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 не са имали 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 отношение на енергийния 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?
Йонисторите са електрохимични устройства, предназначени да съхраняват електрическа енергия. Те се характеризират с голяма скорост на зареждане-разреждане (до няколко десетки хиляди пъти), имат много дълъг експлоатационен живот за разлика от други батерии (акумулаторни батерии и галванични клетки), нисък ток на утечка и най-важното, йонисторите могат да имат голям капацитет и много малки размери. Йонисторите се използват широко в персонални компютри, автомобилни радиостанции, мобилни устройства и т.н. Проектиран да съхранява памет, когато основната батерия е извадена или устройството е изключено. Напоследък йонисторите често се използват в автономни енергийни системи, използващи слънчеви батерии.
Йонисторите също съхраняват заряд за много дълго време, независимо от метеорологичните условия, те са устойчиви на замръзване и топлина и това няма да повлияе на работата на устройството по никакъв начин. В някои електронни схеми, за да съхранявате памет, трябва да имате напрежение, което е по-високо от напрежението на йонистора, за да разрешите този проблем, йонисторите са свързани последователно, а за да се увеличи капацитетът на йонистора, те са свързани в; паралелен. Последният тип връзка се използва главно за увеличаване на времето на работа на йонистора, както и за увеличаване на тока, подаван към товара; за балансиране на тока при паралелно свързване към всеки йонистор се свързва резистор.
Йонисторите често се използват с батерии и за разлика от тях не се страхуват от късо съединение и резки промени в температурата на околната среда. Вече се разработват специални йонистори с голям капацитет и ток до 1 ампер. Както е известно, токът на йонисторите, които се използват днес в технологията за съхранение на памет, не надвишава 100 милиампера, това е един и най-много. важен недостатък на йонисторите, но това отклонение се компенсира от изброените по-горе предимства на йонисторите. В интернет можете да намерите много дизайни, базирани на така наречените суперкондензатори - те също са йонистори. Йонисторите се появиха съвсем наскоро - преди 20 години.
Според учените електрическият капацитет на нашата планета е 700 микрофарада, сравнете с обикновен кондензатор... Йонисторите са направени главно от въглен, който след активиране и специална обработка става порест, две метални пластини са плътно притиснати към отделението с въглищата. Направата на йонистор у дома е много проста, но получаването на порест въглен е почти невъзможно; това е донякъде проблематично, така че е по-лесно да си купите йонистор и да провеждате интересни експерименти с него. Например, параметрите (мощност и напрежение) на един йонистор са достатъчни, за да може светодиодът да свети ярко и дълго време или да работи
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 с 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 водна 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.
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 пластини, което причинява необратимо увреждане 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 ви държи заседнали на зарядното място за няколко часа? 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.
Сравнение на проекти на различни видове кондензатори (Източник: Wikipedia)
Голям капацитет, измерен в хиляди фаради, може да се получи 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.
Суперкондензатори с различен капацитет, произведени от Maxwell
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. В това 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.
Принципна схема на непрекъсваемо захранване
напрежение на суперкондензатори, основните компоненти са изпълнени
на една микросхема, произведена от LinearTechnology
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:
E = CU 2 /2,
където C е капацитетът, изразен във фаради, U е напрежението върху плочите, изразено във волтове.
Количеството енергия, съхранявано в кондензатора, изразено в kWh, е:
W = CU 2 /7200000
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.
Захранвана LED земна светлина
от слънчеви панели, съхранение на енергия
при който се осъществява в суперкондензатор
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, като се постигат огромни икономии на разходи.
Като комбинираме няколко суперкондензатора в батерия, можем да постигнем капацитет, сравним с батериите, използвани в електрическите превозни средства. 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.
Йонисторът е кондензатор, чиито пластини представляват двоен електрически слой между електрода и електролита. Друго име за това устройство е суперкондензатор, ултракондензатор, двуслоен електрохимичен кондензатор или йоникс. Има голям капацитет, което позволява да се използва като източник на ток.
Суперкондензаторно устройство
Принципът на работа на йонистор е подобен на конвенционалния кондензатор, но тези устройства се различават по използваните материали. Като облицовки в такива елементи се използват порести материали - активен въглен, който е добър проводник, или пенометали. Това дава възможност да се увеличи тяхната площ многократно и тъй като капацитетът на кондензатора е право пропорционален на площта на електродите, той се увеличава в същата степен. Освен това като диелектрик се използва електролит, както при електролитните кондензатори, което намалява разстоянието между плочите и увеличава капацитета. Най-често срещаните параметри са няколко фарада при напрежение 5-10V.
Видове йонистори
Има няколко вида такива устройства:
- С перфектно поляризируеми електроди от активен въглен. В такива елементи не протичат електрохимични реакции. Като електролит се използват водни разтвори на натриев хидроксид (30% KOH), сярна киселина (38% H2SO4) или органични електролити;
- Като една плоча се използва идеално поляризуем електрод с активен въглен. Вторият електрод е слабо или неполяризиращ се (анод или катод, в зависимост от конструкцията);
- Псевдокондензатори. В тези устройства на повърхността на плочите протичат обратими електрохимични реакции. Имат голям капацитет.
Предимства и недостатъци на йонисторите
Такива устройства се използват вместо батерии или акумулатори. В сравнение с тях такива елементи имат предимства и недостатъци.
Недостатъци на суперкондензаторите:
- нисък ток на разреждане в общи елементи, а дизайните без този недостатък са много скъпи;
- напрежението на изхода на устройството пада по време на разреждане;
- в случай на късо съединение в елементи с голям капацитет с ниско вътрешно съпротивление, контактите изгарят;
- намалено допустимо напрежение и скорост на разреждане в сравнение с конвенционалните кондензатори;
- по-висок ток на саморазреждане, отколкото в батериите.
Предимства на ултракондензаторите:
- по-висока скорост, ток на зареждане и разреждане, отколкото в батериите;
- издръжливост - при тестване след 100 000 цикъла на зареждане/разреждане не е отбелязано влошаване на параметрите;
- високо вътрешно съпротивление в повечето конструкции, предотвратяващо саморазреждане и повреда по време на късо съединение;
- дълъг експлоатационен живот;
- по-малък обем и тегло;
- биполярност - производителят отбелязва "+" и "-", но това е полярността на заряда, приложен по време на производствените тестове;
- широк диапазон от работни температури и устойчивост на механични претоварвания.
Енергийна плътност
Способността за съхраняване на енергия в суперкондензаторите е 8 пъти по-малка от тази на оловните батерии и 25 пъти по-малка от тази на литиевите батерии. Енергийната плътност зависи от вътрешното съпротивление: колкото по-ниско е то, толкова по-висок е специфичният енергиен капацитет на устройството. Последните разработки на учени правят възможно създаването на елементи, чиято способност да съхранява енергия е сравнима с оловните батерии.
През 2008 г. в Индия е създаден йонистор, в който плочите са направени от графен. Енергийната интензивност на този елемент е 32 (Wh)/kg. За сравнение, енергийният капацитет на автомобилните батерии е 30-40 (Wh)/kg. Ускореното зареждане на тези устройства позволява използването им в електрически превозни средства.
През 2011 г. корейски дизайнери създадоха устройство, в което освен графен е използван и азот. Този елемент осигурява двойна специфична енергийна интензивност.
справка.Графенът е слой въглерод с дебелина 1 атом.
Приложение на йонистори
Електрическите свойства на суперкондензаторите се използват в различни области на техниката.
Обществен транспорт
Електрически автобуси, които използват йонистори вместо батерии, се произвеждат от Hyundai Motor, Trolza, Belkommunmash и някои други.
Тези автобуси са конструктивно подобни на тролейбусите без решетки и не изискват контактна мрежа. Зареждат се на спирки при слизане и качване на пътниците или в крайните точки на маршрута за 5-10 минути.
Тролейбусите, оборудвани с йонистори, могат да заобикалят счупени контактни линии и задръствания и не изискват жици в депата и паркингите в крайните точки на маршрута.
Електрически автомобили
Основният проблем с електрическите превозни средства е дългото време за зареждане. Ултракондензатор с висок заряден ток и кратко време за зареждане позволява презареждане по време на кратки спирания.
В Русия е разработен Yo-mobile, който използва като батерия специално създаден йонистор.
В допълнение, инсталирането на суперкондензатор успоредно с батерията ви позволява да увеличите тока, консумиран от електрическия мотор по време на стартиране и ускорение. Тази система се използва в KERS, в болиди от Формула 1.
Потребителска електроника
Тези устройства се използват във фото светкавици и други устройства, при които способността за бързо зареждане и разреждане е по-важна от размера и теглото на устройството. Например детекторът за рак се зарежда за 2,5 минути и работи 1 минута. Това е достатъчно, за да се проведат изследвания и да се предотвратят ситуации, при които устройството не работи поради изтощени батерии.
В автомобилните магазини можете да закупите йонистори с капацитет 1 фарад за използване паралелно с автомобилното радио. Те изглаждат колебанията на напрежението по време на стартиране на двигателя.
Направи си сам йонистор
Ако желаете, можете да направите суперкондензатор със собствените си ръце. Такова устройство ще има по-лоши параметри и няма да продължи дълго (докато електролитът изсъхне), но ще даде представа за работата на такива устройства като цяло.
За да направите йонизатор със собствените си ръце, трябва:
- медно или алуминиево фолио;
- сол;
- активен въглен от аптека;
- памучна вата;
- гъвкави проводници за кабели;
- пластмасова кутия за кутията.
Производствената процедура за ултракондензатор е следната:
- изрежете две парчета фолио толкова големи, че да паснат на дъното на кутията;
- запоете проводниците към фолиото;
- навлажнете въглищата с вода, смилайте на прах и изсушете;
- пригответе 25% разтвор на сол;
- смесете въглищен прах със солен разтвор до паста;
- навлажнете памучната вата със солен разтвор;
- нанесете пастата на тънък равномерен слой върху фолиото;
- направете „сандвич“: фолио с въглен нагоре, тънък слой памук, фолио с въглен надолу;
- поставете структурата в кутията.
Допустимото напрежение на такова устройство е 0,5 V. Когато се превиши, започва процесът на електролиза и йонисторът се превръща в газова батерия.
интересноАко съберете няколко такива структури, работното напрежение ще се увеличи, но капацитетът ще падне.
Йонисторите са обещаващи електрически устройства, които, благодарение на високата си скорост на зареждане и разреждане, могат да заменят конвенционалните батерии.
Видео