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ग्राफीन सुपरकैपेसिटर लैब

ग्राफीन-आधारित EDLC चार्ज/डिस्चार्ज साइकिल का सिमुलेशन करें और ऊर्जा भंडारण की सीमाओं का अन्वेषण करें

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ग्राफीन सुपरकैपेसिटर क्या है?

ग्राफीन सुपरकैपेसिटर ग्राफीन इलेक्ट्रोड की सतह पर आयनों को जमा करके ऊर्जा संग्रहित करता है, जो एक विद्युत द्विस्तर (EDLC) बनाता है। धीमी रासायनिक प्रतिक्रियाओं पर निर्भर बैटरियों के विपरीत, सुपरकैपेसिटर विशुद्ध इलेक्ट्रोस्टैटिक माध्यम से सेकंडों में चार्ज और डिस्चार्ज होते हैं। ग्राफीन का असाधारण सतह क्षेत्र (2,630 m2/g) और चालकता इसे आदर्श इलेक्ट्रोड सामग्री बनाती है — कल्पना करें कि केवल एक परमाणु मोटी कार्बन शीट बिजली की चमक जितना चार्ज धारण कर सकती है।

यह क्यों मायने रखता है? आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स को ऐसे ऊर्जा भंडारण की आवश्यकता है जो तुरंत चार्ज हो, लाखों साइकिल चले, और मांग पर पावर बर्स्ट प्रदान करे। ग्राफीन सुपरकैपेसिटर बैटरी (उच्च ऊर्जा) और पारंपरिक कैपेसिटर (उच्च पावर) के बीच की खाई को पाटते हैं, जो EV में रीजेनरेटिव ब्रेकिंग, ग्रिड-स्केल एनर्जी बफरिंग और सेकंडों में चार्ज होने वाले वेअरेबल डिवाइस को संभव बनाते हैं।

📖 गहराई से जानें

उपमा 1

बिजली के लिए स्पंज की तरह ग्राफीन सुपरकैपेसिटर के बारे में सोचें। एक नियमित संधारित्र एक सपाट प्लेट होती है जिसमें पानी की एक पतली फिल्म होती है, जबकि बैटरी एक बाल्टी होती है जो धीरे-धीरे भरती है। ग्राफीन की छत्ते की संरचना एक विशाल सतह क्षेत्र के साथ एक सुपर-स्पंज की तरह है - यह विद्युत आवेश को लगभग तुरंत सोख लेती है और उतनी ही तेजी से इसे बाहर निकाल देती है।

उपमा 2

एक पार्किंग गैराज बनाम एक राजमार्ग विश्राम स्थल की कल्पना करें। बैटरी एक विशाल गैरेज की तरह होती है - इसमें कई कारें रखी जा सकती हैं लेकिन इसे भरने में बहुत समय लगता है। कैपेसिटर एक छोटा विश्राम स्थल है - कारें तुरंत ज़ूम इन और ज़ूम आउट करती हैं लेकिन इसमें बहुत कम होल्ड होता है। एक ग्राफीन सुपरकैपेसिटर हजारों स्थानों के साथ एक विशाल विश्राम स्थल की तरह है: कारें (चार्ज) राजमार्ग गति से अंदर और बाहर बहती हैं, और उनमें से आश्चर्यजनक रूप से बड़ी संख्या में जगह होती है।

🎯 सिम्युलेटर टिप्स

शुरुआती

ग्राफीन इलेक्ट्रोड के बीच आयनों को चार्ज और डिस्चार्ज होते देखने के लिए स्टार्ट दबाएँ

मध्यम

ऊर्जा घनत्व बढ़ाने के लिए वोल्टेज विंडो बढ़ाएँ (E = 0.5 × C × V²)

विशेषज्ञ

अधिक सुलभ सतह क्षेत्र के लिए सरंध्रता बढ़ाएँ लेकिन कम चालकता ट्रेडऑफ़ पर नज़र रखें

📚 शब्दावली

Graphene
2डी हेक्सागोनल जाली में कार्बन परमाणुओं की एकल परत। असाधारण विद्युत चालकता के साथ ज्ञात सबसे मजबूत सामग्री।
Supercapacitor
ऊर्जा भंडारण उपकरण बैटरी (उच्च ऊर्जा) और कैपेसिटर (उच्च शक्ति) के बीच के अंतर को पाटता है।
Specific Capacitance
प्रति इकाई द्रव्यमान (एफ/जी) संग्रहित चार्ज। ग्राफीन सुपरकैपेसिटर 200 F/g से अधिक हो सकते हैं।
EDLC
इलेक्ट्रिक डबल-लेयर कैपेसिटर - इलेक्ट्रोड-इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेस पर इलेक्ट्रोस्टैटिक चार्ज पृथक्करण के माध्यम से ऊर्जा संग्रहीत करता है।
Pseudocapacitance
ईडीएलसी के पूरक, इलेक्ट्रोड सतह पर तेजी से प्रतिवर्ती फैराडिक (रासायनिक) प्रतिक्रियाओं के माध्यम से ऊर्जा भंडारण।
Energy Density
प्रति इकाई आयतन/द्रव्यमान में संग्रहित ऊर्जा (Wh/kg)। मुख्य मीट्रिक जहां सुपरकैपेसिटर बैटरी का पीछा करते हैं।
Power Density
प्रति इकाई द्रव्यमान ऊर्जा वितरण की दर (डब्ल्यू/किग्रा)। सुपरकैपेसिटर 10-100× बैटरी पावर घनत्व पर उत्कृष्टता प्राप्त करते हैं।
Cycle Life
क्षरण से पहले चार्ज-डिस्चार्ज चक्रों की संख्या। ग्राफीन सुपरकैपेसिटर: 100,000+ चक्र बनाम बैटरी 1,000-5,000।
rGO
कम ग्राफीन ऑक्साइड - आंशिक दोषों के साथ रासायनिक रूप से कम किया गया ग्राफीन, व्यापक रूप से सुपरकैपेसिटर इलेक्ट्रोड में उपयोग किया जाता है।
Electrolyte
इलेक्ट्रोड के बीच आयन-संवाहक माध्यम। जलीय (सुरक्षित, कम वोल्टेज), कार्बनिक (उच्च वोल्टेज), या आयनिक तरल (सबसे चौड़ी खिड़की)।

🏆 प्रमुख व्यक्ति

Andre Geim & Konstantin Novoselov (2004)

मैनचेस्टर में 'स्कॉच टेप विधि' का उपयोग करके पृथक ग्राफीन, भौतिकी में नोबेल पुरस्कार 2010

Rodney Ruoff (2008)

असाधारण विशिष्ट समाई का प्रदर्शन करते हुए अग्रणी ग्राफीन-आधारित सुपरकैपेसिटर अनुसंधान

Dan Li (2013)

मोनाश विश्वविद्यालय के शोधकर्ता जिन्होंने रिकॉर्ड ऊर्जा घनत्व वाले सुपरकैपेसिटर के साथ ग्राफीन जेल इलेक्ट्रोड बनाए

Maher El-Kady & Richard Kaner (2012)

यूसीएलए टीम ने डीवीडी बर्नर का उपयोग करके लेजर-स्क्राइब्ड ग्राफीन सुपरकैपेसिटर बनाया

Yury Gogotsi (2011)

ड्रेक्सेल प्रोफेसर जिन्होंने एमएक्सईएन और ग्राफीन-आधारित ऊर्जा भंडारण सामग्री को उन्नत किया

🎓 शिक्षण संसाधन

💬 शिक्षार्थियों के लिए संदेश

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