Superkondensatorius arba jonistorius yra energijos masės kaupimo įtaisas; krūvis kaupiasi ties elektrodo ir elektrolito riba. Naudingos energijos tūris saugomas kaip statinis krūvis. Kaupimo procesas vyksta iki sąveikos su pastovia įtampa, kai jonistorius gauna potencialų skirtumą tarp savo plokščių. Technologinis įgyvendinimas, kaip ir pati tokių prietaisų kūrimo idėja, atsirado palyginti neseniai, tačiau juos pavyko eksperimentiškai panaudoti sprendžiant tam tikras problemas. Detalė gali pakeisti cheminės kilmės srovės šaltinius, būti atsargine ar pagrindine maitinimo priemone laikrodžiuose, skaičiuotuvuose, įvairiose mikroschemose.
Elementarią kondensatoriaus konstrukciją sudaro plokštė, kurios medžiaga yra folija, ribojama sausa atskyrimo medžiaga. Jonistorius susideda iš kelių kondensatorių su elektrocheminio tipo įkrovikliu. Jo gamybai naudojami specialūs elektrolitai. Dangos gali būti kelių rūšių. Aktyvuota anglis naudojama didelio masto pamušalams gaminti. Taip pat gali būti naudojami didelio laidumo metalų oksidai ir polimerinės medžiagos. Norint pasiekti reikiamą talpinį tankį, rekomenduojama naudoti labai porėtas anglies medžiagas. Be to, šis metodas leidžia pagaminti jonistorių už įspūdingai mažą kainą. Tokios dalys priklauso DLC kondensatorių kategorijai, kurios kaupia įkrovą ant plokštelės suformuotame dvigubame skyriuje.
Konstrukcinis sprendimas, kai jonistorius derinamas su vandens elektrolito pagrindu, pasižymi maža vidinių elementų varža, o įkrovimo įtampa ribojama iki 1 V. Organinių laidininkų naudojimas garantuoja apie 2...3 įtampos lygius. V ir padidėjęs atsparumas.
Elektroninės grandinės veikia su didesniais energijos poreikiais. Šios problemos sprendimas yra padidinti naudojamų galios taškų skaičių. Jonistorius montuojamas ne vienas, o 3-4 vnt., suteikiant reikiamą įkrovos kiekį.
Palyginti su nikelio-metalo hidrido baterija, jonistorius gali išlaikyti dešimtadalį energijos rezervo, o jo įtampa krenta tiesiškai, neįskaitant plokštuminio iškrovimo zonų. Šie veiksniai turi įtakos gebėjimui visiškai išlaikyti jonistoriaus įkrovą. Įkrovimo lygis tiesiogiai priklauso nuo elemento technologinės paskirties.
Gana dažnai jonistorius naudojamas atminties lustams maitinti ir yra įtrauktas į filtrų grandines ir išlyginimo filtrus. Jie taip pat gali būti derinami su įvairių tipų baterijomis, siekiant kovoti su staigių srovės šuolių pasekmėmis: tiekiant mažą srovę jonistorius įkraunamas, priešingu atveju jis išskiria dalį energijos, taip sumažindamas bendrą apkrovą.
Valgomasis šaukštas aktyvintos anglies iš vaistinės, keli lašai pasūdyto vandens, skardinė lėkštė ir plastikinis indelis fotojuostos. Užtenka padaryti DIY jonistorius, elektrinis kondensatorius, kurio talpa yra maždaug lygi Žemės rutulio elektrinei talpai .... Leyden stiklainis.
Gali būti, kad vienas iš Amerikos laikraščių 1777 metais rašė kaip tik apie tokį įrenginį: „... Daktaras Franklinas išrado dantų krapštuko korpuso dydžio mašiną, galinčią paversti Londono Šv. Pauliaus katedrą sauja pelenų. “ Tačiau pirmieji dalykai.
Žmonija elektros energiją naudoja kiek daugiau nei du šimtmečius, tačiau elektros reiškiniai žmonėms žinomi tūkstančius metų ir ilgą laiką neturėjo praktinės reikšmės. Tik XVIII amžiaus pradžioje, kai mokslas tapo madinga pramoga, vokiečių mokslininkas Otto von Guericke sukūrė specialiai viešiems eksperimentams atlikti skirtą „elektroforinę“ mašiną, kurios pagalba gaudavo iki tol negirdėtais kiekiais elektros.
Mašiną sudarė stiklinis rutulys, į kurį sukdamasis trynė odos gabalas. Jos darbo efektas buvo puikus: spragsėjo kibirkštys, nematomos elektros jėgos nuplėšė damų skaras, stojo plaukai. Visuomenę ypač nustebino kūnų gebėjimas kaupti elektros krūvius.
1745 m. olandų fizikas iš Leideno Pieteris van Musšenbroekas (1692 - 1761) į stiklinį indelį įpylė vandens, į vidų įkišo vielos gabalėlį, kaip gėlę į vazą, ir, atsargiai suspaudęs delnais, nunešė į elektroforo mašina. Butelis surinko tiek elektros energijos, kad iš vielos gabalo išskriejo ryški kibirkštis su „kurtinančiu riaumojimu“. Kitą kartą, kai mokslininkas pirštu palietė laidą, jis gavo smūgį, nuo kurio prarado sąmonę; Jei ne laiku atvykęs padėjėjas Kuneusas, reikalas galėjo baigtis liūdnai.
Taip buvo sukurtas įrenginys, galintis sukaupti milijonus kartų daugiau krūvio nei bet kuris tuo metu žinomas kūnas. Jis buvo vadinamas "Leyden jar". Tai buvo savotiškas kondensatorius, kurio viena iš plokščių buvo eksperimentuotojo delnai, dielektrikas – stiklinės sienelės, antroji – vanduo.
Žinia apie išradimą pasklido po apšviestą Europą. Leydeno stiklainis buvo nedelsiant panaudotas prancūzų karaliaus Liudviko XV švietimui. Prasidėjo pasirodymai. Viename iš eksperimentų, įėjusių į istoriją, elektros srovė buvo perleista per sargybinių grandinę, besilaikančių už rankų. Kai užklupo elektros iškrova, visi kaip vienas pašoko, lyg ruoštųsi žygiuoti į orą. Kito eksperimento metu srovė buvo praleista per 700 vienuolių grandinę...
Eksperimentai su Leyden stiklainiu Amerikoje paėmė praktiškesnę kryptį. 1747 metais juos pradėjo vienas iš JAV įkūrėjų, jau minėtas Benjaminas Franklinas. Jis sugalvojo indelį suvynioti į skardinę foliją, jo talpa išaugo daug kartų, darbas tapo saugesnis. Eksperimentuose su juo Franklinas įrodė, kad elektros iškrova gali generuoti šilumą ir pakelti gyvsidabrio stulpelį termometre. O pakeitęs stiklainį stikline plokšte, padengta alavo folija, Franklinas gavo plokščią kondensatorių, daug kartų lengvesnį už net jo patobulintą Leydeno indelį.
Istorija tyli apie įrenginį, galintį sukaupti tiek energijos, kad, kaip rašė laikraštis, būtų galima „paversti Šv. Pauliaus katedrą pelenų krūva“, tačiau tai nereiškia, kad B. Franklinas negalėjo jo sukurti. .
Ir štai laikas grįžti prie to, kaip tai padaryti DIY jonistorius. Jei sukaupėte viską, ko reikia, nuleiskite skardinę plokštę ant plėvelės skardinės dugno, prie jos prilitavę izoliuoto laido gabalėlį. Ant viršaus uždėkite filtravimo popieriaus padą, ant jo užpilkite aktyvintos anglies sluoksnį ir, užpylę pasūdyto vandens, uždenkite savo „sumuštinį“ kitu elektrodu.
Jonistoriaus veikimo schema.
Jūs turite elektrocheminį kondensatorių - jonistorių. Įdomu tai, kad aktyvintos anglies dalelių porose atsiranda vadinamasis dvigubas elektrinis sluoksnis – du greta vienas kito išsidėstę skirtingų ženklų elektros krūvių sluoksniai, tai yra savotiškas elektrocheminis kondensatorius. Atstumas tarp sluoksnių skaičiuojamas angstremais (1 angstremas – 10-9 m). O kondensatoriaus talpa, kaip žinoma, tuo didesnė, tuo mažesnis atstumas tarp plokščių.
Dėl šios priežasties dvigubo sluoksnio tūrio vieneto energijos rezervas yra didesnis nei galingiausio sprogmens. Tai Leyden stiklainis!
Jonistorius veikia taip. Jei nėra išorinės įtampos, jo talpa yra nereikšminga. Tačiau veikiant įtampai, tiekiamai į kondensatoriaus polius, įkraunami gretimi anglies sluoksniai. Priešingo ženklo jonai tirpale veržiasi į anglies daleles ir jų paviršiuje sudaro dvigubą elektrinį sluoksnį.
Pramoninis elektrocheminis kondensatorius (jonistorius). Mygtuko dydžio metaliniame korpuse yra du aktyvintos anglies sluoksniai, atskirti porėtu tarpikliu.
Schema, kaip tai padaryti DIY jonistorius.
Naminio jonistoriaus, pagaminto iš plastikinio indelio ir aktyvintos anglies, schema:
1 - viršutinis elektrodas;
2 - jungiamieji laidai;
3,5 - šlapios aktyvintos anglies sluoksniai;
4 - porėta atskyrimo tarpinė;
6 - apatinis elektrodas;
7 - kūnas.
Jei apkrova yra prijungta prie kondensatoriaus polių, tada priešingi krūviai nuo anglies dalelių vidinio paviršiaus bėgs išilgai laidų vienas kito link, o jų porose esantys jonai išeis.
Tai viskas. dabar jūs suprantate, kaip tai padaryti DIY jonistorius.
Šiuolaikiniai jonistoriai turi dešimčių ir šimtų faradų talpą. Išsikrovę jie gali išvystyti didelę galią ir yra labai patvarūs. Pagal energijos rezervą masės ir tūrio vienetui jonistoriai vis dar nusileidžia akumuliatoriams. Bet jei aktyvuotą anglį pakeisite ploniausiais anglies nanovamzdeliais ar kita elektrai laidžia medžiaga, jonistoriaus energijos intensyvumas gali tapti fantastiškai didelis.
Benjaminas Franklinas gyveno laikais, kai apie nanotechnologijas net nebuvo galvojama, tačiau tai nereiškia, kad jos nebuvo naudojamos. Kaip pranešė Nobelio chemijos premijos laureatas Robertas Curie, gamindami peiliukus iš Damasko plieno, senovės meistrai, patys to nežinodami, naudojo nanotechnologijos metodus. Senovinis damasko plienas visada išliko aštrus ir patvarus dėl ypatingos anglies sudėties metalo konstrukcijoje.
Kai kurias nanomedžiagas, pavyzdžiui, suanglėjusius augalų stiebus, kuriuose yra nanovamzdelių, Franklinas galėtų panaudoti kurdamas superkondensatorių. Kiek iš jūsų supranta, kas tai yra? Leyden stiklainis, o kas bandys tai padaryti?
Reikalavimas sumažinti radijo komponentų dydį kartu didinant jų technines charakteristikas paskatino daugybės prietaisų, kurie šiandien naudojami visur, atsiradimą. Tai visiškai paveikė kondensatorius. Vadinamieji jonistoriai arba superkondensatoriai yra didelės talpos elementai (šio indikatoriaus diapazonas yra gana platus nuo 0,01 iki 30 faradų), kurių įkrovimo įtampa yra nuo 3 iki 30 voltų. Be to, jų dydžiai yra labai maži. Ir kadangi mūsų pokalbio tema yra „pasidaryk pats“ jonistorius, pirmiausia reikia suprasti patį elementą, tai yra, kas tai yra.
Jonistoriaus dizaino ypatybės
Iš esmės tai yra paprastas didelės talpos kondensatorius. Tačiau jonistoriai turi didelį atsparumą, nes elementas yra pagrįstas elektrolitu. Tai pirmasis. Antrasis yra žema įkrovimo įtampa. Reikalas tas, kad šiame superkondensatoriuje plokštės yra labai arti viena kitos. Būtent dėl to sumažėja įtampa, tačiau būtent dėl šios priežasties kondensatoriaus talpa didėja.
Gamykliniai jonizatoriai gaminami iš skirtingų medžiagų. Dangteliai dažniausiai gaminami iš folijos, kurią atskiria sausoji medžiaga, turinti atskyrimo efektą. Pavyzdžiui, aktyvuota anglis (didelėms plokštėms), metalų oksidai, polimerinės medžiagos, turinčios didelį elektros laidumą.
Jonizatoriaus surinkimas savo rankomis
Jonizatoriaus surinkimas savo rankomis nėra pats lengviausias dalykas, bet vis tiek galite tai padaryti namuose. Yra keletas dizainų, kuriuose yra skirtingų medžiagų. Mes siūlome vieną iš jų. Norėdami tai padaryti, jums reikės:
- metalinis kavos indelis (50 g);
- vaistinėse parduodama aktyvuota anglis gali būti pakeista susmulkintos anglies elektrodais;
- du vario plokštės apskritimai;
- vata
Pirmiausia reikia paruošti elektrolitą. Norėdami tai padaryti, pirmiausia turite susmulkinti aktyvuotą anglį į miltelius. Tada pasigaminkite druskos tirpalą, kuriam reikia į 100 g vandens įberti 25 g druskos ir viską gerai išmaišykite. Tada į tirpalą palaipsniui pridedami aktyvuotos anglies milteliai. Jo kiekį lemia elektrolito konsistencija, jis turi būti glaisto tirštumo.
Po to gatavas elektrolitas padengiamas variniais apskritimais (vienoje pusėje). Atkreipkite dėmesį, kad kuo storesnis elektrolito sluoksnis, tuo didesnė jonistoriaus talpa. Ir dar vienas dalykas, ant dviejų apskritimų užtepto elektrolito storis turi būti vienodas. Taigi, elektrodai paruošti, dabar juos reikia atskirti medžiaga, kuri praleistų elektros srovę, bet neleistų anglies miltelių. Tam naudojama įprasta vata, nors čia yra daug galimybių. Medvilnės sluoksnio storis lemia metalinio kavos indelio skersmenį, tai yra, visa ši elektrodo konstrukcija turi patogiai tilpti į jį. Vadinasi, iš esmės turėsite pasirinkti pačių elektrodų matmenis (varinius apskritimus).
Belieka prijungti pačius elektrodus prie gnybtų. Štai viskas, jonistorius, pagamintas savo rankomis ir net namuose, yra paruoštas. Ši konstrukcija neturi labai didelės talpos – ne didesnė kaip 0,3 faradų, o įkrovimo įtampa yra tik vienas voltas, tačiau tai yra tikras jonistorius. 
Išvada tema
Ką dar galima pasakyti apie šį elementą? Jei palyginsime jį, pavyzdžiui, su nikelio-metalo hidrido baterija, tada jonistorius gali lengvai išlaikyti iki 10% akumuliatoriaus energijos. Be to, jo įtampos kritimas vyksta tiesiškai, o ne staigiai. Tačiau elemento įkrovos lygis priklauso nuo jo technologinės paskirties.
Žmonės pirmiausia naudojo kondensatorius elektrai kaupti. Tada, kai elektrotechnika peržengė laboratorinius eksperimentus, buvo išrastos baterijos, kurios tapo pagrindine elektros energijos kaupimo priemone. Tačiau XXI amžiaus pradžioje vėl siūloma elektros įrangai maitinti naudoti kondensatorius. Kaip tai įmanoma ir ar baterijos pagaliau taps praeitimi?
Priežastis, kodėl kondensatoriai buvo pakeisti baterijomis, buvo dėl žymiai didesnio elektros energijos kiekio, kurį jie gali sukaupti. Kita priežastis yra ta, kad išsikrovimo metu įtampa akumuliatoriaus išėjime kinta labai mažai, todėl įtampos stabilizatorius arba nereikalingas, arba gali būti labai paprastos konstrukcijos.
Pagrindinis skirtumas tarp kondensatorių ir baterijų yra tas, kad kondensatoriai tiesiogiai kaupia elektros krūvį, o baterijos paverčia elektros energiją chemine energija, kaupia ją, o vėliau paverčia cheminę energiją atgal į elektros energiją.
Energijos transformacijų metu dalis jos prarandama. Todėl net geriausių baterijų efektyvumas yra ne didesnis kaip 90%, o kondensatorių - 99%. Cheminių reakcijų intensyvumas priklauso nuo temperatūros, todėl akumuliatoriai šaltu oru veikia pastebimai blogiau nei kambario temperatūroje. Be to, cheminės reakcijos baterijose nėra visiškai grįžtamos. Taigi mažas įkrovimo-iškrovimo ciklų skaičius (tūkstančiais, dažniausiai akumuliatoriaus tarnavimo laikas yra apie 1000 įkrovimo-iškrovimo ciklų), taip pat „atminties efektas“. Prisiminkime, kad „atminties efektas“ yra tas, kad akumuliatorius visada turi būti iškrautas iki tam tikro sukauptos energijos kiekio, tada jo talpa bus maksimali. Jei po iškrovimo jame lieka daugiau energijos, tada akumuliatoriaus talpa palaipsniui mažės. „Atminties efektas“ būdingas beveik visiems komerciškai gaminamų tipų baterijoms, išskyrus rūgštines (įskaitant jų rūšis - gelį ir AGM). Nors visuotinai priimta, kad ličio jonų ir ličio polimerų baterijos jo neturi, iš tikrųjų jos taip pat turi, tik tai pasireiškia mažiau nei kitose rūšyse. Kalbant apie rūgštines baterijas, jos turi plokštelės sulfatacijos efektą, dėl kurio negrįžtamai pažeidžiamas maitinimo šaltinis. Viena iš priežasčių yra ta, kad akumuliatorius ilgą laiką išlieka mažesnio nei 50% įkrovimo būsenoje.
Kalbant apie alternatyvią energiją, „atminties efektas“ ir plokštelių sulfatacija yra rimtos problemos. Faktas yra tai, kad sunku numatyti energijos tiekimą iš tokių šaltinių kaip saulės baterijos ir vėjo turbinos. Dėl to baterijų įkrovimas ir iškrovimas vyksta chaotiškai, neoptimaliu režimu.
Šiuolaikiniam gyvenimo ritmui visiškai nepriimtina, kad baterijas reikia krauti kelias valandas. Pavyzdžiui, kaip įsivaizduojate važiavimą ilgą atstumą elektromobiliu, jei išsikrovęs akumuliatorius kelias valandas įstrigo įkrovimo vietoje? Akumuliatoriaus įkrovimo greitį riboja joje vykstančių cheminių procesų greitis. Įkrovimo laiką galite sutrumpinti iki 1 valandos, bet ne iki kelių minučių. Tuo pačiu metu kondensatoriaus įkrovimo greitį riboja tik maksimali įkroviklio teikiama srovė.
Dėl išvardytų baterijų trūkumų reikėjo skubiai vietoj jų naudoti kondensatorius.
Naudojant elektrinį dvigubą sluoksnį
Daugelį dešimtmečių elektrolitiniai kondensatoriai turėjo didžiausią talpą. Juose viena iš plokščių buvo metalinė folija, kita – elektrolitas, o izoliacija tarp plokščių – metalo oksidas, kuriuo padengta folija. Elektrolitinių kondensatorių talpa gali siekti šimtąsias farado dalis, kurių neužtenka visiškai pakeisti akumuliatorių.
Didelę talpą, matuojamą tūkstančiais faradų, galima gauti naudojant kondensatorius, pagrįstus vadinamuoju elektriniu dvigubu sluoksniu. Jų veikimo principas yra toks. Tam tikromis sąlygomis kietosios ir skystosios fazės medžiagų sąsajoje atsiranda elektrinis dvigubas sluoksnis. Susidaro du jonų sluoksniai su priešingų ženklų, bet vienodo dydžio krūviais. Jei labai supaprastinsime situaciją, susidaro kondensatorius, kurio „plokštelės“ yra nurodyti jonų sluoksniai, kurių atstumas lygus keliems atomams.
Šiuo efektu pagrįsti kondensatoriai kartais vadinami jonistoriais. Tiesą sakant, šis terminas reiškia ne tik kondensatorius, kuriuose kaupiamas elektros krūvis, bet ir kitus elektros energijos kaupimo įrenginius – su daliniu elektros energijos pavertimu chemine energija kartu su elektros krūvio kaupimu (hibridinis jonistorius), taip pat baterijos, pagrįstos dvigubu elektriniu sluoksniu (vadinamieji pseudokondensatoriai). Todėl terminas „superkondensatoriai“ yra tinkamesnis. Kartais vietoj to naudojamas identiškas terminas „ultrakondensatorius“.
Techninis įgyvendinimas
Superkondensatorius susideda iš dviejų aktyvintos anglies plokštelių, užpildytų elektrolitu. Tarp jų yra membrana, kuri praleidžia elektrolitą, tačiau neleidžia fiziškai judėti aktyvintosios anglies dalelėms tarp plokštelių.
Reikėtų pažymėti, kad patys superkondensatoriai neturi poliškumo. Tuo jie iš esmės skiriasi nuo elektrolitinių kondensatorių, kuriems, kaip taisyklė, būdingas poliškumas, kurio nesilaikymas sukelia kondensatoriaus gedimą. Tačiau poliškumas taip pat taikomas superkondensatoriams. Taip yra dėl to, kad superkondensatoriai palieka gamyklos surinkimo liniją jau įkrauti, o žymėjimas rodo šio įkrovimo poliškumą.
Superkondensatoriaus parametrai
Didžiausia atskiro superkondensatoriaus talpa, pasiekta rašant šį raštą, yra 12 000 F. Masinės gamybos superkondensatorių atveju ji neviršija 3 000 F. Didžiausia leistina įtampa tarp plokščių neviršija 10 V. Komerciniais tikslais gaminamiems superkondensatoriams: Šis skaičius, kaip taisyklė, svyruoja tarp 2,3 – 2,7 V. Esant žemai darbinei įtampai, reikia naudoti įtampos keitiklį su stabilizatoriaus funkcija. Faktas yra tas, kad iškrovimo metu kondensatoriaus plokščių įtampa keičiasi plačiu diapazonu. Įtampos keitiklio, skirto apkrovai ir įkrovikliui sujungti, sukūrimas yra nereikšminga užduotis. Tarkime, jums reikia maitinti 60 W apkrovą.
Norėdami supaprastinti problemos svarstymą, nepaisysime nuostolių įtampos keitiklyje ir stabilizatoriuje. Jei dirbate su įprasta 12 V baterija, tai valdymo elektronika turi atlaikyti 5 A srovę. Tokie elektroniniai prietaisai yra plačiai paplitę ir nebrangūs. Bet visiškai kitokia situacija susidaro naudojant superkondensatorių, kurio įtampa yra 2,5 V. Tada srovė, tekanti per keitiklio elektroninius komponentus, gali siekti 24 A, todėl reikia naujų požiūrių į grandinių technologiją ir modernią elementų bazę. Būtent keitiklio ir stabilizatoriaus kūrimo sudėtingumas gali paaiškinti tai, kad superkondensatoriai, kurių serijinė gamyba prasidėjo XX amžiaus aštuntajame dešimtmetyje, tik dabar buvo pradėti plačiai naudoti įvairiose srityse.
Superkondensatoriai gali būti jungiami į baterijas naudojant nuoseklias arba lygiagrečias jungtis. Pirmuoju atveju didžiausia leistina įtampa didėja. Antruoju atveju – talpa. Tokiu būdu padidinus didžiausią leistiną įtampą – vienas iš būdų išspręsti problemą, tačiau už tai teks susimokėti sumažinus talpą.
Superkondensatorių matmenys natūraliai priklauso nuo jų talpos. Tipiškas 3000 F talpos superkondensatorius yra apie 5 cm skersmens ir 14 cm ilgio cilindras. 10 F talpos superkondensatoriaus matmenys prilygsta žmogaus nago.
Geri superkondensatoriai gali atlaikyti šimtus tūkstančių įkrovimo-iškrovimo ciklų, o pagal šį parametrą baterijas viršija maždaug 100 kartų. Tačiau, kaip ir elektrolitiniai kondensatoriai, superkondensatoriai susiduria su senėjimo problema dėl laipsniško elektrolito nutekėjimo. Kol kas nėra sukaupta išsami statistika apie superkondensatorių gedimus dėl šios priežasties, tačiau pagal netiesioginius duomenis superkondensatorių tarnavimo laikas gali būti apytiksliai įvertintas 15 metų.
Sukaupta energija
Kondensatoriuje sukauptos energijos kiekis, išreikštas džauliais:
kur C yra talpa, išreikšta faradais, U yra plokščių įtampa, išreikšta voltais.
Kondensatoriuje sukauptos energijos kiekis, išreikštas kWh, yra:
Vadinasi, 3000 F talpos kondensatorius, kurio įtampa tarp plokščių yra 2,5 V, gali sukaupti tik 0,0026 kWh. Kaip tai palyginti su, pavyzdžiui, ličio jonų baterija? Jei laikysime, kad jo išėjimo įtampa nepriklauso nuo iškrovos laipsnio ir lygi 3,6 V, tada 0,72 Ah talpos ličio jonų akumuliatoriuje bus sukaupta 0,0026 kWh energijos. Deja, labai kuklus rezultatas.
Superkondensatorių taikymas
Avarinio apšvietimo sistemos yra tai, kur superkondensatorių naudojimas vietoj baterijų yra tikras skirtumas. Tiesą sakant, būtent šiai programai būdingas netolygus iškrovimas. Be to, pageidautina, kad avarinė lempa būtų greitai įkraunama, o joje naudojamas atsarginis maitinimo šaltinis būtų patikimesnis. Superkondensatoriaus pagrindu sukurtas atsarginis maitinimo šaltinis gali būti integruotas tiesiai į T8 LED lempą. Tokias lempas jau gamina nemažai Kinijos įmonių.
Kaip jau minėta, superkondensatorių kūrimas daugiausia susijęs su susidomėjimu alternatyviais energijos šaltiniais. Tačiau praktinis pritaikymas vis dar apsiriboja LED lempomis, kurios gauna energiją iš saulės.
Aktyviai vystosi superkondensatorių naudojimas elektros įrangai paleisti.
Superkondensatoriai gali tiekti didelius energijos kiekius per trumpą laiką. Paleidžiant elektros įrangą iš superkondensatoriaus, galima sumažinti didžiausias elektros tinklo apkrovas ir galiausiai sumažinti įsijungimo srovės atsargą, taip sutaupant daug išlaidų.
Sujungę kelis superkondensatorius į bateriją galime pasiekti tokią talpą, kuri prilygsta elektromobiliuose naudojamoms baterijoms. Tačiau šis akumuliatorius svers kelis kartus daugiau nei akumuliatorius, o tai nepriimtina transporto priemonėms. Problemą galima išspręsti naudojant grafeno pagrindu pagamintus superkondensatorius, tačiau šiuo metu jie egzistuoja tik kaip prototipai. Tačiau perspektyvioje garsiojo „Yo-mobile“ versijoje, maitinamoje tik elektra, kaip maitinimo šaltinis bus naudojami naujos kartos superkondensatoriai, kuriuos kuria Rusijos mokslininkai.
Superkondensatoriai taip pat bus naudingi keičiant įprastų benzininių ar dyzelinių transporto priemonių baterijas – jų naudojimas tokiose transporto priemonėse jau yra realybė.
Tuo tarpu sėkmingiausiais iš įgyvendintų superkondensatorių įvedimo projektų galima laikyti neseniai Maskvos gatvėse pasirodžiusius naujus Rusijos gamybos troleibusus. Nutrūkus įtampos tiekimui kontaktiniam tinklui arba „išskridus“ srovės kolektoriams, troleibusas gali nedideliu greičiu (apie 15 km/h) nuvažiuoti kelis šimtus metrų iki vietos, kur tai netrukdys eismui. kelyje. Tokių manevrų energijos šaltinis yra superkondensatorių baterija.
Apskritai, kol kas superkondensatoriai gali išstumti baterijas tik tam tikrose „nišose“. Tačiau technologijos sparčiai vystosi, o tai leidžia tikėtis, kad artimiausiu metu superkondensatorių taikymo sritis labai išsiplės.
Aleksejus Vasiljevas
Superkondensatoriai gali būti vadinami ryškiausia pastarųjų metų plėtra. Palyginti su įprastais tų pačių matmenų kondensatoriais, jų talpa skiriasi trimis dydžiais. Už tai kondensatoriai gavo savo priešdėlį - „super“. Jie per trumpą laiką gali išleisti didžiulį energijos kiekį.
Jie yra įvairių dydžių ir formų: nuo labai mažų, montuojamų ant prietaisų paviršiaus, ne didesnių nei monetos dydžio, iki labai didelių cilindrinių ir prizminių. Jų pagrindinė paskirtis – dubliuoti pagrindinį šaltinį (bateriją) nukritus įtampai.
Energijai imlios šiuolaikinės elektroninės ir elektros sistemos kelia didelius reikalavimus maitinimo šaltiniams. Atsirandanti įranga (nuo skaitmeninių fotoaparatų iki elektroninių delninių prietaisų ir elektrinių transporto priemonių transmisijų) turi kaupti ir tiekti reikiamą energiją.
Šiuolaikiniai kūrėjai šią problemą sprendžia dviem būdais:
- Naudojant bateriją, galinčią perduoti didelės srovės impulsą
- Lygiagrečiai prijungus prie baterijos kaip superkondensatorių draudimą, t.y. „hibridinis“ sprendimas.
Pastaruoju atveju, nukritus akumuliatoriaus įtampai, superkondensatorius veikia kaip maitinimo šaltinis. Taip yra dėl to, kad baterijos turi didelį energijos tankį ir mažą galios tankį, o superkondensatoriai, atvirkščiai, pasižymi mažu energijos tankiu, bet dideliu galios tankiu, t.y. jie suteikia apkrovai iškrovimo srovę. Lygiagrečiai su akumuliatoriumi prijungę superkondensatorių, galite jį naudoti efektyviau ir pailginti jo tarnavimo laiką.
Kur naudojami superkondensatoriai?
Vaizdo įrašas: superkondensatoriaus 116.6F 15V (6* 700F 2.5V) bandymas vietoj starterio akumuliatoriaus automobilyje
Automobilių elektroninėse sistemose jie naudojami varikliams užvesti., taip sumažinant akumuliatoriaus apkrovą. Jie taip pat leidžia sumažinti svorį sumažinant laidų schemas. Jie plačiai naudojami hibridiniuose automobiliuose, kur generatorių valdo vidaus degimo variklis, o elektrinis variklis (ar varikliai) varo automobilį, t.y. Superkondensatorius (energijos talpykla) naudojamas kaip srovės šaltinis pagreičio ir judėjimo metu, o stabdant „pakraunamas“. Jų naudojimas yra perspektyvus ne tik lengvuosiuose automobiliuose, bet ir miesto transporte, nes naujo tipo kondensatoriai leidžia 50% sumažinti degalų sąnaudas ir 90% sumažinti kenksmingų dujų išmetimą į aplinką.
Dar negaliu visiškai pakeisti superkondensatoriaus baterijos, bet tai tik laiko klausimas. Naudoti superkondensatorių vietoj baterijos nėra fantastiška. Jei nanotechnologai iš QUT universiteto eis teisingu keliu, artimiausiu metu tai taps realybe. Korpuso plokštės, kuriose yra naujausios kartos superkondensatoriai, galės veikti kaip baterijos. Šio universiteto darbuotojams naujame įrenginyje pavyko sujungti ličio jonų baterijų ir superkondensatorių privalumus. Naujasis plonas, lengvas ir galingas superkondensatorius susideda iš anglies elektrodų, tarp kurių yra elektrolitas. Naujasis produktas, pasak mokslininkų, gali būti montuojamas bet kurioje kūno vietoje.
Dėl didelio sukimo momento (paleidimo momento) jie gali pagerinti paleidimo charakteristikas esant žemai temperatūrai ir dabar išplėsti maitinimo sistemos galimybes. Jų panaudojimo elektros sistemoje tikslingumas paaiškinamas tuo, kad jų įkrovimo/iškrovimo laikas yra 5-60 sekundžių. Be to, jie gali būti naudojami kai kurių mašinų įrenginių paskirstymo sistemoje: solenoiduose, durų spynų reguliavimo sistemose ir langų stiklų padėtyse.
DIY superkondensatorius
Superkondensatorių galite pasidaryti savo rankomis. Kadangi jo dizainą sudaro elektrolitas ir elektrodai, turite nuspręsti dėl jų medžiagos. Elektrodams gana tinka varis, nerūdijantis plienas ar žalvaris. Galite paimti, pavyzdžiui, senas penkių kapeikų monetas. Taip pat reikės anglies miltelių (galite nusipirkti aktyvintos anglies vaistinėje ir sumalti). Paprastas vanduo tiks kaip elektrolitas, kuriame reikia ištirpinti valgomąją druską (100:25). Tirpalas sumaišomas su medžio anglies milteliais, kad susidarytų glaisto konsistencija. Dabar jis turi būti padengtas kelių milimetrų sluoksniu ant abiejų elektrodų.
Belieka pasirinkti elektrodus skiriančią tarpinę, pro kurios poras laisvai praeis elektrolitas, tačiau anglies milteliai bus sulaikyti. Šiems tikslams tinka stiklo pluoštas arba putų guma.
Elektrodai – 1,5; anglies-elektrolito danga – 2,4; tarpiklis - 3.
Kaip korpusą galite naudoti plastikinę dėžutę, prieš tai joje išgręžę skylutes prie elektrodų prilituotiems laidams. Sujungę laidus prie akumuliatoriaus, laukiame, kol įkraus „ionix“ konstrukcija, taip pavadinta todėl, kad ant elektrodų turėtų susidaryti skirtingos jonų koncentracijos. Įkrovą lengviau patikrinti naudojant voltmetrą.
Yra ir kitų būdų. Pavyzdžiui, naudojant skardinį popierių (skardos foliją – šokolado įvynioklis), skardos gabalėlius ir vaškuotą popierių, kurį galite pasigaminti patys, pjaustydami ir porai minučių panardinę servetėlės juosteles į ištirpusį, bet ne verdantį parafiną. Juostų plotis turi būti penkiasdešimt milimetrų, o ilgis - nuo dviejų šimtų iki trijų šimtų milimetrų. Nuėmus juosteles nuo parafino, buku peilio puse reikia nugramdyti parafiną.
Parafinu suvilgytas popierius sulankstytas į akordeono formą (kaip nuotraukoje). Iš abiejų pusių į tarpus įkišti staniolio lakštai, kurie atitinka 45x30 milimetrų dydį. Taip paruošus ruošinį, jis sulankstomas ir išlyginamas šiltu lygintuvu. Likę staniolio galai yra sujungti vienas su kitu iš išorės. Tam galite naudoti kartonines plokštes ir žalvario plokštes su skardos spaustukais, prie kurių vėliau prilituojami laidininkai, kad montuojant būtų galima sulituoti kondensatorių.
Kondensatoriaus talpa priklauso nuo staniolio lapelių skaičiaus. Jis lygus, pavyzdžiui, tūkstančiui pikofaradų naudojant dešimt tokių lapų ir dviem tūkstančiams, jei jų skaičius padvigubinamas. Ši technologija tinka kondensatorių, kurių talpa iki penkių tūkstančių pikofaradų, gamybai.
Jei reikia didelės talpos, tuomet reikia turėti seną mikrofaradinio popieriaus kondensatorių, kuris yra juostos ritinys, susidedantis iš vaškuoto popieriaus juostelių, tarp kurių klojama staniolio folijos juostelė.
Norėdami nustatyti juostelių ilgį, naudokite formulę:
l = 0,014 C/a, kur reikiamo kondensatoriaus talpa pF yra C; juostelių plotis cm – a: ilgis cm – 1.
Išvynioję nuo senojo kondensatoriaus reikiamo ilgio juosteles, iš visų pusių nupjaukite 10 mm foliją, kad kondensatoriaus plokštės nesusijungtų viena su kita.
Juostą reikia vėl suvynioti, bet pirmiausia prie kiekvienos folijos juostelės prilituojant suvytusius laidus. Konstrukcija iš viršaus padengta storu popieriumi, o ant išsikišusių popieriaus kraštų užsandarinti du tvirtinimo laidai (kieti), prie kurių vidinėje popieriaus rankovės pusėje prilituojami laidai iš kondensatoriaus (žr. pav.). Paskutinis žingsnis yra užpildyti struktūrą parafinu.
Anglies superkondensatorių privalumai
Kadangi šiandien negalima ignoruoti elektrinių transporto priemonių žygio visoje planetoje, mokslininkai sprendžia problemą, susijusią su greičiausiu jų įkrovimu. Idėjų kyla daug, tačiau tik kelios įgyvendinamos. Pavyzdžiui, Kinijoje Ningbo mieste buvo paleistas neįprastas miesto transporto maršrutas. Juo važiuojantis autobusas varomas elektros varikliu, tačiau įkrauti užtrunka vos dešimt sekundžių. Juo jis įveikia penkis kilometrus ir vėl išlaipinimo/keleivių pasiėmimo metu spėja pasikrauti.
Tai tapo įmanoma naudojant naujo tipo kondensatorius - anglį.
Anglies kondensatoriai Jie gali atlaikyti apie milijoną įkrovimo ciklų ir puikiai veikia temperatūros diapazone nuo minus keturiasdešimt iki plius šešiasdešimt penkių laipsnių. Atkurdami jie grąžina iki 80% energijos.
Jie pradėjo naują energijos valdymo erą, sumažindami iškrovimo ir įkrovimo laiką iki nanosekundžių ir sumažindami transporto priemonės svorį. Prie šių privalumų galime pridėti mažą kainą, nes gamyboje nenaudojami retieji žemių metalai ir ekologiškumas.