Суперкондензаторът или йонисторът е устройство за съхраняване на енергийни маси; натрупването на заряд възниква на границата между електрода и електролита. Обемът на полезна енергия се съхранява като заряд от статичен тип. Процесът на натрупване се свежда до взаимодействие с постоянно напрежение, когато йонисторът получава потенциална разлика в своите плочи. Технологичното внедряване, както и самата идея за създаване на такива устройства, се появиха сравнително наскоро, но те успяха да получат експериментална употреба за решаване на определен брой проблеми. Частта може да замени източници на ток от химически произход, като резервно или основно средство за захранване в часовници, калкулатори и различни микросхеми.
Елементарният дизайн на кондензатора се състои от плоча, чийто материал е фолио, ограничено от сухо разделително вещество. Йонисторът се състои от няколко кондензатора със зарядно устройство от електрохимичен тип. За производството му се използват специални електролити. Покритията могат да бъдат от няколко разновидности. Активният въглен се използва за производството на мащабни облицовки. Могат да се използват и метални оксиди и полимерни материали с висока проводимост. За постигане на необходимата капацитивна плътност се препоръчва използването на силно порьозни въглеродни материали. В допълнение, този подход ви позволява да направите йонистор на впечатляващо ниска цена. Такива части принадлежат към категорията DLC кондензатори, които натрупват заряд в двойно отделение, образувано върху плочата.
Проектното решение, когато йонисторът е комбиниран с водно-електролитна основа, се характеризира с ниско съпротивление на вътрешните елементи, докато зарядното напрежение е ограничено до 1 V. Използването на органични проводници гарантира нива на напрежение от около 2...3 V и повишена устойчивост.
Електронните вериги работят с по-високи енергийни изисквания. Решението на този проблем е да се увеличи броят на използваните точки за захранване. Йонисторът е инсталиран не само един, а в количество от 3-4 броя, осигуряващи необходимото количество заряд.
В сравнение с никел-метал хидридната батерия, йонисторът е в състояние да съдържа една десета от енергийния резерв, докато напрежението му пада линейно, с изключение на зоните на планарен разряд. Тези фактори влияят върху способността за пълно запазване на заряда в йонистора. Нивото на заряд директно зависи от технологичното предназначение на елемента.
Доста често йонисторът се използва за захранване на чипове с памет и е включен във филтърни вериги и изглаждащи филтри. Те могат също така да се комбинират с батерии от различни видове за борба с последствията от внезапни скокове на тока: когато се подава слаб ток, йонисторът се презарежда, в противен случай той освобождава част от енергията, като по този начин намалява общото натоварване.
Супена лъжица активен въглен от аптеката, няколко капки подсолена вода, тенекиена чиния и пластмасов буркан от фотолента. Достатъчно е да се направи Направи си сам йонистор, електрически кондензатор, чийто капацитет е приблизително равен на електрическия капацитет ... на земното кълбо. Лайденски буркан.
Възможно е един от американските вестници да пише точно за такова устройство през 1777 г.: „... д-р Франклин е изобретил машина с размерите на кутия за клечка за зъби, способна да превърне лондонската катедрала „Свети Павел“ в шепа пепел. ” Въпреки това, всичко е на първо място.
Човечеството използва електричество от малко повече от два века, но електрическите явления са познати на хората от хиляди години и дълго време нямат практическо значение. Едва в началото на 18 век, когато науката става модно забавление, немският учен Ото фон Герике създава „електрофорна“ машина специално за провеждане на обществени експерименти, с помощта на която получава електричество в нечувани дотогава количества.
Машината се състоеше от стъклена топка, в която се търкаше парче кожа, докато се въртеше. Ефектът от работата й беше страхотен: пращяха искри, невидими електрически сили късаха дамските шалове и настръхваха косите. Обществото беше особено изненадано от способността на телата да натрупват електрически заряди.
През 1745 г. холандският физик от Лайден Питер ван Мушенбрук (1692 - 1761) наля вода в стъклен буркан, постави вътре парче тел, подобно на цвете във ваза, и внимателно го стисна с длани и го донесе до електрофорна машина. Бутилката събра толкова много електричество, че ярка искра излетя от парчето тел с „оглушителен рев“. Следващият път, когато ученият докоснал жицата с пръст, той получил удар, от който загубил съзнание; Ако не беше асистентът Кунеус, който пристигна навреме, въпросът можеше да завърши тъжно.
Така беше създадено устройство, което можеше да акумулира милиони пъти повече заряд от всяко тяло, известно по онова време. Наричаха го "Лайденския буркан". Това беше вид кондензатор, една от чиито плочи бяха дланите на експериментатора, диелектрикът беше стъклени стени, а втората плоча беше вода.
Новината за изобретението се разпространява в цяла просветена Европа. Лайденският буркан веднага е използван за обучение на френския крал Луи XV. Представленията започнаха. В един от експериментите, влязъл в историята, през верига от пазачи, хванати за ръце, е прокаран електрически ток. Когато електрическият разряд удари, всички скочиха като един, сякаш се канеха да маршируват във въздуха. В друг експеримент ток е преминал през верига от 700 монаси...
Експериментите с Лайденския буркан в Америка взеха по-практична посока. През 1747 г. те са започнати от един от основателите на Съединените щати, вече споменатият Бенджамин Франклин. На него му хрумва да опакова буркана във фолио, като вместимостта му се увеличава многократно, а работата става по-безопасна. В експерименти с него Франклин доказа, че електрическият разряд може да генерира топлина и да повиши живачния стълб в термометъра. И като замени буркана със стъклена плоча, покрита с калаено фолио, Франклин получи плосък кондензатор, многократно по-лек дори от лайденския буркан, който той подобри.
Историята мълчи за устройство, способно да съхранява толкова много енергия, че, както пише вестникът, може да се използва за „превръщане на катедралата Св. Павел в купчина пепел“, но това не означава, че Б. Франклин не може да го създаде .
И тук е моментът да се върнем към това как се прави Направи си сам йонистор. Ако сте се запасили с всичко необходимо, спуснете ламаринената плоча до дъното на кутията с филм, след като запоите парче изолиран проводник към нея. Поставете подложка от филтърна хартия отгоре, изсипете върху нея слой активен въглен и след като налеете подсолена вода, покрийте вашия „сандвич“ с друг електрод.
Схема на работа на йонистора.
Имате електрохимичен кондензатор - йонистор. Интересно е, защото в порите на частиците активен въглен се появява така нареченият двоен електрически слой - два слоя електрически заряди с различни знаци, разположени близо един до друг, тоест един вид електрохимичен кондензатор. Разстоянието между слоевете се изчислява в ангстрьоми (1 ангстрьом - 10-9 m). А капацитетът на кондензатора, както е известно, е толкова по-голям, колкото по-малко е разстоянието между плочите.
Поради това енергийният запас на единица обем в двойния слой е по-голям от този на най-мощния експлозив. Това Лайденски буркан!
Йонисторът работи по следния начин. При липса на външно напрежение капацитетът му е незначителен. Но под въздействието на напрежението, приложено към полюсите на кондензатора, съседните слоеве въглища се зареждат. Йони с противоположен знак в разтвора се втурват към въглищните частици и образуват двоен електрически слой на повърхността им.
Промишлен електрохимичен кондензатор (йонистор). Металният корпус с размер на бутон съдържа два слоя активен въглен, разделени от порест дистанционер.
Схема как да го направя Направи си сам йонистор.
Диаграма на домашен йонистор, направен от пластмасов буркан и активен въглен:
1 - горен електрод;
2 - свързващи проводници;
3.5 - слоеве мокър активен въглен;
4 - поресто разделително уплътнение;
6 - долен електрод;
7 - тяло.
Ако товарът е свързан към полюсите на кондензатора, тогава противоположните заряди от вътрешната повърхност на въглищните частици ще се движат по жиците един към друг и йоните, разположени в порите им, ще излязат.
Това е всичко. сега разбирате как да го направите Направи си сам йонистор.
Съвременните йонистори имат капацитет от десетки и стотици фаради. Когато са разредени, те са способни да развият голяма мощност и са много издръжливи. По енергиен запас на единица маса и единица обем йонисторите все още отстъпват на батериите. Но ако замените активния въглен с най-тънките въглеродни нанотръби или друго електропроводимо вещество, енергийният интензитет на йонистора може да стане фантастично голям.
Бенджамин Франклин е живял във време, когато за нанотехнологиите дори не се е мислило, но това не означава, че не са били използвани. Както съобщи носителят на Нобелова награда по химия Робърт Кюри, когато правеха остриета от дамаска стомана, древните занаятчии, без да знаят, използваха нанотехнологични методи. Древната дамаска стомана винаги остава остра и издръжлива благодарение на специалния състав на въглерод в металната структура.
Някои видове наноматериали, като овъглени растителни стъбла, съдържащи нанотръби, могат да бъдат използвани от Франклин за създаване на суперкондензатор. Колко от вас разбират какво е? Лайденски буркан, и кой ще се опита да го направи?
Изискването за намаляване на размера на радиокомпонентите при увеличаване на техните технически характеристики доведе до появата на голям брой устройства, които днес се използват навсякъде. Това напълно засегна кондензаторите. Така наречените йонистори или суперкондензатори са елементи с голям капацитет (обхватът на този индикатор е доста широк от 0,01 до 30 фарада) със зарядно напрежение от 3 до 30 волта. Освен това размерите им са много малки. И тъй като предметът на нашия разговор е йонистор „направи си сам“, е необходимо преди всичко да разберем самия елемент, тоест какво представлява той.
Конструктивни характеристики на йонистора
По същество това е обикновен кондензатор с голям капацитет. Но йонисторите имат висока устойчивост, тъй като елементът се основава на електролит. Това е първото. Второто е ниското зарядно напрежение. Работата е там, че в този суперкондензатор плочите са разположени много близо една до друга. Точно това е причината за намаленото напрежение, но точно поради тази причина се увеличава капацитета на кондензатора.
Фабричните йонизатори се изработват от различни материали. Обвивките обикновено се изработват от фолио, което е отделено със суха субстанция с разделителен ефект. Например активен въглен (за големи плочи), метални оксиди, полимерни вещества, които имат висока електропроводимост.
Сглобяване на йонизатор със собствените си ръце
Сглобяването на йонизатор със собствените си ръце не е най-лесното нещо, но все пак можете да го направите у дома. Има няколко дизайна, в които присъстват различни материали. Ние предлагаме един от тях. За да направите това ще ви трябва:
- метален буркан за кафе (50 гр.);
- активният въглен, който се продава в аптеките, може да бъде заменен с натрошени въглеродни електроди;
- два кръга от медна плоча;
- памучна вата
На първо място, трябва да подготвите електролита. За да направите това, първо трябва да стриете активния въглен на прах. След това направете физиологичен разтвор, за който трябва да добавите 25 g сол към 100 g вода и разбъркайте добре. След това към разтвора постепенно се добавя прах от активен въглен. Количеството му се определя от консистенцията на електролита, трябва да е гъсто като замазка.
След това готовият електролит се нанася върху медни кръгове (от едната страна). Моля, обърнете внимание, че колкото по-дебел е електролитният слой, толкова по-голям е капацитетът на йонистора. И още нещо дебелината на нанесения електролит върху двата кръга трябва да е еднаква. И така, електродите са готови, сега те трябва да бъдат разделени от материал, който да пропуска електрически ток, но да не пропуска въглероден прах. За това се използва обикновена памучна вата, въпреки че тук има много опции. Дебелината на памучния слой определя диаметъра на металния буркан за кафе, т.е. цялата структура на електрода трябва да пасва удобно в него. Следователно по принцип ще трябва да изберете размерите на самите електроди (медни кръгове).
Остава само да свържете самите електроди към клемите. Това е всичко, йонисторът, направен със собствените си ръце и дори у дома, е готов. Този дизайн няма много голям капацитет - не по-висок от 0,3 фарада, а напрежението на зареждане е само един волт, но това е истински йонистор. 
Заключение по темата
Какво друго може да се каже за този елемент в допълнение? Ако го сравним например с никел-метал хидридна батерия, тогава йонисторът може лесно да поддържа захранване с електричество до 10% от мощността на батерията. Освен това спадът на напрежението му се случва линейно, а не внезапно. Но нивото на зареждане на елемента зависи от неговата технологична цел.
Хората първо са използвали кондензатори за съхраняване на електричество. След това, когато електротехниката надхвърли лабораторните експерименти, бяха изобретени батериите, които станаха основното средство за съхранение на електрическа енергия. Но в началото на 21 век отново се предлага да се използват кондензатори за захранване на електрическо оборудване. Доколко е възможно това и ще останат ли батериите най-накрая нещо от миналото?
Причината, поради която кондензаторите бяха заменени от батерии, се дължи на значително по-големите количества електричество, които те могат да съхраняват. Друга причина е, че по време на разреждане напрежението на изхода на батерията се променя много малко, така че стабилизатор на напрежението или не е необходим, или може да бъде с много проста конструкция.
Основната разлика между кондензаторите и батериите е, че кондензаторите директно съхраняват електрически заряд, докато батериите преобразуват електрическата енергия в химическа енергия, съхраняват я и след това преобразуват химическата енергия обратно в електрическа енергия.
При енергийните трансформации част от нея се губи. Следователно дори най-добрите батерии имат ефективност не повече от 90%, докато при кондензаторите тя може да достигне 99%. Интензивността на химичните реакции зависи от температурата, така че батериите работят значително по-лошо при студено време, отколкото при стайна температура. Освен това химичните реакции в батериите не са напълно обратими. Оттук и малкият брой цикли на зареждане-разреждане (от порядъка на хиляди, най-често животът на батерията е около 1000 цикъла на зареждане-разреждане), както и „ефектът на паметта“. Нека припомним, че „ефектът на паметта“ е, че батерията винаги трябва да се разрежда до определено количество натрупана енергия, тогава нейният капацитет ще бъде максимален. Ако след разреждане в него остане повече енергия, тогава капацитетът на батерията постепенно ще намалее. „Ефектът на паметта“ е характерен за почти всички произведени в търговската мрежа видове батерии, с изключение на киселинните (включително техните разновидности - гел и AGM). Въпреки че е общоприето, че литиево-йонните и литиево-полимерните батерии го нямат, всъщност те също го имат, просто се проявява в по-малка степен, отколкото при другите видове. Що се отнася до киселинните батерии, те показват ефекта на сулфатиране на плочите, причинявайки необратима повреда на източника на енергия. Една от причините е, че батерията остава в състояние на заряд под 50% за дълго време.
По отношение на алтернативната енергия "ефектът на паметта" и сулфатирането на плочите са сериозни проблеми. Факт е, че доставката на енергия от източници като слънчеви панели и вятърни турбини е трудно предвидима. В резултат на това зареждането и разреждането на батериите става хаотично, в неоптимален режим.
За съвременния ритъм на живот се оказва абсолютно неприемливо батериите да се зареждат няколко часа. Например, как си представяте да шофирате на дълго разстояние с електрическо превозно средство, ако изтощена батерия ще ви задържи няколко часа на зарядното място? Скоростта на зареждане на батерията е ограничена от скоростта на химичните процеси, протичащи в нея. Можете да намалите времето за зареждане до 1 час, но не и до няколко минути. В същото време скоростта на зареждане на кондензатора е ограничена само от максималния ток, осигурен от зарядното устройство.
Изброените недостатъци на батериите наложиха спешното използване на кондензатори вместо тях.
Използване на електрически двоен слой
В продължение на много десетилетия електролитните кондензатори имаха най-висок капацитет. При тях едната плоча е метално фолио, другата е електролит, а изолацията между плочите е метален оксид, който покрива фолиото. За електролитни кондензатори капацитетът може да достигне стотни от фарада, което не е достатъчно за пълна замяна на батерията.
Голям капацитет, измерен в хиляди фаради, може да бъде постигнат от кондензатори, базирани на така наречения двоен електрически слой. Принципът на тяхното действие е следният. При определени условия на границата на веществата в твърдата и течната фаза се появява двоен електрически слой. Образуват се два слоя йони със заряди с противоположни знаци, но с еднаква големина. Ако много опростим ситуацията, тогава се образува кондензатор, чиито „плочи“ са посочените слоеве йони, разстоянието между които е равно на няколко атома.
Кондензаторите, базирани на този ефект, понякога се наричат йонистори. Всъщност този термин не се отнася само за кондензатори, в които се съхранява електрически заряд, но и за други устройства за съхранение на електроенергия - с частично преобразуване на електрическата енергия в химическа енергия заедно със съхраняване на електрическия заряд (хибриден йонистор), както и за батерии, базирани на двоен електрически слой (така наречените псевдокондензатори). Следователно терминът "суперкондензатори" е по-подходящ. Понякога вместо това се използва идентичният термин "ултракондензатор".
Техническо изпълнение
Суперкондензаторът се състои от две пластини от активен въглен, пълни с електролит. Между тях има мембрана, която пропуска електролита, но предотвратява физическото движение на частиците активен въглен между плочите.
Трябва да се отбележи, че самите суперкондензатори нямат полярност. По този начин те се различават фундаментално от електролитните кондензатори, които като правило се характеризират с полярност, неспазването на която води до повреда на кондензатора. Въпреки това, полярността се прилага и за суперкондензаторите. Това се дължи на факта, че суперкондензаторите напускат фабричната поточна линия вече заредени, а маркировката показва полярността на това зареждане.
Параметри на суперкондензатора
Максималният капацитет на отделен суперкондензатор, постигнат към момента на писане, е 12 000 F. За масово произвежданите суперкондензатори той не надвишава 3000 F. Максималното допустимо напрежение между плочите не надвишава 10 V. За суперкондензатори, произведени в търговската мрежа, тази цифра, като правило, е в рамките на 2.3 - 2.7 V. Ниското работно напрежение изисква използването на преобразувател на напрежение с функция на стабилизатор. Факт е, че по време на разреждане напрежението върху кондензаторните пластини се променя в широк диапазон. Изграждането на преобразувател на напрежение за свързване на товара и зарядното устройство е нетривиална задача. Да приемем, че трябва да захранвате 60W товар.
За да опростим разглеждането на проблема, ще пренебрегнем загубите в преобразувателя на напрежение и стабилизатора. Ако работите с обикновена батерия от 12 V, тогава управляващата електроника трябва да може да издържа на ток от 5 A. Такива електронни устройства са широко разпространени и евтини. Но съвсем различна ситуация възниква при използване на суперкондензатор, чието напрежение е 2,5 V. Тогава токът, протичащ през електронните компоненти на преобразувателя, може да достигне 24 A, което изисква нови подходи към схемната технология и модерна елементна база. Именно сложността на изграждането на преобразувател и стабилизатор може да обясни факта, че суперкондензаторите, чието серийно производство започва през 70-те години на 20 век, едва сега започват да се използват широко в различни области.
Суперкондензаторите могат да бъдат свързани в батерии чрез последователни или паралелни връзки. В първия случай максимално допустимото напрежение се увеличава. Във втория случай - капацитет. Увеличаването на максимално допустимото напрежение по този начин е един от начините за решаване на проблема, но ще трябва да платите за това чрез намаляване на капацитета.
Размерите на суперкондензаторите естествено зависят от техния капацитет. Типичният суперкондензатор с капацитет 3000 F е цилиндър с диаметър около 5 см и дължина 14 см. С капацитет 10 F, суперкондензаторът има размери, сравними с човешки нокът.
Добрите суперкондензатори могат да издържат на стотици хиляди цикли на зареждане-разреждане, надвишавайки батериите около 100 пъти по този параметър. Но подобно на електролитните кондензатори, суперкондензаторите са изправени пред проблема със стареенето поради постепенното изтичане на електролит. Досега не е натрупана пълна статистика за повредата на суперкондензаторите по тази причина, но според косвени данни експлоатационният живот на суперкондензаторите може да се оцени приблизително на 15 години.
Натрупана енергия
Количеството енергия, съхранявано в кондензатор, изразено в джаули:
където C е капацитетът, изразен във фаради, U е напрежението върху плочите, изразено във волтове.
Количеството енергия, съхранявано в кондензатора, изразено в kWh, е:
Следователно кондензатор с капацитет 3000 F с напрежение между плочите 2,5 V може да съхранява само 0,0026 kWh. Как се сравнява това например с литиево-йонна батерия? Ако приемем, че изходното му напрежение е независимо от степента на разреждане и е равно на 3,6 V, тогава в литиево-йонна батерия с капацитет 0,72 Ah ще се съхранява енергия от 0,0026 kWh. Уви, много скромен резултат.
Приложение на суперкондензатори
Системите за аварийно осветление са мястото, където използването на суперкондензатори вместо батерии прави истинска разлика. Всъщност точно това приложение се характеризира с неравномерно изтичане. Освен това е желателно аварийната лампа да се зарежда бързо и използваният в нея резервен източник на захранване да е с по-голяма надеждност. Базирано на суперкондензатор резервно захранване може да бъде интегрирано директно в T8 LED лампата. Такива лампи вече се произвеждат от редица китайски компании.
Както вече беше отбелязано, развитието на суперкондензаторите до голяма степен се дължи на интереса към алтернативните източници на енергия. Но практическото приложение все още е ограничено до LED лампи, които получават енергия от слънцето.
Използването на суперкондензатори за стартиране на електрическо оборудване се развива активно.
Суперкондензаторите са способни да доставят големи количества енергия за кратък период от време. Чрез захранване на електрическо оборудване при стартиране от суперкондензатор, пиковите натоварвания на електрическата мрежа могат да бъдат намалени и в крайна сметка маржът на пусковия ток може да бъде намален, постигайки огромни икономии на разходи.
Чрез комбиниране на няколко суперкондензатора в батерия можем да постигнем капацитет, сравним с батериите, използвани в електрическите автомобили. Но тази батерия ще тежи няколко пъти повече от батерията, което е неприемливо за превозни средства. Проблемът може да бъде решен чрез използване на базирани на графен суперкондензатори, но те в момента съществуват само като прототипи. Въпреки това, обещаваща версия на известния Yo-mobile, захранвана само с електричество, ще използва суперкондензатори от ново поколение, които се разработват от руски учени, като източник на енергия.
Суперкондензаторите също ще бъдат от полза за замяната на батериите в конвенционалните бензинови или дизелови превозни средства - използването им в такива превозни средства вече е реалност.
Междувременно най-успешният от реализираните проекти за въвеждане на суперкондензатори може да се счита за новите руски тролейбуси, които наскоро се появиха по улиците на Москва. При прекъсване на подаването на напрежение към контактната мрежа или при „излитане“ на токоприемниците тролейбусът може да измине с ниска скорост (около 15 км/ч) няколкостотин метра до място, където няма да пречи на движението на пътя. Източникът на енергия за такива маневри е батерия от суперкондензатори.
Като цяло, засега суперкондензаторите могат да изместят батериите само в определени „ниши“. Но технологията се развива бързо, което ни позволява да очакваме, че в близко бъдеще обхватът на приложение на суперкондензаторите ще се разшири значително.
Алексей Василиев
Суперкондензаторите могат да се нарекат най-яркото развитие на последните години. В сравнение с конвенционалните кондензатори, при същите размери, те се различават по капацитет с три порядъка. За това кондензаторите получиха своя префикс - „супер“. Те могат да освободят огромни количества енергия за кратък период от време.
Предлагат се в различни размери и форми:от много малки, които се монтират на повърхността на устройства, не по-големи от монета, до много големи цилиндрични и призматични. Основната им цел е да дублират основния източник (акумулатор) в случай на спад на напрежението.
Енергоемките съвременни електронни и електрически системи поставят високи изисквания към захранващите устройства. Нововъзникващото оборудване (от цифрови фотоапарати до електронни ръчни устройства и трансмисии на електрически превозни средства) трябва да съхранява и доставя необходимата енергия.
Съвременните разработчици решават този проблем по два начина:
- Използване на батерия, способна да доставя импулс с голям ток
- Чрез свързване паралелно на батерията като застраховка за суперкондензатори, т.е. "хибридно" решение.
В последния случай суперкондензаторът действа като източник на енергия, когато напрежението на батерията падне. Това се дължи на факта, че батериите имат висока енергийна плътност и ниска плътност на мощността, докато суперкондензаторите, напротив, се характеризират с ниска енергийна плътност, но висока плътност на мощността, т.е. те осигуряват разряден ток към товара. Като свържете суперкондензатор паралелно с батерията, можете да я използвате по-ефективно и следователно да удължите експлоатационния й живот.
Къде се използват суперкондензатори?
Видео: Тест на суперкондензатор 116.6F 15V (6* 700F 2.5V), вместо стартерна батерия в автомобил
В автомобилните електронни системи те се използват за стартиране на двигатели., като по този начин намалява натоварването на батерията. Те също така правят възможно намаляването на теглото чрез намаляване на електрическите схеми. Те се използват широко в хибридни автомобили, където генераторът се управлява от двигателя с вътрешно горене, а електрически мотор (или двигатели) задвижват автомобила, т.е. Суперкондензаторът (енергиен кеш) се използва като източник на ток по време на ускорение и движение и се „презарежда“ по време на спиране. Използването им е обещаващо не само в леките автомобили, но и в градския транспорт, тъй като новият тип кондензатори позволява да се намали разходът на гориво с 50% и да се намалят емисиите на вредни газове в околната среда с 90%.
Все още не мога напълно да сменя суперкондензаторната батерия, но е само въпрос на време. Използването на суперкондензатор вместо батерия не е никак фантастично. Ако нанотехнологи от университета QUT следват правилния път, то в близко бъдеще това ще стане реалност. Панелите на тялото, съдържащи последно поколение суперкондензатори, ще могат да действат като батерии. Служителите на този университет успяха да комбинират предимствата на литиево-йонните батерии и суперкондензаторите в ново устройство. Новият тънък, лек и мощен суперкондензатор се състои от въглеродни електроди с електролит, разположен между тях. Новият продукт, според учените, може да бъде инсталиран навсякъде в тялото.
Благодарение на високия въртящ момент (стартов момент), те могат да подобрят стартовите характеристики при ниски температури и да разширят възможностите на захранващата система сега. Целесъобразността от използването им в електроенергийната система се обяснява с факта, че времето за зареждане/разреждане е 5-60 секунди. В допълнение, те могат да се използват в разпределителната система на някои машинни устройства: соленоиди, системи за регулиране на ключалките на вратите и позиции на прозорци.
Направи си сам суперкондензатор
Можете да направите суперкондензатор със собствените си ръце. Тъй като дизайнът му се състои от електролит и електроди, трябва да вземете решение за материала за тях. Мед, неръждаема стомана или месинг са доста подходящи за електроди. Можете да вземете например стари монети от пет копейки. Ще ви трябва и въглен на прах (можете да си купите активен въглен в аптеката и да го смилате). Като електролит ще се използва обикновена вода, в която трябва да разтворите готварска сол (100:25). Разтворът се смесва с прах от въглен, за да се образува консистенция на шпакловка. Сега той трябва да се нанесе в слой от няколко милиметра върху двата електрода.
Остава само да изберете уплътнение, което разделя електродите, през чиито пори електролитът ще премине свободно, но въглеродният прах ще бъде задържан. За тези цели е подходящ фибростъкло или гума от пяна.
Електроди – 1,5; въглеродно-електролитно покритие – 2,4; уплътнение – 3.
Можете да използвате пластмасова кутия като корпус, като предварително сте пробили дупки в нея за проводниците, запоени към електродите. След като свържем проводниците към батерията, изчакваме дизайнът "ionix" да се зареди, наречен така, защото върху електродите трябва да се образуват различни концентрации на йони. По-лесно е да проверите заряда с помощта на волтметър.
Има и други начини. Например с помощта на тенекиена хартия (калаено фолио - обвивка на шоколад), парчета калай и восъчна хартия, които можете да направите сами, като изрежете и потопите ленти от тишу хартия в разтопен, но не кипящ парафин за няколко минути. Ширината на лентите трябва да бъде петдесет милиметра, а дължината - от двеста до триста милиметра. След като извадите лентите от парафина, трябва да изстържете парафина с тъпата страна на ножа.
Напоената с парафин хартия се сгъва във формата на хармоника (както е на снимката). От двете страни в пролуките се вкарват листове станиол, които съответстват на размер 45x30 милиметра. След като подготвите по този начин детайла, той се сгъва и след това се глади с топла ютия. Останалите краища на станиол се свързват един с друг отвън. За целта можете да използвате картонени пластини и месингови пластини с ламаринени скоби, към които по-късно се запояват проводници, така че кондензаторът да може да бъде запоен по време на монтажа.
Капацитетът на кондензатора зависи от броя на листовете станиол. Равно е например на хиляда пикофарада при използване на десет такива листа и две хиляди, ако броят им се удвои. Тази технология е подходяща за производство на кондензатори с капацитет до пет хиляди пикофарада.
Ако е необходим голям капацитет, тогава трябва да имате стар микрофарадов хартиен кондензатор, който представлява ролка от лента, състояща се от ленти от восъчна хартия, между които е положена лента от станиолно фолио.
За да определите дължината на лентите, използвайте формулата:
l = 0,014 C/a, където капацитетът на необходимия кондензатор в pF е C; ширина на ивиците в cm – a: дължина в cm – 1.
След като развиете лентите с необходимата дължина от стария кондензатор, отрежете 10 mm фолио от всички страни, за да предотвратите свързването на пластините на кондензатора една с друга.
Лентата трябва да се навие отново, но първо чрез запояване на многожилни проводници към всяка лента от фолио. Конструкцията е покрита с дебела хартия отгоре и два монтажни проводника (твърди) са запечатани върху ръбовете на хартията, които стърчат, към които са запоени проводниците от кондензатора от вътрешната страна на хартиената втулка (виж фигурата). Последната стъпка е да напълните структурата с парафин.
Предимства на въглеродните суперкондензатори
Тъй като походът на електрическите превозни средства по планетата днес не може да бъде пренебрегнат, учените работят по въпроса, свързан с най-бързото им зареждане. Възникват много идеи, но само няколко се прилагат на практика. В Китай например е пуснат необичаен градски транспортен маршрут в град Нинбо. Автобусът, който се движи по него, се задвижва от електрически двигател, но зареждането му отнема само десет секунди. На него той изминава пет километра и отново при слизане/качване на пътници успява да презареди.
Това стана възможно благодарение на използването на нов тип кондензатори - въглеродни.
Въглеродни кондензаториТе могат да издържат около милион цикъла на презареждане и работят перфектно в температурния диапазон от минус четиридесет до плюс шестдесет и пет градуса. Те връщат до 80% от енергията чрез възстановяване.
Те поставиха началото на нова ера в управлението на захранването, намалявайки времето за разреждане и зареждане до наносекунди и намалявайки теглото на автомобила. Към тези предимства можем да добавим ниска цена, тъй като в производството не се използват редкоземни метали и екологичност.