Superkondensator və ya ionistor enerji kütlələrini saxlamaq üçün bir cihazdır; yük yığılması elektrod və elektrolit arasındakı sərhəddə baş verir. Faydalı enerji həcmi statik yük kimi saxlanılır. Yığım prosesi ionistorun plitələri arasında potensial fərq aldıqda sabit bir gərginliklə qarşılıqlı təsirə düşür. Texnoloji tətbiqetmə, eləcə də bu cür cihazların yaradılması ideyası nisbətən yaxınlarda ortaya çıxdı, lakin müəyyən sayda problemləri həll etmək üçün eksperimental istifadə edə bildilər. Bu hissə, saatlarda, kalkulyatorlarda və müxtəlif mikrosxemlərdə ehtiyat və ya əsas enerji təchizatı vasitəsi olan kimyəvi mənşəli cari mənbələri əvəz edə bilər.
Bir kondansatörün elementar dizaynı quru ayırıcı maddə ilə ayrılmış materialı folqa olan bir boşqabdan ibarətdir. İonistor elektrokimyəvi tipli şarj cihazı olan bir sıra kondansatörlərdən ibarətdir. Onun istehsalı üçün xüsusi elektrolitlərdən istifadə olunur. Kaplamalar bir neçə növ ola bilər. Aktivləşdirilmiş karbon iri miqyaslı astarların istehsalı üçün istifadə olunur. Metal oksidləri və yüksək keçiriciliyə malik polimer materiallardan da istifadə edilə bilər. Tələb olunan kapasitiv sıxlığa nail olmaq üçün yüksək məsaməli karbon materiallarından istifadə etmək tövsiyə olunur. Bundan əlavə, bu yanaşma təsirli dərəcədə aşağı qiymətə bir ionistor hazırlamağa imkan verir. Belə hissələr boşqabda əmələ gələn ikiqat bölmədə yük toplayan DLC kondansatörlərinin kateqoriyasına aiddir.
Dizayn həlli, ionistor su elektrolit bazası ilə birləşdirildikdə, daxili elementlərin aşağı müqaviməti ilə xarakterizə olunur, yükləmə gərginliyi isə 1 V ilə məhdudlaşır. Üzvi keçiricilərin istifadəsi təxminən 2...3 gərginlik səviyyəsinə zəmanət verir. V və artan müqavimət.
Elektron sxemlər daha yüksək enerji tələbləri ilə işləyir. Bu problemin həlli istifadə olunan güc nöqtələrinin sayını artırmaqdır. İonistor yalnız bir deyil, 3-4 ədəd həcmdə quraşdırılır və lazımi miqdarda yük verir.
Nikel-metal hidrid batareyası ilə müqayisədə, ionistor enerji ehtiyatının onda birini tutmağa qadirdir, gərginliyi isə planar boşalma zonaları istisna olmaqla, xətti olaraq azalır. Bu amillər ionistorda yükü tam saxlamaq qabiliyyətinə təsir göstərir. Doldurma səviyyəsi birbaşa elementin texnoloji məqsədindən asılıdır.
Çox vaxt bir ionistor yaddaş çiplərini gücləndirmək üçün istifadə olunur və filtr sxemlərinə və hamarlaşdırıcı filtrlərə daxil edilir. Onlar həmçinin cərəyandakı qəfil artımların nəticələri ilə mübarizə aparmaq üçün müxtəlif növ batareyalarla birləşdirilə bilər: aşağı cərəyan verildikdə ionistor yenidən doldurulur, əks halda enerjinin bir hissəsini buraxır və bununla da ümumi yükü azaldır.
Aptekdən bir qaşıq aktivləşdirilmiş karbon, bir neçə damcı duzlu su, bir qalay boşqab və plastik bir qab foto film. Etmək kifayətdir DIY ionistor, tutumu təxminən Yer kürəsinin elektrik tutumuna ... bərabər olan elektrik kondansatörü. Leyden qabı.
Mümkündür ki, Amerika qəzetlərindən biri məhz belə bir cihaz haqqında 1777-ci ildə yazırdı: “... Doktor Franklin Londonun Müqəddəs Pavel Katedralini bir ovuc külə çevirmək qabiliyyətinə malik diş çubuğu qutusu böyüklüyündə maşın icad etmişdir. ” Bununla belə, ilk şeylər.
Bəşəriyyət iki əsrdən bir qədər artıqdır ki, elektrik enerjisindən istifadə edir, lakin elektrik hadisələri insanlara min illərdir məlumdur və uzun müddətdir ki, praktiki əhəmiyyət kəsb etmir. Yalnız 18-ci əsrin əvvəllərində, elm dəbdə olan bir əyləncəyə çevrildikdə, alman alimi Otto von Guericke xüsusi olaraq ictimai təcrübələr aparmaq üçün "elektroforik" bir maşın yaratdı və onun köməyi ilə əvvəllər eşidilməyən miqdarda elektrik aldı.
Maşın bir şüşə kürədən ibarət idi, fırlananda bir dəri parçası sürtülürdü. Onun işinin təsiri böyük idi: qığılcımlar cırıldayırdı, gözəgörünməz elektrik qüvvələri xanımların şallarını qoparır, tükləri dirək edirdi. Cisimlərin elektrik yüklərini toplamaq qabiliyyəti ictimaiyyəti xüsusilə təəccübləndirdi.
1745-ci ildə Leydendən olan holland fiziki Pieter van Musschenbroek (1692 - 1761) şüşə qaba su tökdü, içərisinə vazadakı çiçək kimi bir məftil parçası qoydu və ovucları ilə diqqətlə sıxaraq onu mağaraya gətirdi. elektrofor maşını. Şüşə o qədər çox elektrik topladı ki, məftil parçasından parlaq bir qığılcım "qulağızdan gələn uğultu" ilə uçdu. Alim növbəti dəfə barmağı ilə məftilə toxunduqda huşunu itirdiyi zərbə aldı; Vaxtında gələn köməkçi Kuneus olmasaydı, məsələ kədərli bitə bilərdi.
Beləliklə, o dövrdə məlum olan hər hansı cisimdən milyonlarla dəfə çox yük yığa bilən cihaz yaradıldı. Bu, "Leyden küpü" adlanırdı. Bu, bir növ kondansatör idi, boşqablarından biri eksperimentatorun ovucları, dielektrik şüşə divarlar, ikinci lövhə isə su idi.
İxtira xəbəri bütün aydınlanmış Avropaya yayıldı. Leyden qabı dərhal Fransa kralı XV Lüdovikin maarifləndirilməsi üçün istifadə edilmişdir. Tamaşalar başladı. Tarixə düşən təcrübələrdən birində əl-ələ tutan mühafizəçilər zəncirindən elektrik cərəyanı keçirdi. Elektrik boşalması dəydikdə hamı bir nəfər kimi ayağa qalxdı, sanki havada yürüş edəcəkdilər. Başqa bir təcrübədə isə cərəyan 700 rahib zəncirindən keçirildi...
Amerikada Leyden qabı ilə aparılan təcrübələr daha praktiki istiqamət götürdü. 1747-ci ildə onları ABŞ-ın qurucularından biri, artıq adı çəkilən Benjamin Franklin başlatdı. O, qabı qalay folqa ilə bükmək ideyası ilə çıxış etdi və onun tutumu dəfələrlə artdı və iş daha təhlükəsiz oldu. Onunla apardığı təcrübələrdə Franklin sübut etdi ki, elektrik boşalması istilik yarada və termometrdə civə sütununu qaldıra bilər. Kavanozu qalay folqa ilə örtülmüş şüşə boşqab ilə əvəz edərək, Franklin hətta təkmilləşdirdiyi Leyden qabından dəfələrlə yüngül olan düz bir kondansatör aldı.
Qəzetin yazdığı kimi, “Müqəddəs Pavel Katedralini kül yığınına çevirmək” üçün istifadə oluna bilən o qədər enerji saxlaya bilən cihaz haqqında tarix susur, lakin bu o demək deyil ki, B.Franklin onu yarada bilməyib. .
Və burada necə edəcəyinə qayıtmaq vaxtıdır DIY ionistor. Lazım olan hər şeyi yığmısınızsa, bir parça izolyasiya edilmiş tel lehimlədikdən sonra qalay boşqabını film qutusunun dibinə endirin. Üstünə bir filtr kağızı yastığı qoyun, üzərinə bir qat aktivləşdirilmiş karbon tökün və duzlu su tökdükdən sonra "sendviçinizi" başqa bir elektrodla örtün.
İonistorun işinin diaqramı.
Bir elektrokimyəvi kondansatörünüz var - ionistor. Maraqlıdır, çünki aktivləşdirilmiş karbon hissəciklərinin məsamələrində ikiqat elektrik təbəqəsi meydana gəlir - bir-birinə yaxın yerləşən müxtəlif işarəli iki elektrik yükü təbəqəsi, yəni bir növ elektrokimyəvi kondansatör. Qatlar arası məsafə angstromlarla hesablanır (1 angstrom - 10-9 m). Və bir kondansatörün tutumu, məlum olduğu kimi, plitələr arasındakı məsafə nə qədər kiçik olarsa.
Bununla əlaqədar olaraq, ikiqat təbəqədə vahid həcmə düşən enerji ehtiyatı ən güclü partlayıcıdan daha böyükdür. Bu Leyden qabı!
İonistor aşağıdakı kimi işləyir. Xarici gərginlik olmadıqda, onun tutumu əhəmiyyətsizdir. Amma kondansatörün qütblərinə tətbiq olunan gərginliyin təsiri altında bitişik kömür təbəqələri yüklənir. Məhluldakı əks işarəli ionlar kömür hissəciklərinə doğru tələsir və onların səthində ikiqat elektrik təbəqəsi əmələ gətirir.
Sənaye elektrokimyəvi kondansatör (ionistor). Düymə ölçülü metal korpus məsaməli conta ilə ayrılmış iki qat aktivləşdirilmiş karbondan ibarətdir.
Bunu necə edəcəyinizi sxem DIY ionistor.
Plastik qabdan və aktivləşdirilmiş karbondan hazırlanmış evdə hazırlanmış ionistorun diaqramı:
1 - yuxarı elektrod;
2 - birləşdirən naqillər;
3.5 - yaş aktivləşdirilmiş karbon təbəqələri;
4 - məsaməli ayırıcı conta;
6 - alt elektrod;
7 - bədən.
Kondansatörün qütblərinə bir yük bağlanarsa, o zaman kömür hissəciklərinin daxili səthindən əks yüklər naqillər boyunca bir-birinə doğru axacaq və onların məsamələrində yerləşən ionlar çıxacaq.
Hamısı budur. indi bunu necə edəcəyinizi başa düşürsünüz DIY ionistor.
Müasir ionistorlar onlarla və yüzlərlə farad tutumuna malikdir. Boşaldıqda, onlar böyük güc inkişaf etdirməyə qadirdirlər və çox davamlıdırlar. Vahid kütləyə və vahid həcmə görə enerji ehtiyatı baxımından ionistorlar hələ də batareyalardan daha aşağı səviyyədədir. Ancaq aktivləşdirilmiş karbonu ən nazik karbon nanoborucuqları və ya digər elektrik keçirici maddə ilə əvəz etsəniz, ionistorun enerji intensivliyi fantastik dərəcədə böyük ola bilər.
Benjamin Franklin nanotexnologiyanın heç düşünülmədiyi bir dövrdə yaşayırdı, lakin bu, ondan istifadə olunmadığı anlamına gəlmir. Kimya üzrə Nobel mükafatı laureatı Robert Kürinin bildirdiyinə görə, Dəməşq poladından bıçaqlar hazırlayarkən qədim sənətkarlar bilmədən nanotexnologiya üsullarından istifadə edirdilər. Qədim damask poladı metal konstruksiyadakı karbonun xüsusi tərkibi sayəsində həmişə kəskin və davamlı olaraq qalmışdır.
Franklin tərəfindən bir superkondensator yaratmaq üçün istifadə edilə bilər, məsələn, nanoborular olan kömürlənmiş bitki gövdələri kimi bir növ nanomateriallar. Bunun nə olduğunu neçə nəfər başa düşür? Leyden qabı, və kim bunu etməyə çalışacaq?
Texniki xüsusiyyətlərini artırarkən radio komponentlərinin ölçüsünü azaltmaq tələbi bu gün hər yerdə istifadə olunan çoxlu sayda cihazların yaranmasına səbəb oldu. Bu, kondansatörlərə tamamilə təsir etdi. Sözdə ionistorlar və ya superkapasitorlar yüksək tutumlu elementlərdir (bu göstəricinin diapazonu 0,01 ilə 30 farada olduqca genişdir) 3 ilə 30 volt arasında bir şarj gərginliyi ilə. Üstəlik, onların ölçüləri çox kiçikdir. Söhbətimizin mövzusu öz əlinizlə bir ionistor olduğundan, ilk növbədə elementin özünü, yəni nə olduğunu başa düşmək lazımdır.
İonistorun dizayn xüsusiyyətləri
Əslində, bu, böyük tutumlu adi bir kondansatördür. Amma ionistorlar yüksək müqavimətə malikdirlər, çünki element elektrolitə əsaslanır. Bu birincidir. İkincisi, aşağı doldurma gərginliyidir. İş ondadır ki, bu superkondensatorda plitələr bir-birinə çox yaxın yerləşir. Gərginliyin azalmasının səbəbi məhz budur, lakin kondansatörün tutumu məhz bu səbəbdən artır.
Zavod ionlaşdırıcıları müxtəlif materiallardan hazırlanır. Qapaqlar adətən folqadan hazırlanır, bu, ayırıcı təsiri olan quru maddə ilə ayrılır. Məsələn, aktivləşdirilmiş karbon (böyük plitələr üçün), metal oksidləri, yüksək elektrik keçiriciliyinə malik polimer maddələr.
İonlaşdırıcının öz əllərinizlə yığılması
Öz əlinizlə bir ionizator yığmaq ən asan iş deyil, amma yenə də evdə edə bilərsiniz. Müxtəlif materialların mövcud olduğu bir neçə dizayn var. Onlardan birini təqdim edirik. Bunu etmək üçün sizə lazım olacaq:
- metal qəhvə qabı (50 q);
- apteklərdə satılan aktivləşdirilmiş karbon, əzilmiş karbon elektrodları ilə əvəz edilə bilər;
- mis boşqabın iki dairəsi;
- pambıq yun
Əvvəlcə elektroliti hazırlamalısınız. Bunun üçün əvvəlcə aktivləşdirilmiş karbonu toz halına salmaq lazımdır. Sonra duzlu bir həll hazırlayın, bunun üçün 100 q suya 25 q duz əlavə edin və hamısını yaxşıca qarışdırın. Sonra məhlula tədricən aktivləşdirilmiş karbon tozu əlavə edilir. Onun miqdarı elektrolitin tutarlılığı ilə müəyyən edilir, macun kimi qalın olmalıdır.
Bundan sonra bitmiş elektrolit mis dairələrə (bir tərəfdən) tətbiq olunur. Nəzərə alın ki, elektrolit təbəqəsi nə qədər qalın olarsa, ionistorun tutumu da bir o qədər çox olar. Və daha bir şey, iki dairədə tətbiq olunan elektrolitin qalınlığı eyni olmalıdır. Beləliklə, elektrodlar hazırdır, indi onları elektrik cərəyanını keçirəcək, lakin karbon tozunun keçməsinə imkan verməyən bir materialla ayırmaq lazımdır. Bunun üçün adi pambıq yun istifadə olunur, baxmayaraq ki, burada bir çox variant var. Pambıq təbəqəsinin qalınlığı metal qəhvə qabının diametrini müəyyənləşdirir, yəni bütün elektrod quruluşu ona rahat şəkildə uyğun olmalıdır. Beləliklə, prinsipcə, elektrodların ölçülərini (mis dairələr) seçməli olacaqsınız.
Yalnız elektrodları terminallara birləşdirmək qalır. Budur, öz əllərinizlə və hətta evdə hazırlanmış ionistor hazırdır. Bu dizayn çox böyük bir tutuma malik deyil - 0,3 faraddan yüksək deyil və şarj gərginliyi yalnız bir voltdur, lakin bu, əsl ionistordur. 
Mövzu üzrə nəticə
Bu element haqqında əlavə olaraq nə demək olar? Məsələn, nikel-metal hidrid batareyası ilə müqayisə etsək, ionistor asanlıqla batareyanın gücünün 10% -ə qədər elektrik enerjisini saxlaya bilər. Bundan əlavə, onun gərginlik düşməsi kəskin deyil, xətti olaraq baş verir. Lakin elementin yüklənmə səviyyəsi onun texnoloji məqsədindən asılıdır.
İnsanlar ilk dəfə elektrik enerjisini saxlamaq üçün kondansatörlərdən istifadə edirdilər. Sonra elektrotexnika laboratoriya təcrübələrindən kənara çıxdıqda, elektrik enerjisinin saxlanması üçün əsas vasitəyə çevrilən batareyalar icad edildi. Lakin 21-ci əsrin əvvəllərində elektrik avadanlıqlarını gücləndirmək üçün yenidən kondansatörlərdən istifadə etmək təklif olunur. Bu nə dərəcədə mümkündür və batareyalar nəhayət keçmişdə qalacaq?
Kondansatörlərin batareyalarla əvəz edilməsinin səbəbi, onların saxlamağa qadir olduqları əhəmiyyətli dərəcədə daha çox elektrik enerjisi idi. Başqa bir səbəb, boşalma zamanı batareyanın çıxışındakı gərginliyin çox az dəyişməsidir ki, gərginlik stabilizatoru ya tələb olunmur, ya da çox sadə dizaynda ola bilər.
Kondansatörlər və batareyalar arasındakı əsas fərq ondan ibarətdir ki, kondansatörlər elektrik yükünü birbaşa saxlayır, batareyalar isə elektrik enerjisini kimyəvi enerjiyə çevirir, saxlayır və sonra kimyəvi enerjini yenidən elektrik enerjisinə çevirir.
Enerji çevrilmələri zamanı onun bir hissəsi itirilir. Buna görə də, hətta ən yaxşı batareyaların səmərəliliyi 90% -dən çox deyil, kondansatörlər üçün isə 99% -ə çata bilər. Kimyəvi reaksiyaların intensivliyi temperaturdan asılıdır, buna görə də batareyalar soyuq havada otaq temperaturundan nəzərəçarpacaq dərəcədə pis işləyir. Bundan əlavə, batareyalardakı kimyəvi reaksiyalar tamamilə geri qaytarılmır. Beləliklə, az sayda doldurma-boşaltma dövrü (minlərlə, əksər hallarda batareyanın ömrü təxminən 1000 şarj-boşaltma dövrüdür), həmçinin "yaddaş effekti". Xatırladaq ki, "yaddaş effekti" batareyanın həmişə müəyyən miqdarda yığılmış enerjiyə boşaldılmasıdır, onda onun tutumu maksimum olacaqdır. Boşaldıqdan sonra içərisində daha çox enerji qalsa, batareyanın tutumu tədricən azalacaq. "Yaddaş effekti" turşu olanlar (o cümlədən, gel və AGM) istisna olmaqla, demək olar ki, bütün kommersiya tipli akkumulyatorlar üçün xarakterikdir. Litium-ion və litium-polimer batareyalarında bunun olmadığı ümumi qəbul edilsə də, əslində onlarda da var, sadəcə olaraq digər növlərə nisbətən daha az dərəcədə özünü göstərir. Turşu batareyalarına gəldikdə, onlar enerji mənbəyinə geri dönməz ziyan vuran boşqab sulfatlaşmasının təsirini nümayiş etdirirlər. Səbəblərdən biri də batareyanın uzun müddət 50%-dən az doldurulmuş vəziyyətdə qalmasıdır.
Alternativ enerjiyə gəlincə, “yaddaş effekti” və boşqab sulfatlaşması ciddi problemlərdir. Fakt budur ki, günəş panelləri və külək turbinləri kimi mənbələrdən enerji təchizatını proqnozlaşdırmaq çətindir. Nəticədə, batareyaların doldurulması və boşaldılması xaotik şəkildə, qeyri-optimal rejimdə baş verir.
Həyatın müasir ritmi üçün batareyaların bir neçə saat doldurulması tamamilə qəbuledilməzdir. Məsələn, bitmiş akkumulyator sizi bir neçə saat şarj nöqtəsində saxlayırsa, elektrik avtomobilində uzun məsafə sürməyi necə təsəvvür edirsiniz? Batareyanın doldurulma sürəti onda baş verən kimyəvi proseslərin sürəti ilə məhdudlaşır. Doldurma müddətini 1 saata qədər azalda bilərsiniz, lakin bir neçə dəqiqəyə qədər deyil. Eyni zamanda, kondansatörün doldurulma dərəcəsi yalnız şarj cihazı tərəfindən verilən maksimum cərəyanla məhdudlaşır.
Batareyaların sadalanan çatışmazlıqları əvəzinə kondansatörlərdən istifadə etməyi təcili etdi.
Elektrikli ikiqat təbəqədən istifadə
Bir çox onilliklər ərzində elektrolitik kondansatörlər ən yüksək tutuma malik idi. Onlarda plitələrdən biri metal folqa, digəri elektrolit idi və plitələr arasındakı izolyasiya folqa ilə örtülmüş metal oksid idi. Elektrolitik kondansatörlər üçün tutum bir faradın yüzdə birinə çata bilər, bu da batareyanı tam əvəz etmək üçün kifayət deyil.
Minlərlə faradla ölçülən böyük tutum, sözdə ikiqat elektrik qatına əsaslanan kondansatörlər tərəfindən əldə edilə bilər. Onların fəaliyyət prinsipi aşağıdakı kimidir. Bərk və maye fazalardakı maddələrin interfeysində müəyyən şərtlər altında ikiqat elektrik təbəqəsi yaranır. İki ion təbəqəsi əks işarəli, lakin eyni böyüklükdə yüklərlə əmələ gəlir. Vəziyyəti çox sadələşdirsək, "plitələr" göstərilən ion təbəqələri olan, aralarındakı məsafə bir neçə atoma bərabər olan bir kondansatör meydana gəlir.
Bu təsirə əsaslanan kondansatörlərə bəzən ionistorlar deyilir. Əslində, bu termin təkcə elektrik yükünün saxlandığı kondansatörlərə deyil, həm də elektrik enerjisinin saxlanması üçün digər cihazlara aiddir - elektrik enerjisinin qismən kimyəvi enerjiyə çevrilməsi ilə birlikdə elektrik yükünün saxlanması (hibrid ionistor), eləcə də ikiqat elektrik qatına əsaslanan batareyalar (sözdə psevdokapasitorlar). Buna görə də "superkapasitorlar" termini daha uyğundur. Bəzən bunun əvəzinə eyni "ultrakapasitor" termini istifadə olunur.
Texniki icra
Superkondensator elektrolitlə doldurulmuş iki aktivləşdirilmiş karbon lövhəsindən ibarətdir. Onların arasında elektrolitin keçməsinə imkan verən, lakin plitələr arasında aktivləşdirilmiş karbon hissəciklərinin fiziki hərəkətinə mane olan bir membran var.
Qeyd etmək lazımdır ki, superkondensatorların özlərində polarite yoxdur. Bununla onlar, bir qayda olaraq, polarite ilə xarakterizə olunan elektrolitik kondansatörlərdən əsaslı şəkildə fərqlənirlər, buna əməl edilməməsi kondansatörün sıradan çıxmasına səbəb olur. Bununla belə, polarite superkondensatorlara da tətbiq edilir. Bu, superkondensatorların zavod montaj xəttini artıq yüklənmiş tərk etməsi ilə əlaqədardır və işarələmə bu yükün polaritesini göstərir.
Superkondensator parametrləri
Yazı zamanı əldə edilən fərdi superkondensatorun maksimum tutumu 12.000 F-dir. Kütləvi istehsal edilmiş superkondensatorlar üçün o, 3000 F-dən çox deyil. Plitələr arasında icazə verilən maksimum gərginlik 10 V-dan çox deyil. Ticarət məqsədilə istehsal olunan superkapasitorlar üçün bu rəqəm, bir qayda olaraq, 2. 3 – 2.7 V daxilində yatır. Aşağı iş gərginliyi stabilizator funksiyası olan gərginlik çeviricisinin istifadəsini tələb edir. Fakt budur ki, boşalma zamanı kondansatör plitələrindəki gərginlik geniş diapazonda dəyişir. Yükü və şarj cihazını birləşdirmək üçün bir gərginlik çeviricisinin qurulması qeyri-trivial bir işdir. Deyək ki, 60W yükü gücləndirmək lazımdır.
Məsələnin nəzərdən keçirilməsini asanlaşdırmaq üçün gərginlik çeviricisi və stabilizatorda itkiləri laqeyd edəcəyik. Əgər adi 12 V batareya ilə işləyirsinizsə, onda idarəetmə elektronikası 5 A cərəyanına tab gətirə bilməlidir. Belə elektron qurğular geniş yayılmış və ucuzdur. Amma gərginliyi 2,5 V olan superkondensatordan istifadə edərkən tamamilə fərqli bir vəziyyət yaranır. Sonra çeviricinin elektron komponentləri vasitəsilə axan cərəyan 24 A-a çata bilər ki, bu da dövrə texnologiyasına və müasir element bazasına yeni yanaşmalar tələb edir. Serial istehsalına 20-ci əsrin 70-ci illərində başlanan superkapasitorların yalnız indi müxtəlif sahələrdə geniş istifadə olunmağa başlaması faktını izah edə bilən konvertor və stabilizatorun qurulmasının mürəkkəbliyidir.
Superkondensatorlar seriyalı və ya paralel bağlantılardan istifadə edərək batareyalara qoşula bilər. Birinci halda, maksimum icazə verilən gərginlik artır. İkinci halda - tutum. Bu şəkildə icazə verilən maksimum gərginliyin artırılması problemi həll etməyin bir yoludur, ancaq tutumu azaltmaqla bunun üçün pul ödəməli olacaqsınız.
Superkondensatorların ölçüləri təbii olaraq onların tutumundan asılıdır. 3000 F tutumlu tipik bir superkondensator diametri təxminən 5 sm və uzunluğu 14 sm olan bir silindrdir.10 F tutumlu bir superkondensator insan dırnağı ilə müqayisə edilə bilən ölçülərə malikdir.
Yaxşı superkondensatorlar bu parametrdə batareyaları təxminən 100 dəfə üstələyən yüz minlərlə yükləmə-boşaltma dövrünə tab gətirə bilər. Lakin, elektrolitik kondansatörler kimi, superkapasitorlar da elektrolitin tədricən sızması səbəbindən yaşlanma problemi ilə üzləşirlər. İndiyədək bu səbəbdən superkondensatorların nasazlığı ilə bağlı tam statistik məlumatlar yığılmayıb, lakin dolayı məlumatlara görə, superkapasitorların xidmət müddəti təxminən 15 il hesablana bilər.
Yığılmış enerji
Bir kondansatördə saxlanılan enerjinin miqdarı, joul ilə ifadə edilir:
burada C - faradlarla ifadə olunan tutumdur, U voltla ifadə olunan plitələrdəki gərginlikdir.
Kondensatorda saxlanılan enerjinin miqdarı kVt-saatla ifadə edilir:
Beləliklə, plitələr arasında 2,5 V gərginliyə malik 3000 F tutumlu bir kondansatör yalnız 0,0026 kVt-saat saxlamağa qadirdir. Bu, məsələn, litium-ion batareya ilə necə müqayisə olunur? Əgər onun çıxış gərginliyini boşalma dərəcəsindən asılı olmayaraq və 3,6 V-a bərabər götürsək, onda 0,0026 kVt/saat enerji miqdarı 0,72 Ah tutumlu litium-ion batareyasında saxlanılacaqdır. Təəssüf ki, çox təvazökar bir nəticə.
Superkondensatorların tətbiqi
Fövqəladə işıqlandırma sistemləri, batareyalar əvəzinə superkapasitorların istifadəsinin əsl fərq yaratdığı yerdir. Əslində, qeyri-bərabər boşalma ilə xarakterizə olunan məhz bu tətbiqdir. Bundan əlavə, təcili lampanın tez doldurulması və orada istifadə olunan ehtiyat enerji mənbəyinin daha etibarlı olması arzu edilir. Superkapasitor əsaslı ehtiyat enerji təchizatı birbaşa T8 LED lampasına inteqrasiya oluna bilər. Belə lampalar artıq bir sıra Çin şirkətləri tərəfindən istehsal olunur.
Artıq qeyd edildiyi kimi, superkondensatorların inkişafı əsasən alternativ enerji mənbələrinə maraqla bağlıdır. Ancaq praktik tətbiq hələ də günəşdən enerji alan LED lampalarla məhdudlaşır.
Elektrik avadanlıqlarını işə salmaq üçün superkondensatorların istifadəsi fəal şəkildə inkişaf edir.
Superkondensatorlar qısa müddət ərzində böyük miqdarda enerji ötürməyə qadirdir. Superkondensatordan işə salındıqda elektrik avadanlığını gücləndirməklə, elektrik şəbəkəsindəki pik yükləri azaltmaq və nəhayət, başlanğıc cərəyan marjasını azaltmaq və böyük xərclərə qənaət etmək olar.
Bir neçə superkondensatoru bir akkumulyatorda birləşdirərək, biz elektrik avtomobillərində istifadə olunan akkumulyatorlarla müqayisə edilə bilən tutuma nail ola bilərik. Amma bu akkumulyatorun çəkisi akkumulyatordan bir neçə dəfə çox olacaq ki, bu da avtomobillər üçün qəbuledilməzdir. Problem qrafen əsaslı superkondensatorlardan istifadə etməklə həll edilə bilər, lakin onlar hazırda yalnız prototiplər kimi mövcuddur. Bununla belə, məşhur “Yo-mobile”in yalnız elektrik enerjisi ilə işləyən perspektivli versiyasında enerji mənbəyi kimi rus alimlərinin hazırladığı yeni nəsil superkondensatorlardan istifadə olunacaq.
Superkondensatorlar adi benzin və ya dizellə işləyən avtomobillərdə akkumulyatorların dəyişdirilməsindən də faydalanacaq – onların belə avtomobillərdə istifadəsi artıq reallıqdır.
Bu arada superkondensatorların tətbiqi üzrə həyata keçirilən layihələrdən ən uğurlusu bu yaxınlarda Moskva küçələrində peyda olan Rusiya istehsalı olan yeni trolleybusları hesab etmək olar. Kontakt şəbəkəsinə gərginliyin verilməsi kəsildikdə və ya cərəyan kollektorları “uçanda” trolleybus aşağı sürətlə (təxminən 15 km/saat) bir neçə yüz metr məsafədə hərəkətə mane olmayacaq yerə gedə bilər. yolda. Bu cür manevrlər üçün enerji mənbəyi superkondensatorların batareyasıdır.
Ümumiyyətlə, indiyə qədər superkondensatorlar batareyaları yalnız müəyyən "nişlərdə" sıxışdıra bilər. Lakin texnologiya sürətlə inkişaf edir ki, bu da bizə yaxın gələcəkdə superkondensatorların tətbiq dairəsinin əhəmiyyətli dərəcədə genişlənəcəyini gözləməyə imkan verir.
Aleksey Vasilyev
Superkapasitorları son illərin ən parlaq inkişafı adlandırmaq olar. Eyni ölçülərə malik olan adi kondansatörlərlə müqayisədə onlar üç böyüklük sırası ilə tutumları ilə fərqlənirlər. Bunun üçün kondansatörlər öz prefiksini aldılar - "super". Qısa müddət ərzində böyük miqdarda enerji buraxa bilirlər.
Onlar müxtəlif ölçülü və formalarda mövcuddur:ölçüləri bir sikkədən böyük olmayan cihazların səthinə quraşdırılan çox kiçik olanlardan tutmuş, çox böyük silindrik və prizmatik olanlara qədər. Onların əsas məqsədi gərginlik düşməsi halında əsas mənbəyi (batareyanı) təkrarlamaqdır.
Enerji tutumlu müasir elektron və elektrik sistemləri enerji təchizatına yüksək tələblər qoyur. Yeni yaranan avadanlıqlar (rəqəmsal kameralardan tutmuş elektron əl cihazlarına və elektrik nəqliyyat vasitələrinin ötürülməsinə qədər) lazımi enerjini saxlamalı və təmin etməlidir.
Müasir tərtibatçılar bu problemi iki yolla həll edirlər:
- Yüksək cərəyan nəbzini çatdıra bilən batareyadan istifadə
- Superkondensatorların sığortası kimi akkumulyatora paralel qoşulmaqla, yəni. "hibrid" həll.
Sonuncu halda, superkondensator batareyanın gərginliyi azaldıqda enerji mənbəyi kimi çıxış edir. Bu, batareyaların yüksək enerji sıxlığına və aşağı güc sıxlığına malik olması ilə əlaqədardır, superkondensatorlar isə əksinə, aşağı enerji sıxlığı, lakin yüksək güc sıxlığı ilə xarakterizə olunur, yəni. yükə boşalma cərəyanını təmin edirlər. Batareya ilə paralel olaraq superkondensatoru qoşmaqla siz ondan daha səmərəli istifadə edə və deməli, onun xidmət müddətini uzada bilərsiniz.
Superkondensatorlar harada istifadə olunur?
Video: Avtomobildə başlanğıc akkumulyatoru əvəzinə 116.6F 15V (6* 700F 2.5V) superkondensatorun sınağı
Avtomobil elektron sistemlərində mühərrikləri işə salmaq üçün istifadə olunur., bununla da batareyaya olan yükü azaldır. Onlar həmçinin naqil diaqramlarını azaltmaqla çəki azaltmağa imkan verir. Onlar hibrid avtomobillərdə geniş istifadə olunur, burada generator daxili yanma mühərriki tərəfindən idarə olunur və elektrik mühərriki (və ya mühərriklər) avtomobili idarə edir, yəni. Superkapasitor (enerji keşi) sürətlənmə və hərəkət zamanı cərəyan mənbəyi kimi istifadə olunur və əyləc zamanı “yenidən doldurulur”. Onların istifadəsi təkcə minik avtomobillərində deyil, həm də şəhər nəqliyyatında perspektivlidir, çünki yeni tip kondansatörlər yanacaq sərfiyyatını 50% azaltmağa və ətraf mühitə zərərli qazların emissiyasını 90% azaltmağa imkan verir.
Mən hələ superkondensator batareyasını tamamilə əvəz edə bilmirəm, amma bu, yalnız vaxt məsələsidir. Batareya əvəzinə superkondensatordan istifadə heç də fantastik deyil. Əgər QUT Universitetinin nanotexnoloqları düzgün yol tutsalar, yaxın gələcəkdə bu, reallığa çevriləcək. Ən son nəsil superkondensatorları ehtiva edən korpus panelləri batareya rolunu oynaya biləcək. Bu universitetin əməkdaşları litium-ion batareyaları və superkondensatorların üstünlüklərini yeni cihazda birləşdirməyə nail olublar. Yeni nazik, yüngül və güclü superkondensator karbon elektrodlarından ibarətdir və onların arasında elektrolit yerləşdirilib. Yeni məhsul, alimlərin fikrincə, bədənin istənilən yerinə quraşdırıla bilər.
Yüksək fırlanma anı (başlanğıc fırlanma anı) sayəsində onlar aşağı temperaturda başlanğıc xüsusiyyətlərini yaxşılaşdıra və enerji sisteminin imkanlarını indi genişləndirə bilərlər. Onların enerji sistemində istifadəsinin məqsədəuyğunluğu onların doldurulma/boşaltma müddətinin 5-60 saniyə olması ilə izah olunur. Bundan əlavə, onlar bəzi maşın cihazlarının paylama sistemində istifadə edilə bilər: solenoidlər, qapı kilidinin tənzimlənməsi sistemləri və pəncərə şüşəsi mövqeləri.
DIY super kondansatör
Öz əlinizlə bir superkondansatör edə bilərsiniz. Dizaynı elektrolit və elektrodlardan ibarət olduğundan, onlar üçün material haqqında qərar verməlisiniz. Mis, paslanmayan polad və ya pirinç elektrodlar üçün olduqca uyğundur. Məsələn, köhnə beş qəpiklik sikkələri götürə bilərsiniz. Sizə karbon tozuna da ehtiyacınız olacaq (aktivləşdirilmiş karbonu aptekdən alıb üyüdə bilərsiniz). Adi su, süfrə duzunu həll etməli olduğunuz bir elektrolit rolunu oynayacaq (100:25). Məhlul kömür tozu ilə qarışdırılır və macun konsistensiyasına çevrilir. İndi hər iki elektroda bir neçə millimetrlik bir təbəqədə tətbiq edilməlidir.
Qalan yalnız elektrodları ayıran bir conta seçməkdir, elektrolitin məsamələrindən sərbəst keçəcək, lakin karbon tozu saxlanılacaqdır. Bu məqsədlər üçün fiberglas və ya köpük kauçuk uyğun gəlir.
elektrodlar - 1,5; karbon-elektrolit örtüyü – 2,4; conta - 3.
Elektrodlara lehimlənmiş naqillər üçün əvvəllər qazılmış delikləri olan bir plastik qutudan bir korpus kimi istifadə edə bilərsiniz. Naqilləri batareyaya bağladıqdan sonra elektrodlarda müxtəlif konsentrasiyalarda ionlar əmələ gəlməsi lazım olduğu üçün “ionix” dizaynının doldurulmasını gözləyirik. Bir voltmetrdən istifadə edərək şarjı yoxlamaq daha asandır.
Başqa yollar da var. Məsələn, qalay kağızı (qalay folqa - şokolad sarğısı), qalay və mumlu kağız parçaları istifadə edərək, toxuma kağızı zolaqlarını kəsib əridilmiş, lakin qaynamayan, bir neçə dəqiqə parafinə batıraraq özünüz edə bilərsiniz. Şeritlərin eni əlli millimetr, uzunluğu iki yüzdən üç yüz millimetrə qədər olmalıdır. Parafindən zolaqları çıxardıqdan sonra bıçağın küt tərəfi ilə parafini sürtmək lazımdır.
Parafinlə isladılmış kağız qarmon şəklində bükülür (şəkildəki kimi). Hər iki tərəfdən, 45x30 millimetr ölçüsünə uyğun gələn boşluqlara staniol təbəqələri qoyulur. İş parçasını belə hazırladıqdan sonra qatlanır və sonra isti dəmir ilə ütülənir. Qalan staniol ucları kənardan bir-birinə bağlanır. Bunun üçün karton plitələrdən və qalay klipləri olan pirinç plitələrdən istifadə edə bilərsiniz, onlara keçiricilər sonradan lehimlənir ki, quraşdırma zamanı kondansatör lehimlənə bilsin.
Kondansatörün tutumu staniol yarpaqlarının sayından asılıdır. Məsələn, on belə vərəqdən istifadə edərkən min pikofarada, onların sayı iki dəfə artırıldıqda isə iki minə bərabərdir. Bu texnologiya beş min pikofarada qədər tutumlu kondansatörlərin istehsalı üçün uygundur.
Böyük bir tutum lazımdırsa, o zaman köhnə bir mikrofarad kağız kondansatörünə sahib olmalısınız, bu, mumlu kağız zolaqlarından ibarət bir rulon lentdir, onların arasında bir staniol folqa zolağı qoyulur.
Şeritlərin uzunluğunu müəyyən etmək üçün düsturdan istifadə edin:
l = 0,014 C/a, burada pF-də tələb olunan kondansatörün tutumu C; zolaqların eni sm – a: uzunluq sm – 1.
Köhnə kondansatördən lazımi uzunluqdakı zolaqları açdıqdan sonra, kondansatör plitələrinin bir-birinə bağlanmasının qarşısını almaq üçün hər tərəfdən 10 mm folqa kəsin.
Bantın yenidən yuvarlanması lazımdır, ancaq əvvəlcə hər bir folqa zolağına lehimli telləri lehimləmək lazımdır. Quruluş yuxarıdan qalın kağızla örtülmüşdür və iki montaj teli (sərt) kağızın çıxan kənarlarına möhürlənmişdir, kondansatördən gələn tellər kağız qolunun içərisinə lehimlənir (şəklə bax). Son addım strukturu parafinlə doldurmaqdır.
Karbon superkondensatorlarının üstünlükləri
Elektrikli nəqliyyat vasitələrinin bu gün planetimizdə yürüşünü görməzlikdən gəlmək mümkün olmadığı üçün alimlər onların ən sürətli doldurulması ilə bağlı məsələ üzərində işləyirlər. Çoxlu ideyalar yaranır, ancaq bir neçəsi həyata keçirilir. Məsələn, Çində Ninbo şəhərində qeyri-adi şəhər nəqliyyatı marşrutu işə salınıb. Üzərində hərəkət edən avtobus elektrik mühərriki ilə işləyir, lakin onu doldurmaq üçün cəmi on saniyə çəkir. Bunun üzərinə o, beş kilometr məsafə qət edir və sərnişinləri endirmə/götürmə zamanı yenidən doldurmağı bacarır.
Bu, yeni tip kondensatorların - karbonun istifadəsi sayəsində mümkün oldu.
Karbon kondansatörləri Onlar təxminən bir milyon doldurulma dövrünə tab gətirə bilər və mənfi qırxdan artı altmış beş dərəcəyə qədər olan temperatur aralığında mükəmməl işləyirlər. Bərpa yolu ilə enerjinin 80%-ə qədərini qaytarırlar.
Onlar enerjinin idarə edilməsində yeni bir dövr açdılar, boşalma və doldurma vaxtlarını nanosaniyələrə qədər azaldıb və avtomobilin çəkisini azaldıblar. Bu üstünlüklərə aşağı qiymət əlavə edə bilərik, çünki istehsalda nadir torpaq metalları və ətraf mühitə uyğunluq istifadə olunmur.