Суперконденсатор эсвэл ионистор нь энергийн массыг хадгалах төхөөрөмж бөгөөд электрод ба электролитийн хоорондох хил дээр цэнэгийн хуримтлал үүсдэг. Ашигтай энергийн эзэлхүүнийг статик төрлийн цэнэг хэлбэрээр хадгалдаг. Хуримтлуулах үйл явц нь ионистор нь ялтсууд дээрх боломжит зөрүүг хүлээн авах үед тогтмол хүчдэлтэй харилцан үйлчлэлцдэг. Технологийн хэрэгжилт, түүнчлэн ийм төхөөрөмжийг бий болгох санаа харьцангуй саяхан гарч ирсэн боловч тодорхой тооны асуудлыг шийдвэрлэхийн тулд туршилтын хэрэглээг хүлээн авч чадсан. Энэ хэсэг нь цаг, тооны машин, янз бүрийн микро схемд цахилгаан хангамжийн үндсэн хэрэгсэл болох химийн гаралтай одоогийн эх үүсвэрийг орлуулах боломжтой.
Конденсаторын энгийн загвар нь хавтангаас бүрдэх ба түүний материал нь хуурай тусгаарлах бодисоор тусгаарлагдсан тугалган цаас юм. Ионистор нь цахилгаан химийн төрлийн цэнэглэгчтэй хэд хэдэн конденсаторуудаас бүрдэнэ. Үүнийг үйлдвэрлэхэд тусгай электролит ашигладаг. Бүрхүүл нь хэд хэдэн төрлийн байж болно. Идэвхжүүлсэн нүүрстөрөгчийг их хэмжээний доторлогооны үйлдвэрлэлд ашигладаг. Металл исэл, өндөр дамжуулалттай полимер материалыг мөн ашиглаж болно. Шаардлагатай багтаамжийн нягтралд хүрэхийн тулд өндөр сүвэрхэг нүүрстөрөгчийн материалыг ашиглахыг зөвлөж байна. Нэмж дурдахад энэ арга нь ионисторыг гайхалтай хямд үнээр хийх боломжийг олгодог. Ийм хэсгүүд нь хавтан дээр үүссэн давхар тасалгаанд цэнэгийг хуримтлуулдаг DLC конденсаторын ангилалд багтдаг.
Дизайн шийдэл нь ионисторыг усны электролитийн суурьтай хослуулах үед дотоод элементүүдийн эсэргүүцэл багатай байдаг бол цэнэгийн хүчдэл нь 1 В хүртэл хязгаарлагддаг. Органик дамжуулагчийг ашиглах нь ойролцоогоор 2...3 хүчдэлийн түвшинг баталгаажуулдаг. V ба эсэргүүцэл нэмэгдсэн.
Цахим хэлхээ нь илүү их эрчим хүчний хэрэгцээтэй ажилладаг. Энэ асуудлыг шийдэх арга бол ашигласан цахилгаан цэгүүдийн тоог нэмэгдүүлэх явдал юм. Ионисторыг зөвхөн нэг биш, харин 3-4 ширхэгээр суурилуулж, шаардлагатай хэмжээний цэнэгийг өгдөг.
Никель-металл гидридийн батерейтай харьцуулахад ионистор нь эрчим хүчний нөөцийн аравны нэгийг багтаах чадвартай бөгөөд түүний хүчдэл нь хавтгай цэнэгийн бүсийг эс тооцвол шугаман буурдаг. Эдгээр хүчин зүйлүүд нь ионистор дахь цэнэгийг бүрэн хадгалах чадварт нөлөөлдөг. Цэнэглэх түвшин нь элементийн технологийн зорилгоос шууд хамаарна.
Ихэнх тохиолдолд ионисторыг санах ойн чипийг тэжээхэд ашигладаг бөгөөд шүүлтүүрийн хэлхээ, гөлгөр шүүлтүүрт багтдаг. Гэнэтийн гүйдлийн үр дагаврыг арилгахын тулд тэдгээрийг янз бүрийн төрлийн батерейтай хослуулж болно: бага гүйдэл өгөх үед ионистор цэнэглэгддэг, эс тэгвээс энэ нь энергийн нэг хэсгийг ялгаруулж, улмаар нийт ачааллыг бууруулдаг.
Эмийн сангаас нэг халбага идэвхжүүлсэн нүүрс, хэдэн дусал давсалсан ус, цагаан тугалга таваг, хуванцар лонхтой гэрэл зургийн хальс. Хийхэд л хангалттай DIY ионистор, багтаамж нь дэлхийн бөмбөрцгийн цахилгаан багтаамжтай ойролцоогоор ... тэнцүү цахилгаан конденсатор. Лейден сав.
Яг ийм төхөөрөмжийн тухай Америкийн нэгэн сонин 1777 онд бичсэн байх магадлалтай: “... Доктор Франклин Лондонгийн Гэгээн Паулын сүмийг атга үнс болгон хувиргах чадвартай шүдний чигчлүүрийн хэмжээтэй машин зохион бүтээжээ. ” Гэсэн хэдий ч хамгийн түрүүнд хийх зүйл.
Хүн төрөлхтөн хоёр зуун гаруй жилийн турш цахилгаан хэрэглэж ирсэн боловч цахилгааны үзэгдлүүд олон мянган жилийн туршид хүмүүст мэдэгдэж байсан бөгөөд удаан хугацааны туршид практик ач холбогдолгүй байв. Зөвхөн 18-р зууны эхээр шинжлэх ухаан нь моод зугаа цэнгэл болсон үед Германы эрдэмтэн Отто фон Герике олон нийтийн туршилт хийхэд тусгайлан зориулж "цахилгаан цахилгаан" машин бүтээж, түүний тусламжтайгаар урьд өмнө сонсож байгаагүй хэмжээгээр цахилгаан авчээ.
Уг машин нь шилэн бөмбөлөгөөс бүрдэх бөгөөд эргэлдэхэд нь арьс үрж байв. Түүний ажлын үр нөлөө маш их байсан: оч шаржигнаж, үл үзэгдэх цахилгаан хүч нь эмэгтэйчүүдийн алчуурыг урж, үсийг нь босгож байв. Биеийн цахилгаан цэнэгийг хуримтлуулах чадвар нь олон нийтийг гайхшруулсан.
1745 онд Нидерландын физикч Лейден Питер ван Мусшенбрук (1692 - 1761) шилэн саванд ус асгаж, вааранд хийсэн цэцэг шиг утсыг хийж, алгаа алгаа хавчуулж авчрав. электрофор машин. Уг лонх маш их цахилгаан цуглуулсан тул утаснаас тод оч гарч "дүлийрэх чимээ" гарав. Эрдэмтэн дараагийн удаа хуруугаараа утсанд хүрэхэд тэрээр ухаан алдсан цохилтыг хүлээн авсан; Хэрэв цагтаа ирсэн туслах Кунеус байгаагүй бол энэ хэрэг харамсалтайгаар дуусах байсан.
Ийнхүү тухайн үед мэдэгдэж байсан ямар ч биеэс хэдэн сая дахин их цэнэг хуримтлуулах төхөөрөмж бүтээгдсэн. Үүнийг "Лейден сав" гэж нэрлэдэг байв. Энэ бол нэг төрлийн конденсатор байсан бөгөөд тэдгээрийн нэг хавтан нь туршилтын алга, диэлектрик нь шилэн хана, хоёр дахь хавтан нь ус байв.
Шинэ бүтээлийн тухай мэдээ гэгээрсэн Европ даяар тархав. Лейден савыг Францын хаан Людовик XV-ийг сургахад тэр даруй ашигласан. Тоглолтууд эхэллээ. Түүхэнд мөнхөрсөн туршилтуудын нэгэнд цахилгаан гүйдэл гар барин хамгаалагчдын гинжээр дамжин өнгөрчээ. Цахилгаан гүйдэл цохиход бүгд агаарт жагсах гэж байгаа мэт нэг хүн шиг үсрэн бослоо. Өөр нэг туршилтаар 700 ламын гинжээр гүйдэл дамжуулсан...
Америкт Лейден ваартай хийсэн туршилтууд илүү практик чиглэлтэй болсон. 1747 онд тэдгээрийг АНУ-ыг үүсгэн байгуулагчдын нэг, аль хэдийн дурдсан Бенжамин Франклин эхлүүлсэн. Тэр ваарыг тугалган цаасаар боох санааг олсон бөгөөд түүний багтаамж хэд дахин нэмэгдэж, ажил аюулгүй болсон. Түүнтэй хийсэн туршилтаар Франклин цахилгаан гүйдэл нь дулааныг үүсгэж, термометр дэх мөнгөн усны баганыг өсгөж чадна гэдгийг баталжээ. Савыг тугалган цаасаар бүрхсэн шилэн хавтангаар сольсноор Франклин өөрийн сайжруулсан Лейден савнаас хэд дахин хөнгөн хавтгай конденсатор авчээ.
Сонин дээр бичсэнчлэн "Гэгээн Паулын сүмийг овоолгын үнс болгон хувиргах" боломжтой тийм их энерги хуримтлуулах чадвартай төхөөрөмжийн талаар түүх чимээгүй байгаа ч Б.Франклин үүнийг бүтээж чадаагүй гэсэн үг биш юм. .
Тэгээд яаж хийх вэ гэдэг рүүгээ буцах цаг ирлээ DIY ионистор. Хэрэв та хэрэгтэй бүх зүйлээ нөөцөлсөн бол тусгаарлагдсан утсыг гагнахын дараа цагаан тугалга хавтанг лаазны ёроолд буулгана. Дээрээс нь шүүлтүүрийн цаас байрлуулж, идэвхжүүлсэн нүүрс асгаж, давсалсан ус асгасны дараа "сэндвич" -ээ өөр электродоор таглана.
Ионисторын үйл ажиллагааны диаграмм.
Танд цахилгаан химийн конденсатор - ионистор байна. Идэвхжүүлсэн нүүрстөрөгчийн хэсгүүдийн нүхэнд давхар цахилгаан давхарга гарч ирдэг - өөр хоорондоо ойрхон байрладаг өөр өөр тэмдэг бүхий цахилгаан цэнэгийн хоёр давхарга, өөрөөр хэлбэл нэг төрлийн цахилгаан химийн конденсатор үүсдэг. Давхаргын хоорондох зайг ангстромоор (1 ангстром - 10-9 м) тооцоолно. Мэдэгдэж байгаагаар конденсаторын багтаамж нь ялтсуудын хоорондох зай бага байх тусам их байх болно.
Үүний улмаас давхар давхарга дахь нэгж эзлэхүүн дэх эрчим хүчний нөөц нь хамгийн хүчтэй тэсрэх бодисоос их байдаг. Энэ Лейден сав!
Ионистор дараах байдлаар ажилладаг. Гадны хүчдэл байхгүй тохиолдолд түүний хүчин чадал нь маш бага юм. Гэхдээ конденсаторын туйлуудад хэрэглэсэн хүчдэлийн нөлөөн дор зэргэлдээх нүүрсний давхаргууд цэнэглэгддэг. Уусмал дахь эсрэг тэмдэгтэй ионууд нүүрсний хэсгүүд рүү яаран очиж, тэдгээрийн гадаргуу дээр давхар цахилгаан давхарга үүсгэдэг.
Аж үйлдвэрийн цахилгаан химийн конденсатор (ионистор). Товчлуурын хэмжээтэй металл бүрхүүл нь сүвэрхэг жийргэвчээр тусгаарлагдсан идэвхжүүлсэн нүүрстөрөгчийн хоёр давхаргыг агуулдаг.
Үүнийг хэрхэн хийх схем DIY ионистор.
Хуванцар сав ба идэвхжүүлсэн нүүрсээр хийсэн гар хийцийн ионисторын диаграмм:
1 - дээд электрод;
2 - холбох утас;
3.5 - нойтон идэвхжүүлсэн нүүрс давхаргууд;
4 - сүвэрхэг тусгаарлах жийргэвч;
6 - доод электрод;
7 - бие.
Хэрэв конденсаторын туйлуудад ачаалал холбогдсон бол нүүрсний хэсгүүдийн дотоод гадаргуугаас эсрэг цэнэгүүд утаснуудын дагуу бие биен рүүгээ гүйж, тэдгээрийн нүхэнд байрлах ионууд гарч ирнэ.
Тэгээд л болоо. Одоо та үүнийг яаж хийхийг ойлгож байна DIY ионистор.
Орчин үеийн ионисторууд нь хэдэн арван, хэдэн зуун фарадын хүчин чадалтай. Цэнэглэх үед тэд агуу хүчийг хөгжүүлэх чадвартай бөгөөд маш бат бөх байдаг. Нэгж масс болон нэгж эзэлхүүн дэх эрчим хүчний нөөцийн хувьд ионистор нь батерейгаас доогуур хэвээр байна. Гэхдээ хэрэв та идэвхжүүлсэн нүүрсийг хамгийн нимгэн нүүрстөрөгчийн нано хоолой эсвэл бусад цахилгаан дамжуулагч бодисоор солих юм бол ионисторын эрчим хүчний эрчим нь гайхалтай том болно.
Бенжамин Франклин нанотехнологийн талаар огт бодоогүй цаг үед амьдарч байсан ч энэ нь ашиглагдаагүй гэсэн үг биш юм. Химийн салбарын Нобелийн шагналт Роберт Кюригийн хэлснээр эртний гар урчууд Дамаскийн гангаар ир хийхдээ нанотехнологийн аргыг өөрийн мэдэлгүй ашигладаг байжээ. Эртний дамаск ган нь металл бүтэц дэх нүүрстөрөгчийн тусгай найрлагын ачаар үргэлж хурц, бат бөх хэвээр байв.
Франклин нано хоолой агуулсан шатсан ургамлын иш зэрэг зарим төрлийн наноматериалуудыг супер конденсатор бүтээхэд ашиглаж болно. Энэ нь юу болохыг та нарын хэд нь ойлгож байна вэ? Лейден сав, мөн хэн үүнийг хийхийг оролдох вэ?
Техникийн шинж чанарыг нэмэгдүүлэхийн зэрэгцээ радио эд ангиудын хэмжээг багасгах шаардлага нь өнөөдөр хаа сайгүй хэрэглэгддэг олон тооны төхөөрөмжүүд гарч ирэхэд хүргэсэн. Энэ нь конденсаторуудад бүрэн нөлөөлсөн. Ионистор эсвэл суперконденсатор гэж нэрлэгддэг элементүүд нь 3-аас 30 вольтын цэнэглэх хүчдэлтэй өндөр хүчин чадалтай (энэ үзүүлэлтийн хүрээ нь 0.01-30 фарад хүртэл өргөн байдаг) элементүүд юм. Түүнээс гадна тэдний хэмжээ маш бага байдаг. Бидний ярианы сэдэв бол өөрөө хийдэг ионистор учраас юуны түрүүнд элементийг өөрөө, өөрөөр хэлбэл энэ нь юу болохыг ойлгох шаардлагатай байна.
Ионисторын дизайны онцлог
Үндсэндээ энэ бол том хүчин чадалтай ердийн конденсатор юм. Гэхдээ ионисторууд нь өндөр эсэргүүцэлтэй байдаг, учир нь элемент нь электролит дээр суурилдаг. Энэ бол анхных нь. Хоёр дахь нь бага цэнэглэх хүчдэл юм. Гол зүйл бол энэ суперконденсаторт ялтсууд бие биентэйгээ маш ойрхон байрладаг. Энэ нь хүчдэлийн бууралтын шалтгаан юм, гэхдээ яг ийм шалтгаанаар конденсаторын багтаамж нэмэгддэг.
Үйлдвэрийн ионжуулагчийг янз бүрийн материалаар хийдэг. Хавтас нь ихэвчлэн тугалган цаасаар хийгдсэн байдаг бөгөөд энэ нь тусгаарлах нөлөөтэй хуурай бодисоор тусгаарлагдсан байдаг. Жишээлбэл, идэвхжүүлсэн нүүрс (том хавтангийн хувьд), металлын исэл, өндөр цахилгаан дамжуулах чадвартай полимер бодисууд.
Ионжуулагчийг өөрийн гараар угсрах
Өөрийнхөө гараар ионжуулагчийг угсрах нь хамгийн хялбар зүйл биш боловч та үүнийг гэртээ хийж болно. Төрөл бүрийн материалыг агуулсан хэд хэдэн загвар байдаг. Бид тэдний нэгийг санал болгож байна. Үүнийг хийхийн тулд танд хэрэгтэй болно:
- металл кофены сав (50 гр);
- эмийн санд зарагддаг идэвхжүүлсэн нүүрсийг буталсан нүүрстөрөгчийн электродоор сольж болно;
- зэс хавтангийн хоёр тойрог;
- хөвөн ноосон
Юуны өмнө та электролит бэлтгэх хэрэгтэй. Үүнийг хийхийн тулд эхлээд идэвхжүүлсэн нүүрсийг нунтаг болгон бутлах хэрэгтэй. Дараа нь давсны уусмал хийж, 100 г усанд 25 г давс нэмж, бүгдийг нь сайтар холино. Дараа нь идэвхжүүлсэн нүүрс нунтаг аажмаар уусмалд нэмнэ. Түүний хэмжээ нь электролитийн нягтралаар тодорхойлогддог бөгөөд энэ нь шаваас шиг зузаан байх ёстой.
Үүний дараа бэлэн электролитийг зэс дугуйланд (нэг талдаа) хэрэглэнэ. Электролитийн давхарга зузаан байх тусам ионисторын хүчин чадал их болно гэдгийг анхаарна уу. Бас нэг зүйл бол хоёр тойрог дээр түрхсэн электролитийн зузаан ижил байх ёстой. Тиймээс электродууд бэлэн болсон тул одоо тэдгээрийг цахилгаан гүйдэл дамжуулдаг материалаар тусгаарлах хэрэгтэй, гэхдээ нүүрстөрөгчийн нунтаг дамжин өнгөрөхийг зөвшөөрөхгүй. Үүний тулд энгийн хөвөн ноосыг ашигладаг, гэхдээ энд олон сонголт байдаг. Хөвөн давхаргын зузаан нь металл кофены савны диаметрийг тодорхойлдог, өөрөөр хэлбэл электродын бүх бүтэц нь түүнд эвтэйхэн багтах ёстой. Тиймээс зарчмын хувьд та электродын хэмжээсийг өөрсдөө сонгох хэрэгтэй болно (зэс тойрог).
Үлдсэн зүйл бол электродуудыг терминалуудтай холбох явдал юм. Ингээд л өөрийн гараар, тэр байтугай гэртээ хийсэн ионистор бэлэн боллоо. Энэ загвар нь тийм ч том хүчин чадалгүй - 0.3 фарадаас ихгүй, цэнэглэх хүчдэл нь зөвхөн нэг вольт боловч энэ нь жинхэнэ ионистор юм. 
Сэдвийн талаархи дүгнэлт
Энэ элементийн талаар өөр юу хэлэх вэ? Хэрэв бид үүнийг жишээ нь никель-металл гидридын батерейтай харьцуулж үзвэл ионистор нь батерейны чадлын 10% хүртэл цахилгаан эрчим хүчийг хялбархан барьж чадна. Нэмж дурдахад түүний хүчдэлийн уналт огцом биш харин шугаман байдлаар тохиолддог. Гэхдээ элементийн цэнэгийн түвшин нь түүний технологийн зорилгоос хамаарна.
Хүмүүс анх цахилгаан эрчим хүчийг хуримтлуулахын тулд конденсатор ашиглаж байжээ. Дараа нь цахилгаан инженерчлэл лабораторийн туршилтаас давж гарахад батерейг зохион бүтээсэн бөгөөд энэ нь цахилгаан эрчим хүчийг хадгалах гол хэрэгсэл болжээ. Гэвч 21-р зууны эхэн үед цахилгаан тоног төхөөрөмжийг тэжээхэд конденсатор ашиглахыг дахин санал болгож байна. Энэ нь хэр боломжтой вэ, батерейнууд эцэст нь өнгөрсөн зүйл болох уу?
Конденсаторыг батерейгаар сольсон шалтгаан нь цахилгаан эрчим хүчийг хадгалах чадвартай байсантай холбоотой юм. Өөр нэг шалтгаан нь цэнэглэх үед батерейны гаралтын хүчдэл маш бага өөрчлөгддөг тул хүчдэл тогтворжуулагч шаардлагагүй эсвэл маш энгийн загвартай байж болно.
Конденсатор ба батерейны гол ялгаа нь конденсатор нь цахилгаан цэнэгийг шууд хуримтлуулдаг бол батерей нь цахилгаан энергийг химийн энерги болгон хувиргаж, хуримтлуулж, улмаар химийн энергийг дахин цахилгаан энерги болгон хувиргадаг.
Эрчим хүчний өөрчлөлтийн явцад түүний нэг хэсэг нь алдагддаг. Тиймээс хамгийн сайн батерей ч гэсэн 90% -иас ихгүй үр ашигтай байдаг бол конденсаторын хувьд 99% хүрч чаддаг. Химийн урвалын эрч хүч нь температураас хамаардаг тул батерей нь өрөөний температураас илүү хүйтэн цаг агаарт мэдэгдэхүйц муу ажилладаг. Үүнээс гадна батерей дахь химийн урвалууд бүрэн буцаагдах боломжгүй юм. Тиймээс цөөн тооны цэнэглэх цэнэгийн циклүүд (хэдэн мянган удаа, батерейны ашиглалтын хугацаа нь ихэвчлэн 1000 цэнэглэх цэнэггүйдэл байдаг), мөн "санах ойн эффект" байдаг. "Санах ойн эффект" нь батерейг тодорхой хэмжээний хуримтлагдсан энерги хүртэл цэнэглэж байх ёстой бөгөөд дараа нь түүний хүчин чадал хамгийн их байх болно гэдгийг санаарай. Хэрэв цэнэглэсний дараа илүү их энерги үлдэх юм бол батерейны хүчин чадал аажмаар буурах болно. "Санах ойн эффект" нь хүчиллэгээс бусад (тэдгээрийн сортууд - гель ба AGM гэх мэт) бараг бүх төрлийн батерейны шинж чанар юм. Лити-ион ба лити-полимер батерейнд ийм зүйл байдаггүй гэж нийтээр хүлээн зөвшөөрдөг ч үнэн хэрэгтээ тэд ч бас байдаг, энэ нь бусад төрлийнхээс бага хэмжээгээр илэрдэг. Хүчиллэг батерейны хувьд тэдгээр нь хавтангийн сульфатжуулалтын үр нөлөөг харуулдаг бөгөөд энэ нь эрчим хүчний эх үүсвэрт эргэлт буцалтгүй гэмтэл учруулдаг. Үүний нэг шалтгаан нь батерей нь удаан хугацаанд 50% -иас бага цэнэгтэй байдаг.
Альтернатив эрчим хүчний хувьд "санах ойн эффект" ба хавтангийн сульфат нь ноцтой асуудал юм. Нарны хавтан, салхин турбин зэрэг эх үүсвэрээс эрчим хүч нийлүүлэхийг урьдчилан таамаглахад хэцүү байдаг. Үүний үр дүнд батерейг цэнэглэх, цэнэглэх нь эмх замбараагүй, оновчтой бус горимд явагддаг.
Амьдралын орчин үеийн хэмнэлийн хувьд батерейг хэдэн цагийн турш цэнэглэх нь туйлын хүлээн зөвшөөрөгдөхгүй юм. Жишээлбэл, цэнэггүй батарей таныг цэнэглэх цэг дээр хэдэн цагийн турш гацсан бол цахилгаан тээврийн хэрэгслээр хол замд явахыг хэрхэн төсөөлөх вэ? Батерейг цэнэглэх хурд нь түүний дотор явагдаж буй химийн процессын хурдаар хязгаарлагддаг. Та цэнэглэх хугацааг 1 цаг хүртэл багасгаж болно, гэхдээ хэдхэн минут биш. Үүний зэрэгцээ конденсаторыг цэнэглэх хурд нь зөвхөн цэнэглэгчийн өгсөн хамгийн их гүйдлээр хязгаарлагддаг.
Батерейны жагсаасан сул талууд нь конденсаторыг яаралтай ашиглахад хүргэсэн.
Цахилгаан давхар давхаргыг ашиглах
Олон арван жилийн туршид электролитийн конденсаторууд хамгийн өндөр хүчин чадалтай байсан. Тэдгээрийн дотор ялтсуудын нэг нь металл тугалган цаас, нөгөө нь электролит, ялтсуудын хоорондох тусгаарлагч нь тугалган цаасыг бүрхсэн металл исэл байв. Электролитийн конденсаторын хувьд хүчин чадал нь фарадын 100-д хүрч болох бөгөөд энэ нь зайг бүрэн солиход хангалтгүй юм.
Мянга мянган фарадаар хэмжигддэг том багтаамжийг цахилгаан давхар давхарга гэж нэрлэгддэг конденсаторуудаар олж авах боломжтой. Тэдний үйл ажиллагааны зарчим нь дараах байдалтай байна. Цахилгаан давхар давхарга нь хатуу ба шингэн фазын бодисын интерфейс дээр тодорхой нөхцөлд үүсдэг. Ионы хоёр давхарга нь эсрэг тэмдэгтэй боловч ижил хэмжээтэй цэнэгтэй байдаг. Хэрэв бид нөхцөл байдлыг маш хялбаршуулах юм бол конденсатор үүсдэг бөгөөд тэдгээрийн "ялтсууд" нь заасан ионуудын давхаргууд бөгөөд тэдгээрийн хоорондох зай нь хэд хэдэн атомтай тэнцүү байна.
Энэ нөлөөнд суурилсан конденсаторыг заримдаа ионистор гэж нэрлэдэг. Үнэн хэрэгтээ энэ нэр томъёо нь зөвхөн цахилгаан цэнэгийг хадгалдаг конденсаторуудад хамаарахаас гадна цахилгаан эрчим хүчийг хадгалах бусад төхөөрөмжүүдэд хамаарна - цахилгаан энергийг хэсэгчлэн химийн энерги болгон хувиргах, цахилгаан цэнэгийг хадгалах (эрлийз ионистор), түүнчлэн давхар цахилгаан давхарга (псевдоконденсатор гэж нэрлэгддэг) дээр суурилсан батерейнууд. Тиймээс "супер конденсатор" гэсэн нэр томъёо илүү тохиромжтой. Заримдаа оронд нь "ultracapacitor" гэсэн ижил нэр томъёог ашигладаг.
Техникийн хэрэгжилт
Суперконденсатор нь электролитээр дүүргэсэн идэвхжүүлсэн нүүрс бүхий хоёр хавтангаас бүрдэнэ. Тэдгээрийн хооронд электролитийг нэвтрүүлэх боломжийг олгодог мембран байдаг боловч ялтсуудын хооронд идэвхжүүлсэн нүүрстөрөгчийн хэсгүүдийн бие махбодийн хөдөлгөөнөөс сэргийлдэг.
Суперконденсаторууд нь туйлшралгүй гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Үүн дээр тэд электролитийн конденсаторуудаас үндсэндээ ялгаатай бөгөөд тэдгээр нь дүрмээр бол туйлшралаар тодорхойлогддог бөгөөд үүнийг дагаж мөрдөхгүй байх нь конденсаторын эвдрэлд хүргэдэг. Гэсэн хэдий ч туйлшралыг суперконденсаторуудад бас ашигладаг. Энэ нь суперконденсаторууд нь үйлдвэрийн угсралтын шугамыг аль хэдийн цэнэглэгдсэн байдагтай холбоотой бөгөөд тэмдэглэгээ нь энэ цэнэгийн туйлшралыг илтгэнэ.
Суперконденсаторын параметрүүд
Бичиж байх үед бие даасан суперконденсаторын хамгийн их хүчин чадал нь 12,000 F. Олон тооны суперконденсаторуудын хувьд энэ нь 3,000 F-ээс ихгүй байна. Хавтануудын хоорондох зөвшөөрөгдөх дээд хүчдэл нь 10 В-оос хэтрэхгүй. Худалдааны суперконденсаторуудын хувьд, Энэ үзүүлэлт нь дүрмээр бол 2. 3 – 2.7 В-ийн дотор байна. Бага ажиллах хүчдэл нь тогтворжуулагч функцтэй хүчдэл хувиргагчийг ашиглахыг шаарддаг. Баримт нь цэнэггүй байх үед конденсаторын хавтан дээрх хүчдэл өргөн хүрээнд өөрчлөгддөг. Ачаалал ба цэнэглэгчийг холбох хүчдэлийн хувиргагчийг барих нь энгийн ажил биш юм. Та 60 Вт ачааллыг тэжээх хэрэгтэй гэж бодъё.
Асуудлыг авч үзэхийг хялбарчлахын тулд бид хүчдэлийн хувиргагч ба тогтворжуулагчийн алдагдлыг үл тоомсорлох болно. Хэрэв та ердийн 12 В зайтай ажиллаж байгаа бол хяналтын электрон төхөөрөмж нь 5 А-ийн гүйдлийг тэсвэрлэх чадвартай байх ёстой. Ийм электрон төхөөрөмжүүд нь өргөн тархсан бөгөөд хямдхан байдаг. Гэвч суперконденсаторыг ашиглах үед огт өөр нөхцөл байдал үүсдэг бөгөөд түүний хүчдэл нь 2.5 В. Дараа нь хөрвүүлэгчийн электрон бүрэлдэхүүн хэсгүүдээр дамжин урсах гүйдэл нь 24 А хүрч болох бөгөөд энэ нь хэлхээний технологи, орчин үеийн элементийн суурьтай болох шинэ арга барилыг шаарддаг. 20-р зууны 70-аад онд цуврал үйлдвэрлэж эхэлсэн супер конденсаторууд одоо л олон салбарт өргөн хэрэглэгдэж эхэлснийг хөрвүүлэгч, тогтворжуулагч барих нарийн төвөгтэй байдал нь тайлбарлаж болно.
Суперконденсаторыг батерейнд цуваа эсвэл зэрэгцээ холболтоор холбож болно. Эхний тохиолдолд хамгийн их зөвшөөрөгдөх хүчдэл нэмэгддэг. Хоёр дахь тохиолдолд - хүчин чадал. Зөвшөөрөгдөх хамгийн их хүчдэлийг ийм байдлаар нэмэгдүүлэх нь асуудлыг шийдэх нэг арга боловч та багтаамжийг багасгах замаар үүнийг төлөх шаардлагатай болно.
Суперконденсаторуудын хэмжээс нь тэдний хүчин чадлаас шууд хамаардаг. 3000 F-ийн багтаамжтай ердийн суперконденсатор нь ойролцоогоор 5 см диаметртэй, 14 см урттай цилиндр юм. 10 F-ийн багтаамжтай суперконденсатор нь хүний хумстай харьцуулах хэмжээтэй байдаг.
Сайн суперконденсаторууд нь хэдэн зуун мянган цэнэглэх цэнэгийн мөчлөгийг тэсвэрлэх чадвартай бөгөөд энэ үзүүлэлтээр батерейгаас 100 дахин их байдаг. Гэхдээ электролитийн конденсаторын нэгэн адил суперконденсаторууд нь электролитийн аажмаар алдагдахаас болж хөгшрөлтийн асуудалтай тулгардаг. Одоогийн байдлаар энэ шалтгааны улмаас суперконденсаторын эвдрэлийн талаархи бүрэн статистик мэдээлэл хуримтлагдаагүй байгаа боловч шууд бус мэдээллээр суперконденсаторуудын ашиглалтын хугацааг ойролцоогоор 15 жил гэж тооцож болно.
Хуримтлагдсан энерги
Конденсаторт хуримтлагдсан энергийн хэмжээг жоульоор илэрхийлнэ.
Энд C нь фарадаар илэрхийлэгдсэн багтаамж, U нь вольтоор илэрхийлэгдсэн хавтан дээрх хүчдэл юм.
Конденсаторт хуримтлагдсан энергийн хэмжээг кВтц-аар илэрхийлнэ:
Иймээс 2.5 В-ын хавтангийн хоорондох хүчдэлтэй 3000 F-ийн багтаамжтай конденсатор нь зөвхөн 0.0026 кВт цаг хадгалах чадвартай. Үүнийг жишээ нь лити-ион батерейтай харьцуулах нь юу вэ? Хэрэв бид түүний гаралтын хүчдэлийг цэнэгийн хэмжээнээс хамааралгүй, 3.6 В-той тэнцүү гэж үзвэл 0.72 Ah хүчин чадалтай лити-ион батерейнд 0.0026 кВт.ц энерги хуримтлагдана. Харамсалтай нь, маш даруухан үр дүн.
Суперконденсаторуудын хэрэглээ
Яаралтай гэрэлтүүлгийн систем нь батерейны оронд суперконденсатор ашиглах нь бодит өөрчлөлтийг бий болгодог. Үнэн хэрэгтээ энэ програм нь жигд бус ялгадасаар тодорхойлогддог. Нэмж дурдахад, яаралтай тусламжийн чийдэнг хурдан цэнэглэж, түүнд ашигладаг нөөц тэжээлийн эх үүсвэр нь илүү найдвартай байх нь зүйтэй юм. Супер конденсатор дээр суурилсан нөөц тэжээлийн хангамжийг T8 LED чийдэнтэй шууд холбож болно. Ийм чийдэнг Хятадын хэд хэдэн компани аль хэдийн үйлдвэрлэдэг.
Өмнө дурьдсанчлан, суперконденсаторыг хөгжүүлэх нь эрчим хүчний өөр эх үүсвэрийг сонирхож байгаатай холбоотой юм. Гэхдээ практик хэрэглээ нь нарнаас эрчим хүч авдаг LED чийдэнгээр хязгаарлагддаг.
Цахилгаан тоног төхөөрөмжийг эхлүүлэхийн тулд суперконденсаторыг ашиглах нь идэвхтэй хөгжиж байна.
Суперконденсаторууд нь богино хугацаанд их хэмжээний эрчим хүчийг дамжуулах чадвартай. Хэт конденсатораас цахилгаан тоног төхөөрөмжийг асаах үед цахилгаан эрчим хүчний сүлжээний оргил ачааллыг бууруулж, эцэст нь гүйдлийн хязгаарыг бууруулж, асар их зардал хэмнэх боломжтой болно.
Хэд хэдэн суперконденсаторыг батарей болгон нэгтгэснээр бид цахилгаан машинд ашигладаг батерейтай дүйцэхүйц хүчин чадалд хүрч чадна. Гэхдээ энэ батерей нь батерейгаас хэд дахин их жинтэй байх бөгөөд энэ нь тээврийн хэрэгслийн хувьд хүлээн зөвшөөрөгдөхгүй юм. Графен дээр суурилсан суперконденсаторуудыг ашиглан асуудлыг шийдэж болох ч одоогоор тэдгээр нь зөвхөн прототип хэлбэрээр л байгаа. Гэхдээ зөвхөн цахилгаанаар ажилладаг алдарт Yo-mobile-ын ирээдүйтэй хувилбар нь Оросын эрдэмтдийн бүтээж буй шинэ үеийн суперконденсаторуудыг эрчим хүчний эх үүсвэр болгон ашиглах юм.
Суперконденсаторууд нь ердийн бензин эсвэл дизель хөдөлгүүртэй тээврийн хэрэгслийн батерейг солиход ашигтай байх болно - ийм машинд ашиглах нь аль хэдийн бодитой болсон.
Энэ хооронд суперконденсаторыг нэвтрүүлэх төслүүдээс хамгийн амжилттай нь Москвагийн гудамжинд саяхан гарч ирсэн Орост үйлдвэрлэсэн шинэ троллейбусууд гэж үзэж болно. Холбоо барих сүлжээнд хүчдэлийн хангамж тасалдсан эсвэл гүйдлийн коллекторууд "нисэх" үед троллейбус бага хурдтай (ойролцоогоор 15 км / цаг) хэдэн зуун метрийн зайд хөдөлгөөнд саад учруулахгүй газар хүрэх боломжтой. зам дээр. Ийм маневр хийх эрчим хүчний эх үүсвэр нь суперконденсаторуудын зай юм.
Ерөнхийдөө одоохондоо суперконденсаторууд батерейг зөвхөн тодорхой "тор" -д шилжүүлж чаддаг. Гэхдээ технологи хурдацтай хөгжиж байгаа бөгөөд энэ нь ойрын ирээдүйд суперконденсаторын хэрэглээний цар хүрээ ихээхэн өргөжих болно гэж найдаж байна.
Алексей Васильев
Суперконденсаторыг сүүлийн жилүүдийн хамгийн тод хөгжил гэж нэрлэж болно. Ердийн конденсаторуудтай харьцуулахад ижил хэмжээсүүд нь багтаамжийн хувьд гурван дарааллаар ялгаатай байдаг. Үүний тулд конденсаторууд "супер" гэсэн угтварыг хүлээн авсан. Тэд богино хугацаанд асар их энерги ялгаруулж чаддаг.
Тэдгээрийг янз бүрийн хэмжээ, хэлбэрээр авах боломжтой:Төхөөрөмжийн гадаргуу дээр суурилуулсан, зоосноос ихгүй хэмжээтэй маш жижиг зүйлээс эхлээд маш том цилиндр ба призматик хүртэл. Тэдний гол зорилго нь хүчдэлийн уналтын үед үндсэн эх үүсвэрийг (зайг) хуулбарлах явдал юм.
Эрчим хүч их шаарддаг орчин үеийн цахим болон цахилгааны системүүд нь эрчим хүчний хангамжид өндөр шаардлага тавьдаг. Шинээр гарч ирж буй тоног төхөөрөмж (дижитал камер, электрон гар төхөөрөмж, цахилгаан тээврийн хэрэгслийн дамжуулалт хүртэл) шаардлагатай эрчим хүчийг хадгалах, хангах шаардлагатай.
Орчин үеийн хөгжүүлэгчид энэ асуудлыг хоёр аргаар шийддэг.
- Өндөр гүйдлийн импульс дамжуулах чадвартай зайг ашиглах
- Суперконденсаторыг даатгал болгон батерейтай зэрэгцүүлэн холбох замаар, i.e. "эрлийз" шийдэл.
Сүүлчийн тохиолдолд батерейны хүчдэл буурах үед суперконденсатор нь тэжээлийн эх үүсвэр болдог. Энэ нь батерейнууд нь эрчим хүчний өндөр нягтралтай, бага эрчим хүчний нягтралтай байдаг бол суперконденсаторууд нь эсрэгээрээ бага эрчим хүчний нягтралтай боловч өндөр эрчим хүчний нягтралтай байдагтай холбоотой юм. тэдгээр нь ачааллыг гадагшлуулах гүйдлийг өгдөг. Суперконденсаторыг батарейтай зэрэгцүүлэн холбосноор та үүнийг илүү үр ашигтай ашиглаж, ашиглалтын хугацааг уртасгах боломжтой.
Суперконденсаторыг хаана ашигладаг вэ?
Видео: Машинд гарааны зайны оронд 116.6F 15V (6* 700F 2.5V) суперконденсаторын туршилт
Автомашины электрон системд тэдгээрийг хөдөлгүүрийг эхлүүлэхэд ашигладаг., ингэснээр батерейны ачааллыг бууруулна. Тэд мөн утас диаграммыг багасгах замаар жингээ хасах боломжтой болгодог. Тэдгээрийг гибрид машинд өргөн ашигладаг бөгөөд генераторыг дотоод шаталтат хөдөлгүүрээр удирддаг бөгөөд цахилгаан мотор (эсвэл мотор) нь машиныг жолооддог, i.e. Суперконденсатор (энергийн кэш) нь хурдатгал болон хөдөлгөөний үед гүйдлийн эх үүсвэр болгон ашиглагддаг бөгөөд тоормослох үед "цэнэглэдэг". Шинэ төрлийн конденсаторууд нь түлшний зарцуулалтыг 50% бууруулж, байгаль орчинд хортой хийн ялгаралтыг 90% бууруулах боломжтой тул тэдгээрийг зөвхөн суудлын автомашинд төдийгүй хотын тээвэрт ашиглах нь ирээдүйтэй юм.
Би суперконденсаторын батерейг бүрэн сольж чадахгүй байгаа ч энэ бол цаг хугацааны л асуудал. Батерейны оронд суперконденсатор ашиглах нь тийм ч гайхалтай биш юм. Хэрэв QUT их сургуулийн нанотехнологичид зөв замаар явбал ойрын ирээдүйд энэ нь бодит ажил болно. Хамгийн сүүлийн үеийн суперконденсаторуудыг агуулсан биеийн хавтан нь батерейны үүрэг гүйцэтгэх боломжтой болно. Энэ их сургуулийн ажилчид лити-ион батерей болон суперконденсаторын давуу талыг шинэ төхөөрөмжид нэгтгэж чаджээ. Шинэ нимгэн, хөнгөн, хүчирхэг суперконденсатор нь тэдгээрийн хооронд байрлах электролит бүхий нүүрстөрөгчийн электродуудаас бүрддэг. Эрдэмтдийн үзэж байгаагаар шинэ бүтээгдэхүүнийг биеийн аль ч хэсэгт суулгаж болно.
Өндөр эргэлтийн моментийн (эхлэх момент) ачаар тэд бага температурт эхлэх шинж чанарыг сайжруулж, одоо эрчим хүчний системийн чадавхийг өргөжүүлж чадна. Тэдгээрийг эрчим хүчний системд ашиглах нь зүйтэй гэдгийг тэдний цэнэглэх / цэнэглэх хугацаа 5-60 секунд байгаатай холбон тайлбарлаж байна. Үүнээс гадна тэдгээрийг зарим машины төхөөрөмжийн түгээлтийн системд ашиглаж болно: ороомог, хаалганы түгжээг тохируулах систем, цонхны шилний байрлал.
DIY супер конденсатор
Та өөрийн гараар суперконденсатор хийж болно. Түүний загвар нь электролит ба электродуудаас бүрддэг тул та тэдгээрийн материалыг сонгох хэрэгтэй. Зэс, зэвэрдэггүй ган эсвэл гууль нь электродуудад тохиромжтой. Жишээлбэл, та хуучин таван копейк зоос авч болно. Мөн нүүрстөрөгчийн нунтаг хэрэгтэй болно (та эмийн санд идэвхжүүлсэн нүүрс худалдаж аваад нунтаглаж болно). Энгийн ус нь электролитийн үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд үүнд та ширээний давсыг уусгах хэрэгтэй (100:25). Уг уусмалыг нүүрс нунтагтай хольж, шаваастай тууштай болгоно. Одоо үүнийг хэд хэдэн миллиметрийн давхаргад хоёр электрод дээр түрхэх ёстой.
Үлдсэн зүйл бол электродуудыг тусгаарлах жийргэвчийг сонгох явдал бөгөөд тэдгээрийн нүхээр электролит чөлөөтэй дамжих боловч нүүрстөрөгчийн нунтаг үлдэх болно. Эдгээр зорилгоор шилэн эсвэл хөөс резин тохиромжтой.
электродууд - 1.5; нүүрстөрөгчийн электролитийн бүрээс - 2.4; жийргэвч - 3.
Та электродуудад гагнасан утаснуудад өмнө нь нүх өрөмдсөн хуванцар хайрцгийг бүрээс болгон ашиглаж болно. Утаснуудыг зайнд холбосны дараа бид "ionix" загварыг цэнэглэхийг хүлээж байгаа тул электродууд дээр ионуудын янз бүрийн концентраци үүсэх ёстой тул ийм нэртэй болсон. Вольтметр ашиглан цэнэгийг шалгах нь илүү хялбар байдаг.
Өөр арга замууд бий. Жишээлбэл, цагаан тугалга цаас (цагаан тугалган цаас - шоколадан боодол), цагаан тугалга, лав цаасыг ашиглан хайлсан, гэхдээ буцалгахгүй парафинтай цаасан тууз хайчилж, дүрж өөрөө хийж болно. Туузны өргөн нь тавин миллиметр, урт нь хоёр зуугаас гурван зуун миллиметр хүртэл байх ёстой. Парафинаас туузыг салгасны дараа та парафиныг хутганы мохоо талаар хусах хэрэгтэй.
Парафинд дэвтээсэн цаасыг баян хуур хэлбэртэй (зураг дээрх шиг) нугалав. Хоёр талдаа станиол хуудсыг 45х30 миллиметр хэмжээтэй тохирч байгаа цоорхойд оруулдаг. Ажлын хэсгийг бэлтгэсний дараа нугалж, дараа нь дулаан төмрөөр индүүднэ. Үлдсэн станиолын төгсгөлүүд нь гаднаасаа хоорондоо холбогддог. Үүний тулд та картон хавтан, цагаан тугалга хавчаартай гуулин хавтанг ашиглаж болох бөгөөд тэдгээрт дамжуулагчийг дараа нь гагнах бөгөөд ингэснээр угсралтын явцад конденсаторыг гагнах боломжтой болно.
Конденсаторын багтаамж нь станиол навчны тооноос хамаарна. Жишээлбэл, арван ийм хуудсыг ашиглахдаа энэ нь мянган пикофарадтай тэнцүү, хэрэв тэдгээрийн тоог хоёр дахин нэмэгдүүлбэл хоёр мянга байна. Энэхүү технологи нь таван мянган пикофарадын багтаамжтай конденсатор үйлдвэрлэхэд тохиромжтой.
Хэрэв том хүчин чадал шаардлагатай бол та хуучин микрофарад цаасан конденсатортай байх хэрэгтэй бөгөөд энэ нь лав цаасны туузаас бүрдсэн туузан тууз бөгөөд тэдгээрийн хооронд станиол тугалган цаас байрлуулсан байна.
Туузны уртыг тодорхойлохын тулд дараах томъёог ашиглана уу.
l = 0.014 C / a, pF дахь шаардлагатай конденсаторын багтаамж нь C; зураасны өргөн см – a: урт см – 1.
Хуучин конденсатораас шаардлагатай урттай туузыг задласны дараа конденсаторын ялтсуудыг хооронд нь холбохоос сэргийлж бүх талаас нь 10 мм-ийн тугалган цаасыг таслана.
Соронзон хальсыг дахин өнхрүүлэх хэрэгтэй, гэхдээ эхлээд тугалган цаас болгонд судалтай утсыг гагнах хэрэгтэй. Бүтэц нь дээр нь зузаан цаасаар хучигдсан бөгөөд цаасны цухуйсан ирмэг дээр хоёр бэхэлгээний утас (хатуу) битүүмжилж, конденсаторын утаснууд нь цаасны ханцуйны дотор талд гагнагдсан байна (зураг харна уу). Сүүлийн алхам бол бүтцийг парафинаар дүүргэх явдал юм.
Нүүрстөрөгчийн суперконденсаторуудын давуу тал
Өнөөдөр дэлхий даяар цахилгаан тээврийн хэрэгслийн маршийг үл тоомсорлож болохгүй тул эрдэмтэд хамгийн хурдан цэнэглэхтэй холбоотой асуудал дээр ажиллаж байна. Олон санаа гарч ирдэг ч цөөхөн нь л хэрэгждэг. Жишээлбэл, Хятадад Нинбо хотод хотын тээврийн ер бусын маршрут гарчээ. Түүн дээр явж байгаа автобус нь цахилгаан мотороор ажилладаг ч цэнэглэхэд арван секунд л хангалттай. Үүн дээр тэрээр таван км замыг туулж, зорчигчдыг буулгах / авах үед дахин цэнэглэж чадаж байна.
Энэ нь шинэ төрлийн конденсатор - нүүрстөрөгчийг ашигласны ачаар боломжтой болсон.
Нүүрстөрөгчийн конденсаторТэд нэг сая орчим цэнэглэх циклийг тэсвэрлэх чадвартай бөгөөд хасах дөчөөс жаран таван градусын температурт төгс ажилладаг. Тэд эрчим хүчний 80 хүртэлх хувийг нөхөн сэргээх замаар буцааж өгдөг.
Тэд цахилгаан эрчим хүчний менежментийн шинэ эрин үеийг эхлүүлж, цэнэглэх, цэнэглэх хугацааг нано секунд хүртэл бууруулж, тээврийн хэрэгслийн жинг бууруулсан. Эдгээр давуу талууд дээр бид газрын ховор металл, байгаль орчинд ээлтэй байдлыг үйлдвэрлэлд ашигладаггүй тул хямд өртөгийг нэмж болно.