Definición de capacitancia para grafito (u otros materiales de carbono): ¿es la capacidad de almacenar carga o energía eléctrica?

La capacitancia es solo una medida de la cantidad de carga que puede separar para un potencial dado diferente. La capacitancia es una medida de la cantidad de “energía eléctrica” ​​que un material puede almacenar, pero depende en gran medida del sistema y la geometría. Para muchos materiales, su efectividad en un condensador (como dieléctrico) se puede estimar a partir de su constante dieléctrica ya que ese número le indica cuántos faradios obtiene por unidad de longitud a lo largo de la dirección del flujo de carga. Los aisladores tenderán a fabricar mejores condensadores porque es más difícil que la carga fluya debajo de un campo eléctrico una vez que ya está “atascada” en la superficie aislante.

El carbono es un buen aislante, pero en la industria electroquímica, el carbono / grafito generalmente se implementa para mejorar la conductividad en los electrodos. En la mayoría de los casos, el carbono / grafito atrae la atención como material de almacenamiento de carga no por su simple uso como dieléctrico, sino por su implementación como una fase de matriz (electrodo) en condensadores electroquímicos (super). Hay dos formas en que puede surgir la capacitancia: el efecto eléctrico de doble capa (EDL) y la pseudocapacitancia.

El efecto EDL simplemente se refiere al hecho de que cuando dos materiales se acercan mucho, los electrones comienzan a sentirse unos a otros y se polarizan en una distancia muy corta (llamada longitud de Debye). Esta es la misma forma en que obtiene una capacidad adicional utilizando un dieléctrico: el dieléctrico crea un EDL con ambos electrodos. Este EDL se puede mejorar disminuyendo la longitud de Debye, lo que se puede lograr aumentando la fuerza iónica del electrolito, por ejemplo. La seudocapacidad es un mecanismo por el cual ocurren reacciones rápidas y reversibles de transferencia de carga en la superficie del electrodo. Esto logra la separación de carga electroquímicamente. En cualquiera de estos casos, el carbono / grafito es un material de electrodo fantástico, no por su capacidad intrínseca de almacenar carga, sino por su enorme área de superficie disponible para la adsorción de iones. El carbono, especialmente en las formas activadas utilizadas en aplicaciones electroquímicas, puede tener más de 1500 metros cuadrados de superficie disponible en un solo gramo de material. Esto conduce a grandes cantidades de separación de carga cuando se combina con un electrolito apropiado, razón por la cual casi todos los supercondensadores que funcionan están basados ​​en carbono.

Existen varios tipos de capacitancia que podrían aplicarse a objetos hechos con carbono. Por ejemplo, capacitancia eléctrica, capacitancia térmica, etc. La capacitancia térmica, por supuesto, almacena calor.

La capacitancia eléctrica es una propiedad de un objeto que tiene placas al menos parcialmente conductoras y un dieléctrico aislante. No puede tener capacidad eléctrica de un solo material como el carbono. Necesitas ser más específico.

Los materiales de carbono tienden a ser conductores de electricidad, a excepción del diamante. Las cosas que almacenan carga son condensadores, hechos de conductores separados por aisladores. Supongo que podrías hacer un condensador pequeño, pobre y muy costoso colocando grafito en un diamante, ¡pero no entiendo por qué alguien lo haría!

Cualquier condensador puede almacenar carga y energía. ¿Por qué carbono?

Energía eléctrica. Los condensadores cargados son neutrales en general. Además, la capacitancia no es una propiedad de los materiales tanto como los materiales dispuestos en ciertas geometrías.