พลังงานที่เก็บไว้ในตัวเก็บประจุจะอยู่ในรูปของพลังงานสนามไฟฟ้า

การกักเก็บพลังงานในตัวเก็บประจุ: การวิเคราะห์ตัวพาและการใช้พลังงานสนามไฟฟ้า
ตัวเก็บประจุซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักในการกักเก็บพลังงานในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ จะกักเก็บพลังงานในรูปของพลังงานสนามไฟฟ้า เมื่อแผ่นเพลตทั้งสองของตัวเก็บประจุเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟ ประจุบวกและประจุลบจะรวมตัวกันบนแผ่นเพลตทั้งสองภายใต้แรงกระทำของสนามไฟฟ้า ก่อให้เกิดความต่างศักย์และสร้างสนามไฟฟ้าที่เสถียรในไดอิเล็กทริกระหว่างแผ่นเพลต กระบวนการนี้เป็นไปตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน การสะสมประจุต้องใช้แรงงานเพื่อเอาชนะแรงสนามไฟฟ้า และท้ายที่สุดจะกักเก็บพลังงานในรูปของสนามไฟฟ้า ความจุในการกักเก็บพลังงานของตัวเก็บประจุสามารถหาค่าได้จากสูตร E=21CV2 โดยที่ C คือความจุ และ V คือแรงดันไฟฟ้าระหว่างแผ่นเพลตทั้งสอง

ลักษณะพลวัตของพลังงานสนามไฟฟ้า

ต่างจากแบตเตอรี่แบบดั้งเดิมที่ใช้พลังงานเคมี การเก็บพลังงานของตัวเก็บประจุนั้นขึ้นอยู่กับการกระทำของสนามไฟฟ้าทางกายภาพทั้งหมด ตัวอย่างเช่น กระแสไฟฟ้าตัวเก็บประจุกักเก็บพลังงานผ่านปรากฏการณ์โพลาไรเซชันของฟิล์มออกไซด์ระหว่างแผ่นเพลตและอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งเหมาะสำหรับสถานการณ์ที่ต้องการการชาร์จและคายประจุอย่างรวดเร็ว เช่น การกรองพลังงาน ซูเปอร์คาปาซิเตอร์ (เช่น ตัวเก็บประจุแบบสองชั้น) สร้างโครงสร้างสองชั้นผ่านส่วนต่อประสานระหว่างอิเล็กโทรดคาร์บอนกัมมันต์และอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งช่วยเพิ่มความหนาแน่นในการกักเก็บพลังงานได้อย่างมีนัยสำคัญ หลักการของซูเปอร์คาปาซิเตอร์แบ่งออกเป็นสองประเภท:

​การจัดเก็บพลังงานแบบสองชั้น: ประจุจะถูกดูดซับบนพื้นผิวอิเล็กโทรดด้วยไฟฟ้าสถิต โดยไม่มีปฏิกิริยาเคมี และมีความเร็วในการชาร์จและการปล่อยประจุที่รวดเร็วเป็นพิเศษ

​ตัวเก็บประจุเทียมฟาราเดย์: ใช้ปฏิกิริยารีดอกซ์ที่รวดเร็วของวัสดุ เช่น รูทีเนียมออกไซด์ เพื่อเก็บประจุที่มีทั้งความหนาแน่นพลังงานสูงและความหนาแน่นกำลังสูง

ความหลากหลายของการปล่อยพลังงานและการประยุกต์ใช้
เมื่อตัวเก็บประจุปล่อยพลังงาน สนามไฟฟ้าจะถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าได้อย่างรวดเร็วเพื่อรองรับความต้องการการตอบสนองความถี่สูง ตัวอย่างเช่น ในอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ ตัวเก็บประจุจะช่วยลดความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าและเพิ่มประสิทธิภาพการแปลงพลังงานผ่านฟังก์ชันการกรองและการแยกส่วน ในระบบไฟฟ้าตัวเก็บประจุเพิ่มประสิทธิภาพเสถียรภาพของโครงข่ายไฟฟ้าด้วยการชดเชยกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ ซูเปอร์คาปาซิเตอร์ถูกนำมาใช้เพื่อเติมพลังงานไฟฟ้าทันทีและปรับความถี่ของโครงข่ายไฟฟ้าของรถยนต์ไฟฟ้า เนื่องจากมีความสามารถในการตอบสนองในระดับมิลลิวินาที

แนวโน้มในอนาคต
ด้วยความก้าวหน้าทางวัสดุศาสตร์ (เช่น อิเล็กโทรดกราฟีน) ความหนาแน่นพลังงานของตัวเก็บประจุจึงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง และรูปแบบการใช้งานของตัวเก็บประจุกำลังขยายจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบดั้งเดิมไปสู่สาขาที่ล้ำสมัย เช่น การกักเก็บพลังงานแบบใหม่และโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ การใช้พลังงานสนามไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพไม่เพียงแต่ส่งเสริมความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเท่านั้น แต่ยังกลายเป็นส่วนสำคัญในการเปลี่ยนแปลงพลังงานอีกด้วย