrani, D. J. Thomas, T. Korochkina, C. O. Phillips}}</ref>. בנוסף, ברכבים חשמליים או היברידיים משתמשים בקבל־על בתור מקור אנרגיה זמני המאפשר לאחסן אנרגיה שהייתה מתבזבזת בזמן עצירה ותחילת נסיעה.

דו"ח משנת 2020<ref>{{קישור כללי|כתובת=http://www.globenewswire.com/news-release/2020/07/07/2058733/0/en/Supercapacitor-Market-to-Reach-16-95-Billion-by-2027-at-23-3-CAGR.html|הכותב=Allied Market Research|כותרת=Supercapacitor Market to Reach $16.95 Billion by 2027: at 23.3% CAGR|אתר=GlobeNewswire News Room|תאריך=2020-07-07|תאריך_וידוא=2020-08-19}}</ref> העריך את שווי השוק של קבלי־על ב־3.27 מיליארד דולר ב־2019, והעריכו שיגיע עד 16.95 מיליארד דולר בשנת 2027.

== קישורים חיצוניים ==
{{ויקישיתוף בשורה}}

== הערות שוליים ==
{{הערות שוליים}}

{{בקרת זהויות}}

[[קטגוריה:קבלים|על]]