หลักการทำงานของวัสดุอิเล็กทริกตัวเก็บประจุและวิธีการในการปรับปรุงความหนาแน่นของการจัดเก็บพลังงาน

ตัวเก็บประจุ ในฐานะที่เป็นส่วนประกอบที่สำคัญในวงจรอิเล็กทรอนิกส์มีประสิทธิภาพส่วนใหญ่ถูกกำหนดโดยลักษณะของวัสดุอิเล็กทริกของพวกเขา ปรากฏการณ์โพลาไรเซชันของวัสดุอิเล็กทริกภายใต้สนามไฟฟ้าภายนอกเป็นพื้นฐานทางกายภาพสำหรับการจัดเก็บพลังงานในตัวเก็บประจุ

กลไกการโพลาไรเซชันของไดอิเล็กตริก
วัสดุอิเล็กทริกสามารถแบ่งออกเป็นประเภทที่ไม่ใช่ขั้วและขั้วโลก ไดอิเล็กตริกที่ไม่ใช่ขั้วส่วนใหญ่จะสร้างขึ้น ช่วงเวลาไดโพลเหนี่ยวนำ ภายใต้สนามไฟฟ้าภายนอกแสดงให้เห็นว่าเป็นการเคลื่อนที่แบบยืดหยุ่นของเมฆอิเล็กตรอน ขั้วโลกไดอิเล็กตริกนอกเหนือจากการกระจัดของเมฆอิเล็กตรอน ช่วงเวลาไดโพลถาวร ที่สอดคล้องกับทิศทางของสนามไฟฟ้าภายนอก โดยไม่คำนึงถึงประเภทไดอิเล็กติกทั้งหมดจะพัฒนาช่วงเวลาไดโพลที่เกิดขึ้นตามสนามไฟฟ้าและแสดงค่าใช้จ่ายที่ถูกผูกไว้บนพื้นผิวของพวกเขาเมื่ออยู่ภายใต้สนามไฟฟ้าภายนอก ค่าใช้จ่ายที่ถูกผูกไว้เหล่านี้ไม่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระและมีขั้วตรงข้ามกับอิเล็กโทรดที่อยู่ติดกัน

คำอธิบายเชิงปริมาณของความเข้มโพลาไรเซชัน
ความเข้มของโพลาไรเซชัน (P) เป็นพารามิเตอร์สำคัญที่อธิบายถึงระดับของโพลาไรซ์อิเล็กทริกซึ่งกำหนดเป็นผลรวมเวกเตอร์ของช่วงเวลาไดโพลไฟฟ้าต่อปริมาตรหน่วย โมเมนต์ไดโพลไฟฟ้า (μ) ถูกกำหนดโดยปริมาณประจุ (Q) และระยะห่างระหว่างประจุบวกและค่าลบ (L) ในไดอิเล็กทริกเชิงเส้นไอโซโทรปิกความเข้มโพลาไรเซชันนั้นเป็นสัดส่วนโดยตรงกับสนามไฟฟ้าที่ใช้ (E) แสดงเป็น p = ε₀ (εᵣ-1) e โดยที่ε₀คือการอนุญาตสูญญากาศ (8.85 ×10⁻² F/M) และεᵣเป็นใบอนุญาตสัมพัทธ์ของวัสดุ ความสัมพันธ์นี้เผยให้เห็นการเชื่อมต่อโดยตรงระหว่างความสามารถในการโพลาไรซ์ของวัสดุและค่าคงที่ไดอิเล็กตริก

ความหนาแน่นของการจัดเก็บพลังงานและวิธีการเพิ่มประสิทธิภาพ
ความหนาแน่นของการจัดเก็บพลังงาน (w/ΔV) ของตัวเก็บประจุสามารถแสดงได้โดยสูตร½ε₀εᵣe²โดยที่ E คือความแรงของสนามที่ทำงาน เพื่อปรับปรุงความหนาแน่นของการจัดเก็บพลังงานมีสองวิธีหลัก: การเพิ่มความแข็งแกร่งของสนามทำงาน และ เพิ่มค่าคงที่ไดอิเล็กตริก - การปรับปรุงความแข็งแรงของสนามทำงานขึ้นอยู่กับลักษณะของฟิลด์การสลายของวัสดุอิเล็กทริกในขณะที่การเพิ่มค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสามารถทำได้โดยการเพิ่มประสิทธิภาพองค์ประกอบของวัสดุและโครงสร้างจุลภาค พารามิเตอร์ตัวเก็บประจุพื้นฐานเช่นความจุ (C = ε₀εᵣs/d) และความสามารถในการจัดเก็บพลังงาน (w = ½Cu²) ก็มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับคุณสมบัติเหล่านี้ของวัสดุอิเล็กทริก
โดยการทำความเข้าใจกลไกการโพลาไรซ์และความสัมพันธ์เชิงปริมาณของวัสดุอิเล็กทริกอย่างลึกซึ้งสามารถให้คำแนะนำเชิงทฤษฎีสำหรับการพัฒนาวัสดุตัวเก็บประจุที่มีประสิทธิภาพสูงเพื่อตอบสนองความต้องการตัวเก็บประจุที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่