Kondensator i stedet for batteri: teknisk løsning. Hjemmelaget ionistor - vi lager en superkondensator med egne hender Hvordan lage en ionistor superkondensator hjemme

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). Det knappstore metallhuset inneholder to lag med aktivert karbon, atskilt med en porøs pakning.

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?

Ionistorer er elektrokjemiske enheter designet for å lagre elektrisk energi. De kjennetegnes av en stor lade-utladningshastighet (opptil flere titusenvis av ganger), de har en svært lang levetid i motsetning til andre batterier (oppladbare batterier og galvaniske celler), lav lekkasjestrøm, og viktigst av alt, ionistorer kan ha stor kapasitet og svært små størrelser. Ionistorer er mye brukt i personlige datamaskiner, bilradioer, mobile enheter og så videre. Designet for å lagre minne når hovedbatteriet fjernes eller enheten er slått av. Nylig har ionistorer ofte blitt brukt i autonome kraftsystemer ved bruk av solcellebatterier.

Ionistorer lagrer også en ladning i svært lang tid, uavhengig av værforhold, de er motstandsdyktige mot frost og varme, og dette vil ikke påvirke driften av enheten på noen måte. I noen elektroniske kretser, for å lagre minne, må du ha en spenning som er høyere enn spenningen til ionistoren; for å løse dette problemet er ionistorene koblet i serie, og for å øke kapasitansen til ionistoren, er de koblet i parallell. Sistnevnte type tilkobling brukes hovedsakelig for å øke driftstiden til ionistoren, samt for å øke strømmen som tilføres lasten; for å balansere strømmen i en parallellkobling, er en motstand koblet til hver ionistor.

Ionistorer brukes ofte med batterier, og i motsetning til dem er de ikke redde for kortslutninger og plutselige endringer i omgivelsestemperaturene. Allerede i dag utvikles det spesielle ionistorer med stor kapasitet og strøm på opptil 1 ampere. Som kjent overstiger ikke strømmen til ionistorer som i dag brukes i teknologi for lagring av minne 100 milliampere, dette er en og den mest En viktig ulempe med ionistorer, men dette kompenseres av fordelene med ionistorer ovenfor. På Internett kan du finne mange design basert på såkalte superkondensatorer – de er også ionistorer. Ionistorer dukket opp ganske nylig - for 20 år siden.

Ifølge forskere er den elektriske kapasiteten til planeten vår 700 mikrofarad, sammenlignet med en enkel kondensator... Ionistorer er hovedsakelig laget av kull, som etter aktivering og spesialbehandling blir porøst, to metallplater presses tett mot kammeret med kullet. Å lage en ionistor hjemme er veldig enkelt, men å få porøst karbon er nesten umulig; du må behandle trekull hjemme, og dette er noe problematisk, så det er lettere å kjøpe en ionistor og utføre interessante eksperimenter på den. For eksempel er parametrene (kraft og spenning) til en ionistor nok til at LED-en lyser sterkt og lenge eller fungerer

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.

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.

Sammenligning av design av forskjellige typer kondensatorer (Kilde: Wikipedia)

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.

Superkondensatorer med ulik kapasitet produsert av Maxwell

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.

Skjematisk diagram av en avbruddsfri strømforsyning
spenning på superkondensatorer, er hovedkomponentene implementert
på én mikrokrets produsert av LinearTechnology

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 fingernegl hos en menneskelig.

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:

E = CU 2/2,
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:

W = CU 2 /7200000

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.

Drevet LED-jordlys
fra solcellepaneler, energilagring
hvor den utføres i en superkondensator

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 strømnettet 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 elektriske kjøretøy. 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.

En ionistor er en kondensator hvis plater er et dobbelt elektrisk lag mellom elektroden og elektrolytten. Et annet navn på denne enheten er superkondensator, ultrakondensator, dobbeltlags elektrokjemisk kondensator eller ionix. Den har stor kapasitet, som gjør at den kan brukes som strømkilde.

Superkondensatorenhet

Prinsippet for drift av en ionistor ligner på en konvensjonell kondensator, men disse enhetene er forskjellige i materialene som brukes. Porøse materialer brukes som foringer i slike elementer - aktivert karbon, som er en god leder, eller skummetaller. Dette gjør det mulig å øke arealet deres mange ganger, og siden kapasitansen til kondensatoren er direkte proporsjonal med arealet til elektrodene, øker den i samme grad. I tillegg brukes en elektrolytt som dielektrikum, som i elektrolytiske kondensatorer, noe som reduserer avstanden mellom platene og øker kapasitansen. De vanligste parametrene er flere farad ved en spenning på 5-10V.

Typer ionistorer

Det finnes flere typer slike enheter:

Med perfekt polariserbare aktivert karbonelektroder. Elektrokjemiske reaksjoner forekommer ikke i slike grunnstoffer. Vandige løsninger av natriumhydroksid (30% KOH), svovelsyre (38% H2SO4) eller organiske elektrolytter brukes som en elektrolytt;
En perfekt polariserbar aktivert karbonelektrode brukes som én plate. Den andre elektroden er svakt eller ikke-polariserbar (anode eller katode, avhengig av designet);
Pseudokondensatorer. I disse enhetene oppstår reversible elektrokjemiske reaksjoner på overflaten av platene. De har stor kapasitet.

Fordeler og ulemper med ionistorer

Slike enheter brukes i stedet for batterier eller akkumulatorer. Sammenlignet med dem har slike elementer fordeler og ulemper.

Ulemper med superkondensatorer:

lav utladningsstrøm i vanlige elementer, og design uten denne ulempen er svært kostbare;
spenningen ved enhetens utgang synker under utladning;
i tilfelle kortslutning i høykapasitetselementer med lav indre motstand, brenner kontaktene ut;
redusert tillatt spenning og utladningshastighet sammenlignet med konvensjonelle kondensatorer;
høyere selvutladningsstrøm enn i batterier.

Fordeler med ultrakondensatorer:

høyere hastighet, lade- og utladningsstrøm enn i batterier;
holdbarhet - ved testing etter 100 000 lade-/utladingssykluser ble det ikke registrert noen forringelse av parametere;
høy intern motstand i de fleste design, forhindrer selvutlading og feil under en kortslutning;
lang levetid;
mindre volum og vekt;
bipolaritet - produsenten merker "+" og "-", men dette er polariteten til ladningen som ble brukt under produksjonstester;
bredt spekter av driftstemperaturer og motstand mot mekanisk overbelastning.

Energi tetthet

Evnen til å lagre energi i superkondensatorer er 8 ganger mindre enn blybatterier og 25 ganger mindre enn litiumbatterier. Energitettheten avhenger av den indre motstanden: jo lavere den er, desto høyere er den spesifikke energikapasiteten til enheten. Nylig utvikling av forskere gjør det mulig å lage elementer hvis evne til å lagre energi kan sammenlignes med blybatterier.

I 2008 ble det opprettet en ionistor i India, hvor platene var laget av grafen. Energiintensiteten til dette elementet er 32 (Wh)/kg. Til sammenligning er energikapasiteten til bilbatterier 30-40 (Wh)/kg. Den akselererte ladingen av disse enhetene gjør at de kan brukes i elektriske kjøretøy.

I 2011 skapte koreanske designere en enhet der nitrogen ble brukt i tillegg til grafen. Dette elementet ga dobbel spesifikk energiintensitet.

Henvisning. Grafen er et lag av karbon, 1 atom tykt.

Anvendelse av ionistorer

De elektriske egenskapene til superkondensatorer brukes i ulike teknologiområder.

Offentlig transport

Elektriske busser, som bruker ionistorer i stedet for batterier, produseres av Hyundai Motor, Trolza, Belkommunmash og noen andre.

Disse bussene ligner strukturelt på trolleybusser uten stenger og krever ikke kontaktnettverk. De lades ved stopp mens passasjerer går av og går ombord, eller ved endepunktene på ruten om 5-10 minutter.

Trolleybusser utstyrt med ionistorer er i stand til å omgå ødelagte kontaktlinjer og trafikkork og krever ikke ledninger i depoter og parkeringsplasser ved endepunktene av ruten.

Elektriske biler

Hovedproblemet med elbiler er lange ladetider. En ultrakondensator med høy ladestrøm og kort ladetid muliggjør opplading ved korte stopp.

I Russland er det utviklet en Yo-mobil som bruker en spesiallaget ionistor som batteri.

I tillegg, ved å installere en superkondensator parallelt med batteriet, kan du øke strømmen som forbrukes av den elektriske motoren under oppstart og akselerasjon. Dette systemet brukes i KERS, i Formel 1-biler.

Forbrukerelektronikk

Disse enhetene brukes i fotoblitser og andre enheter der muligheten til å raskt lade og utlade er viktigere enn enhetens størrelse og vekt. For eksempel lader kreftdetektoren på 2,5 minutter og fungerer i 1 minutt. Dette er nok til å utføre forskning og forhindre situasjoner der enheten ikke kan brukes på grunn av utladede batterier.

I bilbutikker kan du kjøpe ionistorer med en kapasitet på 1 farad for bruk parallelt med bilradioen. De jevner ut spenningssvingninger under motorstart.

DIY ionist

Hvis du ønsker det, kan du lage en superkondensator med egne hender. En slik enhet vil ha dårligere parametere og vil ikke vare lenge (til elektrolytten tørker ut), men vil gi en ide om driften av slike enheter generelt.

For å lage en ionistor med egne hender trenger du:

kobber eller aluminiumsfolie;
salt;
aktivert karbon fra et apotek;
bomull ull;
fleksible ledninger for ledninger;
plastboks til kofferten.

Produksjonsprosedyren for en ultrakondensator er som følger:

kutt to stykker folie så store at de passer på bunnen av boksen;
lodd ledningene til folien;
fukt kullet med vann, slip til pulver og tørk;
tilbered en 25% saltløsning;
bland kullpulver med saltvannsløsning til en pasta;
fukt bomullsull med saltløsning;
påfør pastaen i et tynt, jevnt lag på folien;
lag en "sandwich": folie med kull opp, et tynt lag med bomullsull, folie med kull ned;
plasser strukturen i boksen.

Den tillatte spenningen til en slik enhet er 0,5 V. Når den overskrides, begynner elektrolyseprosessen, og ionistoren blir til et gassbatteri.