تولید ابرخازن یا سوپرکاپاسیتورها، فرایندی پیچیده است که شامل مراحل متعددی است. در اینجا، روش ساخت ابرخازن به اختصار توضیح داده شده است
مرحله اول: تهیه الکترود کاتد الکترود کاتد از گرافن تهیه میشود. برای تهیه گرافن، میتوان از روشهای مختلفی مانند روش شیمیایی، روش تبخیر شیمیایی و یا روش ترکیب گرافن استفاده کرد. در روش شیمیایی، گرافن از گرافیت با استفاده از مواد شیمیایی مانند اسید نیتریک و اسید سولفوریک تهیه میشود. در روش تبخیر شیمیایی، گرافن با تبخیر کردن فلزات مانند نقره و مس بر روی یک سطح سخت تهیه میشود. در روش ترکیب گرافن، گرافن از نانوذرات کربنی تهیه میشود.
مرحله دوم: تهیه الکترود آند برای تهیه الکترود آند، موادی مانند اکسید روی، اکسید نیکل و یا اکسید منگنز مورد استفاده قرار میگیرند. این مواد به عنوان یک لایه روی یک الکترود فلزی (مانند فولاد) قرار میگیرند. برای تهیه الکترود آند، ابتدا یک الکترود فلزی پاک شده و سپس به یک حلال مانند آب یا الکل غوطه ور میشود. سپس، به عنوان یک ماده پایه، یک لایه از اکسید روی، اکسید نیکل و یا اکسید منگنز روی الکترود فلزی قرار میگیرد. سپس، الکترود آند در دمای بالا (حدود ۸۰۰ درجه سانتیگراد) خشک میشود تا به صورت یک لایه نازک و یکنواخت روی الکترود فلزی قرار گیرد.
مرحله سوم: تهیه الکترولیت برای تهیه الکترولیت، اسید سولفوریک با غلظت ۱ مولار به عنوان یک الکترولیت خوب برای ابرخازن عمل میکند، زیرا قابلیت حمل بار الکتریکی بالایی دارد. برای تهیه الکترولیت، اسید سولفوریک با آب مخلوط شده و سپس به عنوان یک محلول الکترولیت برای الکترودها استفاده میشود.
مرحله چهارم: تهیه ماده فعال برای تهیه ماده فعال، مواد فعالی مانند کربن، گرافن و یا نانو لولههای کربنی مورد استفاده قرار میگیرند. این مواد به عنوان یک لایه بر روی الکترود کاتد قرار میگیرند و باعث افزایش ظرفیت ابرخازن میشوند. برای تهیه ماده فعال، ابتدا یک لایه از ماده پایه مانند پلیمرهایی مانند پلیوینیلیدن فلوراید (PVDF) و پلیتترافلوئورواکسیتترافلوئورواکسیپروپیلن (PTFE) بر روی الکترود کاتد قرار میگیرد. سپس، به عنوان یک ماده فعال، یک لایه از کربن، گرافن و یا نانو لولههای کربنی روی لایه پلیمر قرار میگیرد.
مرحله پنجم: تهیه الکترود برای تهیه الکترود، الکترود کاتد و الکترود آند با استفاده از ماده پایه مانند PVDF و PTFE به هم پیوسته و سپس به عنوان یک الکترود تکمیل شده استفاده میشود. برای تهیه الکترود، ابتدا یک لایه از ماده پایه بر روی الکترود کاتد قرار میگیرد. سپس، یک لایه از ماده فعال (مانند کربن، گرافن و یا نانو لولههای کربنی) بر روی لایه پلیمر قرار میگیرد. سپس، الکترود آند با استفاده از ماده پایه و ماده فعال تهیه میشود. در نهایت، الکترود کاتد و الکترود آند با هم پیوسته و به عنوان یک الکترود تکمیل شده استفاده میشود.
مرحله ششم: تهیه مواد روانکننده برای تهیه مواد روانکننده، موادی مانند اتانول و یا آب استفاده میشوند. این مواد به عنوان یک محلول الکترولیت برای الکترودها عمل میکنند. برای تهیه مواد روانکننده، ابتدا یک ماده روانکننده انتخاب شده و سپس با الکترولیت ترکیب میشود.
مرحله هفتم: تهیه ابرخازن برای تهیه ابرخازن، الکترود کاتد و الکترود آند با هم پیوسته و درون یک محلول الکترولیت (معمولاً اسید سولفوریک) قرار میگیرند. بین دو الکترود، یک لایه از ماده فعال (مانند کربن، گرافن و یا نانو لولههای کربنی) قرار میگیرد که به عنوان یک لایه از ابرخازن عمل میکند. در نهایت، با توجه به نوع و ظرفیت ابرخازن، میتوان به عنوان یک دستگاه ذخیرهسازی انرژی الکتریکی استفاده کرد.
با توجه به پیچیدگی فرایند تولید ابرخازن، تولید این دستگاهها با هزینه بالایی همراه است. بنابراین، تلاش برای بهینهسازی فرایند تولید و استفاده از مواد با کارایی بالا میتواند به کاهش هزینه تولید ابرخازن کمک کند.