En superkondensator eller ionistor er en enhet for lagring av energimasser ladningsakkumulering skjer ved grensen mellom elektroden og elektrolytten. Det nyttige energivolumet lagres som en statisk ladning. Akkumuleringsprosessen kommer ned til interaksjon med en konstant spenning når ionistoren mottar en potensialforskjell over platene sine. Teknologisk implementering, så vel som selve ideen om å lage slike enheter, dukket opp relativt nylig, men de klarte å få eksperimentell bruk for å løse et visst antall problemer. Delen kan erstatte gjeldende kilder av kjemisk opprinnelse, være en sikkerhetskopi eller den viktigste kraftforsyningen i klokker, kalkulatorer og forskjellige mikrokretser.
Den elementære utformingen av en kondensator består av en plate, materialet som er folie, avgrenset av et tørt skillestoff. Ionitoren består av en rekke kondensatorer med en lader av elektrokjemisk type. Spesielle elektrolytter brukes til produksjonen. Belegg kan være av flere varianter. Aktivt karbon brukes til fremstilling av foringer i stor skala. Metalloksider og polymermaterialer med høy ledningsevne kan også brukes. For å oppnå den nødvendige kapasitive tettheten, anbefales det å bruke svært porøse karbonmaterialer. I tillegg lar denne tilnærmingen deg lage en ionistor til en imponerende lav pris. Slike deler tilhører kategorien DLC-kondensatorer, som akkumulerer ladning i et dobbeltrom dannet på platen.
Designløsningen, når ionistoren er kombinert med en vannelektrolyttbase, er preget av lav motstand av de indre elementene, mens ladespenningen er begrenset til 1 V. Bruk av organiske ledere garanterer spenningsnivåer på ca. 2...3 V og økt motstand.
Elektroniske kretser opererer med høyere energibehov. Løsningen på dette problemet er å øke antall strømpunkter som brukes. Ionistoren er installert ikke bare en, men i en mengde på 3-4 stykker, noe som gir den nødvendige mengden ladning.
Sammenlignet med et nikkel-metallhydridbatteri, er ionistoren i stand til å inneholde en tiendedel av energireserven, mens spenningen faller lineært, ekskluderer soner med plan utladning. Disse faktorene påvirker evnen til fullt ut å beholde ladningen i ionistoren. Ladenivået avhenger direkte av elementets teknologiske formål.
Ganske ofte brukes en ionistor til å drive minnebrikker og er inkludert i filterkretser og utjevningsfiltre. De kan også kombineres med batterier av ulike typer for å bekjempe konsekvensene av plutselige strømstøt: Når en lav strøm tilføres, lades ionistoren opp igjen, ellers frigjør den en del av energien, og reduserer dermed den totale belastningen.
En spiseskje aktivert kull fra et apotek, noen dråper saltet vann, en blikkplate og en plastboks med fotografisk film. Det er nok å gjøre DIY ionist, en elektrisk kondensator hvis kapasitans er omtrent lik den elektriske kapasitansen ... på kloden. Leyden krukke.
Det er mulig at en av de amerikanske avisene skrev om nettopp et slikt apparat i 1777: «... Dr. Franklin har oppfunnet en maskin på størrelse med en tannpirker, som er i stand til å gjøre Londons St. Paul's Cathedral om til en håndfull aske. ” Men først ting først.
Menneskeheten har brukt elektrisitet i litt over to århundrer, men elektriske fenomener har vært kjent for folk i tusenvis av år og har ikke hatt praktisk betydning på lenge. Først på begynnelsen av 1700-tallet, da vitenskapen ble en fasjonabel underholdning, skapte den tyske forskeren Otto von Guericke en "elektroforisk" maskin spesielt for å utføre offentlige eksperimenter, ved hjelp av hvilken han mottok elektrisitet i tidligere uhørte mengder.
Maskinen besto av en glasskule, som et stykke skinn gned seg mot mens den roterte. Effekten av arbeidet hennes var stor: gnister sprakk, usynlige elektriske krefter rev av damesjal og fikk håret til å reise seg. Publikum ble spesielt overrasket over kroppens evne til å akkumulere elektriske ladninger.
I 1745 helte den nederlandske fysikeren fra Leiden Pieter van Musschenbroek (1692 - 1761) vann i en glasskrukke, la et stykke ståltråd inni, som en blomst i en vase, og holdt den forsiktig med håndflatene og brakte den til elektrofor maskin. Flasken samlet så mye elektrisitet at en lys gnist fløy ut av trådstykket med et «ørøvende brøl». Neste gang forskeren rørte ved ledningen med fingeren, fikk han et slag som han mistet bevisstheten fra; Hvis det ikke var for assistent Kuneus, som kom i tide, kunne saken ha endt trist.
Dermed ble det laget en enhet som kunne akkumulere millioner av ganger mer ladning enn noen kropp kjent på den tiden. Den ble kalt «Leyden-krukken». Det var en slags kondensator, en av platene var eksperimentatorens håndflater, dielektrikumet var glassvegger, og den andre platen var vann.
Nyheten om oppfinnelsen spredte seg over hele det opplyste Europa. Leyden-krukken ble umiddelbart brukt til å utdanne den franske kongen Ludvig XV. Forestillingene begynte. I et av eksperimentene som gikk over i historien, ble en elektrisk strøm ført gjennom en kjede av vakter som holdt hender. Da den elektriske utladningen traff, hoppet alle opp som én, som om de skulle marsjere i luften. I et annet eksperiment ble strøm ført gjennom en kjede med 700 munker...
Eksperimenter med Leyden-krukken i Amerika tok en mer praktisk retning. I 1747 ble de startet av en av grunnleggerne av USA, den allerede nevnte Benjamin Franklin. Han kom på ideen om å pakke inn krukken i tinnfolie, og kapasiteten økte mange ganger, og arbeidet ble sikrere. I eksperimenter med det beviste Franklin at en elektrisk utladning kan generere varme og heve kvikksølvkolonnen i et termometer. Og ved å erstatte krukken med en glassplate dekket med tinnfolie, fikk Franklin en flat kondensator, mange ganger lettere enn til og med Leyden-krukken han forbedret.
Historien er taus om en enhet som er i stand til å lagre så mye energi at den, som avisen skrev, kunne brukes til å "gjøre St. Paul's Cathedral om til en haug med aske", men dette betyr ikke at B. Franklin ikke kunne lage den .
Og her er det på tide å gå tilbake til hvordan du gjør DIY ionist. Hvis du har fylt opp alt du trenger, senk tinnplaten til bunnen av filmboksen, etter å ha loddet et stykke isolert ledning til den. Plasser en filterpapirpute på toppen, hell et lag med aktivt kull på den, og etter å ha hellet saltvann, dekk "smørbrødet" med en annen elektrode.
Diagram over ionistoperasjonen.
Du har en elektrokjemisk kondensator - ionistor. Det er interessant fordi i porene til aktivert karbonpartikler vises et såkalt dobbelt elektrisk lag - to lag med elektriske ladninger av forskjellige tegn plassert nær hverandre, det vil si en slags elektrokjemisk kondensator. Avstanden mellom lagene beregnes i ångstrøm (1 ångstrøm - 10-9 m). Og kapasitansen til en kondensator, som kjent, jo større jo mindre er avstanden mellom platene.
På grunn av dette er energireserven per volumenhet i dobbeltlaget større enn for det kraftigste sprengstoffet. Dette Leyden krukke!
Ionistoren fungerer som følger. I fravær av ekstern spenning er kapasiteten ubetydelig. Men under påvirkning av spenning påført polene til kondensatoren, lades de tilstøtende lagene av kull. Ioner med motsatt fortegn i løsningen skynder seg til kullpartiklene og danner et dobbelt elektrisk lag på overflaten deres.
Industriell elektrokjemisk kondensator (ionistor). Metallhuset i knappstørrelse inneholder to lag med aktivert karbon, atskilt med en porøs avstandsholder.
Planlegg hvordan du gjør det DIY ionist.
Diagram av en hjemmelaget ionistor laget av en plastkrukke og aktivert karbon:
1 - øvre elektrode;
2 - tilkoblingsledninger;
3,5 - lag med vått aktivert karbon;
4 - porøs skillepakning;
6 - bunnelektrode;
7 - kropp.
Hvis en last er koblet til polene til kondensatoren, vil motsatte ladninger fra den indre overflaten av kullpartiklene løpe langs ledningene mot hverandre, og ionene som ligger i porene deres vil komme ut.
Det er alt. nå forstår du hvordan du gjør det DIY ionist.
Moderne ionistorer har en kapasitet på titalls og hundrevis av farader. Når de utlades, er de i stand til å utvikle stor kraft og er svært holdbare. Når det gjelder energireserve per enhet masse og volumenhet, er ionistorer fortsatt dårligere enn batterier. Men erstatter du aktivt karbon med de tynneste karbon-nanorørene eller annet elektrisk ledende stoff, kan energiintensiteten til ionistoren bli fantastisk stor.
Benjamin Franklin levde i en tid da nanoteknologi ikke en gang ble tenkt på, men dette betyr ikke at den ikke ble brukt. Som nobelprisvinner i kjemi Robert Curie rapporterte, brukte eldgamle håndverkere, uten å vite det, nanoteknologiske metoder når de lagde kniver av Damaskus-stål. Gammelt damaskstål forble alltid skarpt og holdbart takket være den spesielle sammensetningen av karbon i metallstrukturen.
Noen slags nanomaterialer, for eksempel forkullede plantestengler som inneholder nanorør, kan brukes av Franklin for å lage en superkondensator. Hvor mange av dere forstår hva det er? Leyden krukke, og hvem vil prøve å gjøre det?
Kravet om å redusere størrelsen på radiokomponenter og samtidig øke deres tekniske egenskaper førte til fremveksten av et stort antall enheter som brukes overalt i dag. Dette påvirket kondensatorene fullt ut. De såkalte ionistorene eller superkondensatorene er elementer med høy kapasitet (området til denne indikatoren er ganske bredt fra 0,01 til 30 farad) med en ladespenning på 3 til 30 volt. Dessuten er størrelsene deres veldig små. Og siden emnet for samtalen vår er en gjør-det-selv-ionist, er det først og fremst nødvendig å forstå selve elementet, det vil si hva det er.
Designfunksjoner til ionistoren
I hovedsak er dette en vanlig kondensator med stor kapasitet. Men ionistorer har høy motstand, fordi elementet er basert på en elektrolytt. Dette er den første. Den andre er den lave ladespenningen. Saken er at i denne superkondensatoren er platene plassert veldig nær hverandre. Dette er nettopp årsaken til den reduserte spenningen, men det er nettopp av denne grunn at kapasitansen til kondensatoren øker.
Fabrikkionisatorer er laget av forskjellige materialer. Dekslene er vanligvis laget av folie, som er adskilt av et tørt stoff med separerende effekt. For eksempel aktivert karbon (for store plater), metalloksider, polymerstoffer som har høy elektrisk ledningsevne.
Montering av ionisatoren med egne hender
Å montere en ionisator med egne hender er ikke den enkleste tingen, men du kan fortsatt gjøre det hjemme. Det er flere design hvor forskjellige materialer er tilstede. Vi tilbyr en av dem. For å gjøre dette trenger du:
- metall kaffekrukke (50 g);
- aktivert karbon, som selges på apotek, kan erstattes med knuste karbonelektroder;
- to sirkler av kobberplate;
- bomullsull
Først av alt må du forberede elektrolytten. For å gjøre dette må du først knuse det aktive karbonet til pulver. Lag deretter en saltvannsløsning, som du må tilsette 25 g salt til 100 g vann, og bland det hele godt. Deretter tilsettes aktivert karbonpulver gradvis til løsningen. Mengden bestemmes av elektrolyttens konsistens, den skal være like tykk som kitt.
Deretter påføres den ferdige elektrolytten på kobbersirkler (på den ene siden). Vær oppmerksom på at jo tykkere elektrolyttlaget er, desto større kapasitet har ionistoren. Og en ting til, tykkelsen på den påførte elektrolytten på de to sirklene skal være den samme. Så, elektrodene er klare, nå må de separeres av et materiale som vil passere elektrisk strøm, men som ikke lar karbonpulver passere gjennom. Til dette brukes vanlig bomull, selv om det er mange alternativer her. Tykkelsen på bomullslaget bestemmer diameteren på metallkaffekrukken, det vil si at hele denne elektrodestrukturen skal passe komfortabelt inn i den. Derfor må du i prinsippet velge dimensjonene til selve elektrodene (kobbersirkler).
Det gjenstår bare å koble selve elektrodene til terminalene. Det er det, ionistoren, laget med egne hender, og til og med hjemme, er klar. Denne designen har ikke veldig stor kapasitet - ikke høyere enn 0,3 farad, og ladespenningen er bare en volt, men dette er en ekte ionistor. 
Konklusjon om temaet
Hva annet kan sies om dette elementet i tillegg? Hvis vi sammenligner det for eksempel med et nikkel-metallhydrid-batteri, kan ionistoren enkelt holde en strømforsyning på opptil 10 % av batteristrømmen. I tillegg oppstår spenningsfallet lineært, og ikke brått. Men ladningsnivået til elementet avhenger av dets teknologiske formål.
Folk brukte først kondensatorer til å lagre elektrisitet. Så, når elektroteknikk gikk utover laboratorieeksperimenter, ble batterier oppfunnet, som ble det viktigste middelet for å lagre elektrisk energi. Men på begynnelsen av det 21. århundre er det igjen foreslått å bruke kondensatorer for å drive elektrisk utstyr. Hvor mulig er dette og vil batterier endelig bli en saga blott?
Grunnen til at kondensatorer ble byttet ut med batterier var på grunn av de betydelig større mengder elektrisitet som de er i stand til å lagre. En annen grunn er at under utlading endres spenningen ved batteriutgangen svært lite, slik at en spenningsstabilisator enten ikke er nødvendig eller kan ha en veldig enkel utforming.
Hovedforskjellen mellom kondensatorer og batterier er at kondensatorer lagrer elektrisk ladning direkte, mens batterier konverterer elektrisk energi til kjemisk energi, lagrer den og deretter konverterer den kjemiske energien tilbake til elektrisk energi.
Under energitransformasjoner går en del av den tapt. Derfor har selv de beste batteriene en effektivitet på ikke mer enn 90%, mens den for kondensatorer kan nå 99%. Intensiteten av kjemiske reaksjoner avhenger av temperaturen, så batterier yter merkbart dårligere i kaldt vær enn ved romtemperatur. I tillegg er kjemiske reaksjoner i batterier ikke fullstendig reversible. Derav det lille antallet lade-utladingssykluser (i størrelsesorden tusenvis, oftest er batterilevetiden omtrent 1000 lade-utladingssykluser), så vel som "minneeffekten". La oss huske at "minneeffekten" er at batteriet alltid må utlades til en viss mengde akkumulert energi, da vil kapasiteten være maksimal. Hvis det etter utlading er mer energi igjen i den, vil batterikapasiteten gradvis reduseres. "Minneeffekten" er karakteristisk for nesten alle kommersielt produserte typer batterier, bortsett fra sure (inkludert deres varianter - gel og AGM). Selv om det er allment akseptert at litium-ion- og litium-polymer-batterier ikke har det, faktisk har de det også, det manifesterer seg bare i mindre grad enn i andre typer. Når det gjelder syrebatterier, viser de effekten av platesulfatering, som forårsaker irreversibel skade på strømkilden. En av grunnene er at batteriet forblir i en ladetilstand på mindre enn 50 % i lang tid.
Når det gjelder alternativ energi, er "minneeffekten" og platesulfatering alvorlige problemer. Faktum er at tilførsel av energi fra kilder som solcellepaneler og vindturbiner er vanskelig å forutse. Som et resultat skjer lading og utlading av batterier kaotisk, i en ikke-optimal modus.
For den moderne livsrytmen viser det seg å være helt uakseptabelt at batterier må lades i flere timer. Hvordan kan du for eksempel tenke deg å kjøre langt i et elektrisk kjøretøy hvis et dødt batteri holder deg fast ved ladepunktet i flere timer? Ladehastigheten til et batteri er begrenset av hastigheten til de kjemiske prosessene som skjer i det. Du kan redusere ladetiden til 1 time, men ikke til noen få minutter. Samtidig er ladehastigheten til kondensatoren bare begrenset av den maksimale strømmen som leveres av laderen.
De listede ulempene med batterier har gjort det haster å bruke kondensatorer i stedet.
Ved hjelp av et elektrisk dobbeltlag
I mange tiår hadde elektrolytiske kondensatorer den høyeste kapasiteten. I dem var en av platene metallfolie, den andre var en elektrolytt, og isolasjonen mellom platene var metalloksid, som belagt folien. For elektrolytiske kondensatorer kan kapasiteten nå hundredeler av en farad, noe som ikke er nok til å erstatte batteriet fullt ut.
Stor kapasitans, målt i tusenvis av farad, kan oppnås med kondensatorer basert på det såkalte elektriske dobbeltlaget. Prinsippet for deres operasjon er som følger. Et elektrisk dobbeltlag vises under visse forhold ved grenseflaten mellom stoffer i fast og flytende fase. To lag med ioner dannes med ladninger med motsatte fortegn, men av samme størrelse. Hvis vi forenkler situasjonen veldig mye, dannes en kondensator, hvis "plater" er de indikerte lagene av ioner, avstanden mellom dem er lik flere atomer.
Kondensatorer basert på denne effekten kalles noen ganger ionistorer. Faktisk refererer dette begrepet ikke bare til kondensatorer der elektrisk ladning er lagret, men også til andre enheter for lagring av elektrisitet - med delvis konvertering av elektrisk energi til kjemisk energi sammen med lagring av elektrisk ladning (hybridionistor), samt for batterier basert på dobbelt elektrisk lag (såkalte pseudokondensatorer). Derfor er begrepet "superkondensatorer" mer passende. Noen ganger brukes det identiske uttrykket "ultrakondensator" i stedet.
Teknisk gjennomføring
Superkondensatoren består av to plater med aktivt karbon fylt med elektrolytt. Mellom dem er det en membran som lar elektrolytten passere gjennom, men hindrer fysisk bevegelse av aktivert karbonpartikler mellom platene.
Det skal bemerkes at superkondensatorer i seg selv ikke har noen polaritet. I dette skiller de seg fundamentalt fra elektrolytiske kondensatorer, som som regel er preget av polaritet, manglende overholdelse som fører til svikt i kondensatoren. Imidlertid brukes polaritet også på superkondensatorer. Dette skyldes det faktum at superkondensatorer forlater fabrikkens samlebånd allerede ladet, og merkingen indikerer polariteten til denne ladningen.
Superkondensatorparametere
Den maksimale kapasiteten til en individuell superkondensator, oppnådd i skrivende stund, er 12 000 F. For masseproduserte superkondensatorer overstiger den ikke 3 000 F. Maksimal tillatt spenning mellom platene overstiger ikke 10 V. For kommersielt produserte superkondensatorer, dette tallet ligger som regel innenfor 2. 3 – 2,7 V. Lav driftsspenning krever bruk av en spenningsomformer med stabilisatorfunksjon. Faktum er at under utlading endres spenningen på kondensatorplatene over et bredt område. Å bygge en spenningsomformer for å koble sammen lasten og laderen er en ikke-triviell oppgave. La oss si at du må drive en 60W-belastning.
For å forenkle vurderingen av problemet, vil vi neglisjere tap i spenningsomformeren og stabilisatoren. Hvis du jobber med et vanlig 12 V-batteri, må kontrollelektronikken tåle en strøm på 5 A. Slike elektroniske enheter er utbredt og rimelige. Men en helt annen situasjon oppstår når du bruker en superkondensator, hvis spenning er 2,5 V. Da kan strømmen som strømmer gjennom de elektroniske komponentene til omformeren nå 24 A, noe som krever nye tilnærminger til kretsteknologi og en moderne elementbase. Det er nettopp kompleksiteten ved å bygge en omformer og stabilisator som kan forklare det faktum at superkondensatorer, serieproduksjonen som startet på 70-tallet av det 20. århundre, først nå har begynt å bli mye brukt i en rekke felt.
Superkondensatorer kan kobles til batterier ved hjelp av serie- eller parallellkoblinger. I det første tilfellet øker den maksimalt tillatte spenningen. I det andre tilfellet - kapasitet. Å øke den maksimalt tillatte spenningen på denne måten er en måte å løse problemet på, men du må betale for det ved å redusere kapasitansen.
Dimensjonene til superkondensatorer avhenger naturligvis av deres kapasitet. En typisk superkondensator med en kapasitet på 3000 F er en sylinder med en diameter på ca. 5 cm og en lengde på 14 cm. Med en kapasitet på 10 F har en superkondensator dimensjoner som kan sammenlignes med en menneskelig fingernegl.
Gode superkondensatorer tåler hundretusenvis av lade-utladingssykluser, og overskrider batteriene med omtrent 100 ganger i denne parameteren. Men, som elektrolytiske kondensatorer, står superkondensatorer overfor problemet med aldring på grunn av gradvis lekkasje av elektrolytt. Foreløpig er det ikke samlet noen fullstendig statistikk over svikt i superkondensatorer av denne grunn, men ifølge indirekte data kan levetiden til superkondensatorer anslås til omtrent 15 år.
Akkumulert energi
Mengden energi som er lagret i en kondensator, uttrykt i joule:
der C er kapasitansen, uttrykt i farad, U er spenningen på platene, uttrykt i volt.
Mengden energi som er lagret i kondensatoren, uttrykt i kWh, er:
Derfor er en kondensator med en kapasitet på 3000 F med en spenning mellom platene på 2,5 V i stand til å lagre bare 0,0026 kWh. Hvordan er dette sammenlignet med for eksempel et litium-ion-batteri? Hvis vi tar utgangsspenningen til å være uavhengig av utladningsgraden og lik 3,6 V, vil en energimengde på 0,0026 kWh lagres i et litiumionbatteri med en kapasitet på 0,72 Ah. Akk, et meget beskjedent resultat.
Påføring av superkondensatorer
Nødlyssystemer er der bruk av superkondensatorer i stedet for batterier gjør en reell forskjell. Faktisk er det nettopp denne applikasjonen som er preget av ujevn utslipp. I tillegg er det ønskelig at nødlampen lades raskt og at reservestrømkilden som brukes i den har større pålitelighet. En superkondensatorbasert reservestrømforsyning kan integreres direkte i T8 LED-lampen. Slike lamper produseres allerede av en rekke kinesiske selskaper.
Som allerede nevnt, skyldes utviklingen av superkondensatorer i stor grad interessen for alternative energikilder. Men praktisk anvendelse er fortsatt begrenset til LED-lamper som mottar energi fra solen.
Bruken av superkondensatorer for å starte elektrisk utstyr utvikler seg aktivt.
Superkondensatorer er i stand til å levere store mengder energi på kort tid. Ved å drive elektrisk utstyr ved oppstart fra en superkondensator, kan toppbelastninger på det elektriske nettet reduseres, og til slutt kan innkoblingsstrømmarginen reduseres, og oppnå store kostnadsbesparelser.
Ved å kombinere flere superkondensatorer til et batteri kan vi oppnå en kapasitet som kan sammenlignes med batteriene som brukes i elbiler. Men dette batteriet vil veie flere ganger mer enn batteriet, noe som er uakseptabelt for kjøretøy. Problemet kan løses ved å bruke grafenbaserte superkondensatorer, men de eksisterer foreløpig kun som prototyper. En lovende versjon av den berømte Yo-mobilen, kun drevet av elektrisitet, vil imidlertid bruke ny generasjons superkondensatorer, som utvikles av russiske forskere, som strømkilde.
Superkondensatorer vil også være til nytte for utskifting av batterier i konvensjonelle bensin- eller dieselbiler - bruken av dem i slike kjøretøyer er allerede en realitet.
I mellomtiden kan de mest vellykkede av de implementerte prosjektene for introduksjon av superkondensatorer betraktes som de nye russiskproduserte trolleybussene som nylig dukket opp på gatene i Moskva. Når spenningstilførselen til kontaktnettet blir avbrutt eller når strømavtakerne "flyr av", kan trolleybussen kjøre med lav hastighet (ca. 15 km/t) i flere hundre meter til et sted hvor den ikke vil forstyrre trafikken på veien. Energikilden for slike manøvrer er et batteri av superkondensatorer.
Generelt kan superkondensatorer foreløpig bare fortrenge batterier i visse "nisjer". Men teknologien utvikler seg raskt, noe som gjør at vi kan forvente at i nær fremtid vil anvendelsesområdet for superkondensatorer utvides betydelig.
Alexey Vasiliev
Superkondensatorer kan kalles den lyseste utviklingen de siste årene. Sammenlignet med konvensjonelle kondensatorer, med samme dimensjoner, skiller de seg i kapasitet med tre størrelsesordener. For dette fikk kondensatorer sitt prefiks - "super". De kan frigjøre enorme mengder energi på kort tid.
De er tilgjengelige i forskjellige størrelser og former: fra veldig små, som er montert på overflaten av enheter, ikke større enn en mynt i størrelse, til veldig store sylindriske og prismatiske. Hovedformålet deres er å duplisere hovedkilden (batteriet) i tilfelle spenningsfall.
Energikrevende moderne elektroniske og elektriske systemer stiller høye krav til strømforsyninger. Nytt utstyr (fra digitale kameraer til elektroniske håndholdte enheter og elektriske kjøretøytransmisjoner) må lagre og levere nødvendig energi.
Moderne utviklere løser dette problemet på to måter:
- Bruke et batteri som er i stand til å levere en høy strømpuls
- Ved å kople parallelt til batteriet som forsikring for superkondensatorer, d.v.s. "hybrid" løsning.
I sistnevnte tilfelle fungerer superkondensatoren som en strømkilde når batterispenningen faller. Dette skyldes at batterier har høy energitetthet og lav effekttetthet, mens superkondensatorer tvert imot er preget av lav energitetthet men høy effekttetthet, d.v.s. de gir utladningsstrøm til lasten. Ved å koble en superkondensator parallelt med batteriet, kan du bruke det mer effektivt og dermed forlenge levetiden.
Hvor brukes superkondensatorer?
Video: Test av en superkondensator 116.6F 15V (6* 700F 2.5V), i stedet for et startbatteri i en bil
I elektroniske bilsystemer brukes de til å starte motorer., og dermed redusere belastningen på batteriet. De gjør det også mulig å redusere vekten ved å redusere koblingsskjemaer. De er mye brukt i hybridbiler, hvor generatoren styres av forbrenningsmotoren, og en elektrisk motor (eller motorer) driver bilen, d.v.s. Superkondensatoren (energicache) brukes som strømkilde under akselerasjon og bevegelse, og "lades opp" under bremsing. Bruken deres er lovende ikke bare i personbiler, men også i bytransport, siden den nye typen kondensatorer gjør det mulig å redusere drivstofforbruket med 50% og redusere utslippet av skadelige gasser til miljøet med 90%.
Jeg kan ikke helt erstatte superkondensatorbatteriet ennå, men det er bare et spørsmål om tid. Å bruke en superkondensator i stedet for et batteri er slett ikke fantastisk. Hvis nanoteknologer fra QUT University følger den rette veien, vil dette i nær fremtid bli en realitet. Karosseripaneler som inneholder siste generasjon superkondensatorer vil kunne fungere som batterier. Ansatte ved dette universitetet klarte å kombinere fordelene med litium-ion-batterier og superkondensatorer i en ny enhet. Den nye tynne, lette og kraftige superkondensatoren består av karbonelektroder med en elektrolytt plassert mellom dem. Det nye produktet, ifølge forskere, kan installeres hvor som helst i kroppen.
Takket være det høye dreiemomentet (startmomentet), kan de forbedre startegenskapene ved lave temperaturer og utvide kraftsystemets muligheter nå. Hensiktsmessigheten av deres bruk i kraftsystemet forklares av det faktum at deres lade-/utladningstid er 5-60 sekunder. I tillegg kan de brukes i distribusjonssystemet til noen maskinenheter: solenoider, dørlåsjusteringssystemer og vindusglassposisjoner.
DIY superkondensator
Du kan lage en superkondensator med egne hender. Siden designen består av en elektrolytt og elektroder, må du bestemme materialet for dem. Kobber, rustfritt stål eller messing er ganske egnet for elektroder. Du kan for eksempel ta gamle femkopekmynter. Du trenger også karbonpulver (du kan kjøpe aktivt kull på apoteket og male det). Vanlig vann vil fungere som en elektrolytt, der du må løse opp bordsalt (100:25). Løsningen blandes med kullpulver for å danne en kittkonsistens. Nå skal den påføres i et lag på flere millimeter på begge elektrodene.
Alt som gjenstår er å velge en pakning som skiller elektrodene, gjennom porene som elektrolytten vil passere fritt, men karbonpulveret vil beholdes. Glassfiber eller skumgummi er egnet for disse formålene.
Elektroder – 1,5; karbon-elektrolyttbelegg – 2,4; pakning - 3.
Du kan bruke en plastboks som et foringsrør, etter å ha boret hull i den tidligere for ledningene som er loddet til elektrodene. Etter å ha koblet ledningene til batteriet, venter vi på at "ionix"-designet skal lades, slik kalt fordi forskjellige konsentrasjoner av ioner skal dannes på elektrodene. Det er lettere å sjekke ladningen ved hjelp av et voltmeter.
Det finnes andre måter. For eksempel ved å bruke tinnpapir (tinnfolie - sjokoladeomslag), biter av tinn og vokset papir, som du kan lage selv ved å kutte og dyppe strimler av silkepapir i smeltet, men ikke kokende, parafin i et par minutter. Bredden på stripene skal være femti millimeter og lengden fra to hundre til tre hundre millimeter. Etter å ha fjernet strimlene fra parafinen, må du skrape av parafinen med den butte siden av en kniv.
Parafinvåt papir brettes til en trekkspillform (som på bildet). På begge sider er det satt inn staniolplater i hullene, som tilsvarer en størrelse på 45x30 millimeter. Etter å ha forberedt arbeidsstykket, brettes det og strykes deretter med et varmt strykejern. De resterende staniolendene er forbundet med hverandre fra utsiden. Til dette kan du bruke pappplater og messingplater med tinnklips, som det senere loddes ledere til slik at kondensatoren kan loddes ved montering.
Kapasitansen til kondensatoren avhenger av antall staniolblader. Det er for eksempel lik tusen picofarads når du bruker ti slike ark, og to tusen hvis antallet dobles. Denne teknologien er egnet for produksjon av kondensatorer med en kapasitet på opptil fem tusen picofarads.
Hvis det er behov for stor kapasitet, må du ha en gammel mikrofarad papirkondensator, som er en rull med tape som består av strimler av vokset papir, mellom hvilke en stripe med staniolfolie legges.
For å bestemme lengden på strimlene, bruk formelen:
l = 0,014 C/a, hvor kapasitansen til den nødvendige kondensatoren i pF er C; bredde på striper i cm – a: lengde i cm – 1.
Etter å ha viklet av strimler med nødvendig lengde fra den gamle kondensatoren, skjær av 10 mm folie på alle sider for å forhindre at kondensatorplatene kobles til hverandre.
Tapen må rulles opp igjen, men først ved å lodde tråder til hver stripe med folie. Strukturen er dekket med tykt papir på toppen, og to monteringstråder (harde) er forseglet på kantene av papiret som stikker ut, hvortil ledningene fra kondensatoren er loddet på innsiden av papirhylsen (se figur). Det siste trinnet er å fylle strukturen med parafin.
Fordeler med karbon superkondensatorer
Siden marsjen av elektriske kjøretøy over hele planeten i dag ikke kan ignoreres, jobber forskere med problemet knyttet til deres raskeste lading. Mange ideer dukker opp, men bare noen få blir satt ut i livet. I Kina er det for eksempel lansert en uvanlig bytransportrute i byen Ningbo. Bussen som kjører på den drives av en elektrisk motor, men den tar bare ti sekunder å lade. På den tilbakelegger han fem kilometer og klarer igjen, under avstigning/henting av passasjerer, å lade opp.
Dette ble mulig takket være bruken av en ny type kondensatorer - karbon.
Karbonkondensatorer De tåler omtrent en million ladesykluser og fungerer perfekt i temperaturområdet fra minus førti til pluss sekstifem grader. De returnerer opptil 80 % av energien gjennom utvinning.
De innledet en ny æra innen strømstyring, reduserte utladnings- og ladetider til nanosekunder og reduserte kjøretøyvekten. Til disse fordelene kan vi legge til lave kostnader, siden sjeldne jordmetaller og miljøvennlighet ikke brukes i produksjonen.