Конденсатор замість акумулятора: Технічне рішення. Cамодельний іоністор - суперконденсатор робимо своїми руками Як зробити іоністор суперконденсатор у домашніх умовах

Столова ложка активованого вугілля з аптеки, кілька крапель підсоленої води, жерстяна платівка та пластикова баночка від фотоплівки. Цього достатньо, щоб зробити іоністор своїми руками, Електричний конденсатор, ємність якого приблизно дорівнює електричної ємності ... земної кулі. Лейденська банка.

Не виключено, що саме про такий пристрій писала одна з американських газет у 1777 році: «…доктор Франклін винайшов машину розміром з футляр від зубочистки, здатну перетворити лондонський собор Святого Павла на жменьку попелу». Проте про все по порядку.

Людство користується електрикою трохи більше двох століть, але електричні явища відомі людям тисячі років і довго не мали практичного значення. Лише на початку XVIII століття, коли наука стала модною розвагою, спеціально для проведення публічних дослідів німецький учений Отто фон Геріке створив електрофорну машину, за допомогою якої отримував електрику в нечуваних раніше кількостях.

Машина складалася зі скляної кулі, про яку при його обертанні терся шматок шкіри. Ефект від її роботи був великий: тріщали іскри, невидимі електричні сили зривали жіночі шалі, змушували волосся вставати дибки. Особливо дивувала публіку здатність тіл накопичувати електричні заряди.

В 1745 голландський фізик з Лейдена Пітер ван Мушенбрук (1692 - 1761) налив у скляну банку воду, поклав усередину, немов квітка у вазу, відрізок дроту і, дбайливо обхопивши долонями, підніс до електрофорної машини. Пляшка набрала стільки електрики, що зі шматка дроту з «оглушливим гуркотом» вилетіла яскрава іскра. Коли ж наступного разу вчений торкнувся дроту пальцем, то отримав удар, від якого знепритомнів; якби помічник Кюнеус, що встиг вчасно, справа могла закінчитися сумно.

Так було створено пристрій, здатний накопичити в мільйони разів більший заряд, ніж будь-яке з відомих на той час тіл. Його назвали "лейденською банкою". Це був своєрідний конденсатор, однією з обкладок якого були долоні експериментатора, діелектриком – скляні стінки, а другою обкладкою – вода.

Звістка про винахід облетіла всю освічену Європу. Лейденську банку негайно використовували для освіти французького короля Людовика XV. Почалися уявлення. В одному з експериментів, що увійшли в історію, електричний струм пропускали крізь ланцюг гвардійців, які взялися за руки. При електричному розряді всі як один підстрибнули, немовби збираючись марширувати в повітрі. В іншому експерименті струм пропустили крізь ланцюг із 700 ченців.

Більш практичний напрямок отримали досвіди з лейденською банкою в Америці. У 1747 році їх почав один із засновників США, згаданий вже Бенджамін Франклін. Він здогадався обгортати банку олов'яною фольгою, і ємність її зросла в багато разів, а робота стала безпечнішою. У дослідах із нею Франклін довів, що електричний розряд здатний виробляти тепло та піднімати стовпчик ртуті у термометрі. А замінивши банку скляною пластинкою, обклеєною олов'яною фольгою, Франклін отримав плоский конденсатор, у багато разів легший, ніж удосконалена ним лейденська банка.

Про пристрій, здатний запасти стільки енергії, що з її допомогою можна, як писала газета, «перетворити собор Святого Павла на жменьку попелу», історія замовчує, але це не означає, що Франклін не міг його створити.

І тут саме час повернутися до того, як зробити іоністор своїми руками. Якщо ви запаслися всім необхідним, опустіть бляшанку на дно баночки від фотоплівки, попередньо припаявши до неї відрізок ізольованого дроту. Зверху покладіть прокладку з фільтрувального паперу, а на неї насипте шар активованого вугілля і, налив підсоленої води, накрийте «бутерброд» ще одним електродом.

Схема роботи ионистора.

У вас вийшов електрохімічний конденсатор-іоністор. Цікавий він тим, що в порах частинок активованого вугілля виникає так званий подвійний електричний шар - два розташовані близько один до одного шари електричних зарядів різного знака, тобто електрохімічний конденсатор. Відстань між шарами обчислюється ангстремами (1 ангстрем – 10-9 м). А ємність конденсатора, як відомо, тим більша, чим менша відстань між обкладками.

Завдяки цьому запас енергії на одиницю об'єму в подвійному шарі більший, ніж у найпотужнішої вибухової речовини. Ось це лейденська банка!

Працює іоністор так. За відсутності зовнішньої напруги його ємність дуже мала. Але під дією прикладеного до полюсів конденсатора напруги прилеглі до них шари вугілля заряджаються. Іони протилежного знака, що знаходяться в розчині, спрямовуються до частинок вугілля і утворюють на їх поверхні подвійний електричний шар.

Електрохімічний конденсатор (іоністор) промислового виробництва. У металевому корпусі розміром з гудзик розміщені два шари активованого вугілля, розділені пористою прокладкою.

Схема, як зробити іоністор своїми руками.

Схема саморобного іоністору із пластикової баночки та активованого вугілля:

1 – верхній електрод;

2 - сполучні дроти;

3,5 – шари вологого активованого вугілля;

4 - пориста розділова прокладка;

6 – нижній електрод;

7 – корпус.

Якщо до полюсів конденсатора підключити навантаження, то протилежні заряди з внутрішньої поверхні частинок вугілля побіжать по дротах назустріч один одному, а іони, що знаходяться в їх порах, вийдуть назовні.

От і все. тепер ви зрозуміли, як зробити іоністор своїми руками.

Сучасні іоністори мають ємність у десятки та сотні фарад. При розряді вони здатні розвивати більшу потужність і дуже довговічні. За запасом енергії на одиницю маси та одиницю об'єму іоністори поки що поступаються акумуляторам. Але якщо замінити активоване вугілля найтоншими нанотрубками вуглецю або іншої електропровідної речовини, енергоємність іоністора може стати фантастично великою.

Бенджамен Франклін жив у часи, коли про нанотехнології навіть не думали, але це не означає, що їх не застосовували. Як повідомив лауреат Нобелівської премії з хімії Роберт Кюрі, при виготовленні клинків із дамаської стали стародавні майстри, самі того не підозрюючи, застосовували методи нанотехнології. Стародавній булат завжди залишався гострим та міцним завдяки особливій композиції вуглецю у структурі металу.

Свого роду наноматеріали, наприклад обвуглені стебла рослин, що містять нанотрубки, міг використовувати Франклін для створення надконденсатора. А хто з вас зрозумів, що таке лейденська банка, і хто пробуватиме її зробити?

Іоністори - це електрохімічні прилади, призначені для зберігання електричної енергії. Вони характеризуються великою кількістю заряду - розряду (до декількох десятків тисяч разів), у них дуже тривалий термін служби на відміну від інших елементів живлення (акумуляторні батареї та гальванічні елементи), малий струм витоку, і найголовніше - іоністори можуть мати велику ємність і дуже Маленькі розміри. Іоністори знайшли широке застосування в персональних комп'ютерах, автомагнітолах, мобільних пристроях і таке інше. Призначені для зберігання пам'яті, коли основну батарейку виймають або пристрій вимкнено. Останнім часом іоністори дуже часто почали застосовувати в автономних системах живлення на сонячних батареях.

Іоністори також дуже довго зберігають заряд, незалежно від погодних умов, вони витривалі до морозів і спеки, і на роботу пристрою це ніяк не вплине. У деяких електронних схемах для зберігання пам'яті потрібно мати напругу, яка вище, ніж напруга іоністора, для вирішення цього питання іоністори підключають послідовно, а для збільшення ємності іоністора їх підключають паралельно. Останній вид підключення в основному використовують для підвищення часу роботи іоністора, а також збільшення струму віддається в навантаження, для балансування струму в паралельному з'єднанні кожному іоністору підключають резистор.

Іоністори часто використовуються з акумуляторами живлення та на відміну від них не бояться коротких замикань та різкого перепаду температур навколишнього середовища. вже сьогодні розробляються спеціальні іоністори з великою ємністю і силою струм яких доходить до 1 ампера, як відомо струм іоністорів, які сьогодні використовують у техніці для зберігання пам'яті не перевищує 100 міліампер, це один і найголовніший недолік іоністорів, але цей косяк компенсується вище перерахованими перевагами іоністорів. В інтернеті можна зустріти чимало конструкцій на так званих суперконденсаторах - вони ж іоністори. Іоністори з'явилися зовсім недавно - 20 років тому.

За словами вчених, електрична ємність нашої планети становить 700 мкф, порівняйте з простим конденсатором... Іоністори в основному роблять з деревного вугілля, яке після активування та спеціальної обробки стає пористим, дві металеві пластинки щільно притискаються до відсіку з вугіллям. Зробити іоністор в домашніх умовах дуже просто, але дістати пористе вугілля майже не реально, потрібна домашня обробка деревного вугілля, а це дещо проблематично, тому простіше купити іоністор і ставити цікаві експерименти на ньому. Наприклад параметри (потужність і напруги) одного іоністору достатньо, щоб яскраво і довго засвітився світлодіод або працювала

Суперконденсатор або іоністор є пристроєм для накопичення енергетичних мас, акумулювання заряду відбувається на межі між електродом і електролітом. Корисний енергетичний обсяг зберігається як заряд статичного типу. Накопичувальний процес зводиться до взаємодії з постійною напругою, коли іоністор отримує різницю потенціалів на обкладинки. p align="justify"> Технологічна реалізація, як і сама ідея створення подібних приладів, з'явилася відносно недавно, проте вони встигли отримати досвідчене застосування для вирішення певного ряду завдань. Деталь може замінити джерела струму хімічного походження, будучи резервним або основним засобом енергозабезпечення в годинах, обчислювальних калькуляторах, різноманітних мікросхем.

Елементарна конструкція конденсатора складається з обкладки, матеріалом для виготовлення якої служить фольга, розмежованої сухою речовиною, що сепарує. Іоністор складається з цілого ряду конденсаторів із зарядним пристроєм електрохімічного типу. Для виготовлення застосовують спеціальні електроліти. Обкладинки можуть бути кількох різновидів. Активоване вугілля використовується виготовлення обкладок великих параметрів. Також можуть застосовуватися оксиди металів та полімерні матеріали з високими показниками провідності. Для досягнення необхідних показників ємнісної щільності рекомендується використовувати високопористі вугільні матеріали. До того ж, такий підхід дозволяє зробити іоністор значно нижчою собівартістю. Такі деталі відносяться до розряду DLC-конденсаторів, що виробляють накопичення заряду у подвійному відділенні, утвореному на обкладці.

Конструктивне рішення, коли іоністор скомбінований на базі водяного електроліту характеризується малим опором внутрішніх елементів, при цьому обмеження напруженості заряду становить 1 В. Застосування органічних провідників гарантує показники напруги близько 2...3 В та підвищеним опором.

Електронні схеми функціонують із вищими енергетичними потребами. Розв'язанням такого завдання є збільшення кількості точок живлення, що використовуються. Іоністор встановлюється не один, а в кількості 3-4 штук, що дає необхідну кількість заряду.

Порівняно з нікель-металгідридним акумулятором, іоністор здатний містити десяту частину енергетичного запасу, при цьому його напруга спадає лінійним чином, виключаючи зони площинної розрядки. Дані чинники впливають здатність повного утримання заряду в ионисторе. Рівень заряджання безпосередньо залежить від технологічного призначення елемента.

Досить часто іоністор застосовується для підживлення мікросхем пам'яті, включають до складу ланцюгів, що фільтрують, і фільтрів згладжування. Їх також можуть комбінувати з батареями різних зразків для боротьби з наслідками різких стрибків величини струму: під час подачі низького струму відбувається підзарядка іоністора, в іншому випадку він віддає частину енергії, чим знижує величину загального навантаження.

Для накопичення електроенергії люди спочатку використовували конденсатори. Потім, коли електротехніка вийшла за межі лабораторних дослідів, винайшли акумулятори, які стали основним засобом запасання електричної енергії. Але на початку XXI століття знову пропонується використати конденсатори для живлення електроустаткування. Наскільки це можливо і чи залишать акумулятори остаточно в минулому?

Причина, через яку конденсатори були витіснені акумуляторами, була пов'язана із значно більшими значеннями електроенергії, які вони здатні накопичувати. Іншою причиною є те, що при розряді напруга на виході акумулятора змінюється дуже слабо, так що стабілізатор напруги або не потрібний або може мати дуже просту конструкцію.

Головна відмінність між конденсаторами та акумуляторами полягає в тому, що конденсатори безпосередньо зберігають електричний заряд, а акумулятори перетворюють електричну енергію на хімічну, запасають її, а потім назад перетворять хімічну енерію на електричну.

При перетворення енергії частина її втрачається. Тому навіть у найкращих акумуляторів ККД становить не більше 90%, тоді як у конденсаторів він може досягати 99%. Інтенсивність хімічних реакцій залежить від температури, тому на морозі акумулятори працюють помітно гірше, ніж за кімнатної температури. Крім цього, хімічні реакції в акумуляторах не повністю оборотні. Звідси мала кількість циклів заряду-розряду (порядку одиниць тисяч, найчастіше ресурс акумулятора становить близько 1000 циклів заряду-розряду), а також «ефект пам'яті». Нагадаємо, що "ефект пам'яті" полягає в тому, що акумулятор потрібно завжди розряджати до певної величини накопиченої енергії, тоді його ємність буде максимальною. Якщо після розрядки в ньому залишається більше енергії, то ємність акумулятора буде поступово зменшуватися. «Ефект пам'яті» властивий практично всім типам акумуляторів, що серійно випускаються, крім, кислотних (включаючи їх різновиди - гелеві і AGM). Хоча прийнято вважати, що літій-іонним і літій-полімерним акумуляторам він не властивий, насправді і вони є, просто проявляється меншою мірою, ніж в інших типах. Що ж до кислотних акумуляторів, то в них проявляється ефект сульфатації пластин, що викликає незворотне псування джерела живлення. Однією з причин є тривале знаходження акумулятора у стані заряду менше ніж на 50%.

Щодо альтернативної енергетики «ефект пам'яті» та сульфатація пластин є серйозними проблемами. Справа в тому, що надходження енергії від таких джерел, як сонячні батареї та вітряки, складно спрогнозувати. Внаслідок цього заряд і розряд акумуляторів відбуваються хаотично, в неоптимальному режимі.

Для сучасного ритму життя виявляється абсолютно неприйнятним, що акумулятори доводиться заряджати кілька годин. Наприклад, як ви собі уявляєте поїздку на електромобілі на далекі відстані, якщо акумулятор, що розрядився, затримає вас на кілька годин у пункті зарядки? Швидкість зарядки акумулятора обмежена швидкістю хімічних процесів, що протікають в ньому. Можна скоротити час заряджання до 1 години, але не кілька хвилин. У той же час швидкість заряджання конденсатора обмежена тільки максимальним струмом, який дає зарядний пристрій.

Перелічені недоліки акумуляторів зробили актуальним використання замість них конденсаторів.

Використання подвійного електричного шару

Протягом багатьох десятиліть найбільшою ємністю мали електролітичні конденсатори. Вони однією з обкладок була металева фольга, інший - електроліт, а ізоляцією між обкладками - окис металу, якої покрита фольга. У електролітичних конденсаторів ємність може досягати сотих часток фаради, що недостатньо для того, щоб повноцінно замінити акумулятор.

Порівняння конструкцій різних типів конденсаторів (Джерело: Вікіпедія)

Велику ємність, що вимірюється тисячами фарад, дозволяють отримати конденсатори, засновані на так званому подвійному електричному шарі. Принцип їхньої роботи наступний. Подвійний електричний шар виникає за певних умов на межі речовин у твердій та рідкій фазах. Утворюються два шари іонів із зарядами протилежного знака, але однакової величини. Якщо дуже спростити ситуацію, то утворюється конденсатор, «обкладками» якого є зазначені шари іонів, відстань між якими дорівнює кільком атомам.

Суперконденсатори різної ємності виробництва Maxwell

Конденсатори, засновані на цьому ефекті, іноді називають іоністорами. Насправді цей термін не тільки до конденсаторів, в яких накопичується електричний заряд, але й до інших пристроїв для накопичення електроенергії - з частковим перетворенням електричної енергії в хімічну поряд зі збереженням електричного заряду (гібридний іоністор), а також для акумуляторів, заснованих на подвійному електричному шарі (так звані псевдоконденсатори). Тому найбільш сприятливим є термін «суперконденсатори». Іноді замість нього використовується тотожний термін «ультраконденсатор».

Технічна реалізація

Суперконденсатор є дві обкладки з активованого вугілля, залиті електролітом. Між ними розташована мембрана, яка пропускає електроліт, але перешкоджає фізичному переміщенню частинок активованого вугілля між обкладинками.

Слід зазначити, що суперконденсатори власними силами немає полярності. Цим вони принципово від електролітичних конденсаторів, котрим, зазвичай, властива полярність, недотримання якої призводить до виходу конденсатора з ладу. Проте, на суперконденсаторах також наноситься полярність. Пов'язано це з тим, що суперконденсатори сходять із заводського конвеєра вже зарядженими, маркування і означає полярність цього заряду.

Параметри суперконденсаторів

Максимальна ємність окремого суперконденсатора, досягнута на момент написання статті, становить 12000 Ф. У масово випускаються супероконденсаторів вона не перевищує 3000 Ф. Максимально допустима напруга між обкладками не перевищує 10 В. Для суперконденсаторів, що серійно випускаються, цей показник, як правило, лежить в межах 2, 3 – 2,7 В. Низька робоча напруга вимагає використання перетворювача напруги з функцією стабілізатора. Річ у тім, що з розряді напруга на обкладках конденсатора змінюється у межах. Побудова перетворювача напруги для підключення навантаження та зарядного пристрою є нетривіальним завданням. Припустимо, що вам потрібно мати навантаження з потужністю 60 Вт.

Для спрощення розгляду питання знехтуємо втратами у перетворювачі напруги та стабілізаторі. У тому випадку, якщо ви працюєте зі звичайним акумулятором з напругою 12 В, то електроніка, що управляє, повинна витримувати струм в 5 А. Такі електронні прилади широко поширені і коштують недорого. Але зовсім інша ситуація складається при використанні суперконденсатора, напруга на якому становить 2,5 В. Тоді струм, що протікає через електронні компоненти перетворювача, може досягати 24 А, що вимагає нових підходів до схмотехніки та сучасної елементної бази. Саме складністю з побудовою перетворювача і стабілізатора можна пояснити той факт, що суперконденсатори, серійний випуск яких було розпочато ще в 70-х роках XX століття, тільки зараз стали широко використовуватися в різних областях.

Принципова схема джерела безперебійного живлення
напругою на суперконденсаторах, основні вузли реалізовані
на одній мікосхемі виробництва LinearTechnology

Суперконденсатори можуть з'єднуватися в батареї з використанням послідовного або паралельного з'єднання. У першому випадку підвищується максимально допустима напруга. У другому випадку – ємність. Підвищення максимально допустимої напруги в такий спосіб є одним із способів вирішення проблеми, але заплатити за неї доведеться зниженням ємності.

Розміри суперконденсаторів, звичайно, залежать від їхньої ємності. Типовий суперконденсатор ємністю 3000 Ф є циліндр діаметром близько 5 см і довжиною 14 см. При ємності 10 Ф суперконденсатор має розміри, порівнянні з людським нігтем.

Хороші суперконденсатори здатні витримати сотні тисяч циклів заряду-розряду, перевершуючи за цим параметром акумулятори приблизно 100 разів. Але, як і в електролітичних конденсаторів, для суперконденсаторів стоїть проблема старіння через поступовий витік електроліту. Поки повної статистики виходу з ладу суперконденсаторів з цієї причини не накопичено, але за непрямими даними, термін служби суперконденсаторів можна приблизно оцінити величиною 15 років.

Накопичувана енергія

Кількість енергії, запасеної в конденсаторі, виражена в джоулях:

E = CU 2 /2,
де C – ємність, виражена у фарадах, U – напруга на обкладках, виражена у вольтах.

Кількість енергії, запасеної в конденсаторі, виражене в кВтг, дорівнює:

W = CU 2/7200000

Звідси, конденсатор ємністю 3000 Ф з напругою між обкладками 2,5 здатний запасти в собі тільки 0,0026 кВтг. Як це можна співвіднести, наприклад, з літій-іонним акумулятором? Якщо прийняти його вихідну напругу не залежить від ступеня розряду і дорівнює 3,6 В, то кількість енергії 0,0026 кВтг буде запасено в літій-іонному акумуляторі ємністю 0,72 Ач. На жаль, дуже скромний результат.

Застосування суперконденсаторів

Системи аварійного освітлення є місцем, де використання суперконденсаторів замість акумуляторів дає відчутний виграш. Справді, для цього застосування характерна нерівномірність розрядки. Крім цього, бажано, щоб зарядка аварійного світильника відбувалася швидко, і щоб резервне джерело живлення, що використовується в ньому, мало велику надійність. Джерело резервного живлення на основі суперконденсатора можна вбудувати безпосередньо у світлодіодну лампу T8. Такі лампи вже випускаються поряд китайських фірм.

Ґрунтовий світлодіодний світильник із живленням
від сонячних батарей, накопичення енергії
в якому здійснюється в суперконденсаторі

Як зазначалося, розвиток суперконденсаторів багато в чому пов'язані з інтересом до альтернативним джерелам енергії. Але практичне застосування поки що обмежене світлодіодними світильниками, які отримують енергію від сонця.

Активно розвивається такий напрямок як використання суперконденсаторів для запуску електроустаткування.

Суперконденсатори здатні дати велику кількість енергії у короткий інтервал часу. Запитуючи електрообладнання в момент пуску від суперконденсатора, можна зменшити пікові навантаження на електромережу і зрештою зменшити запас на пускові струми, досягнувши величезної економії коштів.

З'єднавши кілька суперконденсаторів в батарею, ми можемо досягти ємності, що можна порівняти з акумуляторами, що використовуються в електромобілях. Але важити ця батарея буде в кілька разів більше акумулятора, що для транспортних засобів є неприйнятним. Вирішити проблему можна, використовуючи суперконденсатори на основі графену, але вони поки що існують тільки як досвідчені зразки. Тим не менш, перспективний варіант знаменитого "Е-мобіля", який працює тільки від електрики, як джерело живлення використовуватиме суперконденсатори нового покоління, розробка яких ведеться російськими вченими.

Суперконденсатори також дадуть виграш при заміні акумуляторів у звичайних машинах, що працюють на бензині або дизельному паливі – їх використання у таких транспортних засобах є реальністю.

Поки що найвдалішим із реалізованих проектів впровадження суперконденсаторів вважатимуться нові тролейбуси російського виробництва, які нещодавно вийшли на вулиці Москви. При припиненні подачі напруги в контактну мережу або при злітанні струмознімачів тролейбус може проїхати на невеликій (близько 15 км/год) швидкості кілька сотень метрів у місце, де він не заважатиме руху на дорозі. Джерелом енергії за таких маневрів для нього є батарея суперконденсаторів.

Загалом, поки що суперконденсатори можуть витіснити акумулятори тільки в окремих «нішах». Але технології бурхливо розвиваються, що дозволяє очікувати, що вже найближчим часом область застосування суперконденсаторів значно розшириться.

Іоністор – це конденсатор, обкладками якого є подвійний електричний шар між електродом та електролітом. Інша назва цього приладу – суперконденсатор, ультраконденсатор, двошаровий електрохімічний конденсатор чи іонікс. Має велику ємність, що дозволяє використовувати його як джерело струму.

Пристрій іоністору

Принцип дії іоністора аналогічний звичайному конденсатору, але ці пристрої відрізняються матеріалами, що використовуються. Як обкладки в таких елементах застосовують пористий матеріал - активоване вугілля, що є хорошим провідником, або спінені метали. Це дозволяє багато разів збільшити їх площу і, оскільки ємність конденсатора прямо пропорційна площі електродів, вона зростає в тій же мірі. Крім того, як діелектрик використовується електроліт, як в електролітичних конденсаторах, що зменшує відстань між обкладками і збільшує ємність. Найпоширеніші параметри – кілька фарад при напрузі 5-10В.

Типи іоністорів

Є кілька типів таких пристроїв:

З електродами, що ідеально поляризуються, з активованого вугілля. Електрохімічні реакції у таких елементах не відбуваються. Як електроліт використовуються водні розчини їдкого натру (30% KOH), сірчаної кислоти (38% H2SO4) або органічні електроліти;
В якості однієї обкладки використовується електрод, що ідеально поляризується з активованого вугілля. Другий електрод є слабо, або неполяризованим (анод або катод, залежно від конструкції);
Псевдоконденсатори. У цих приладах поверхні обкладок відбуваються оборотні електрохімічні реакції. Відрізняються великою ємністю.

Переваги та недоліки іоністорів

Застосовуються такі пристрої замість акумуляторів або батарейок. У порівнянні з ними, такі елементи мають переваги і недоліки.

Недоліки суперконденсаторів:

низький струм розряду в поширених елементах, а конструкції без цього недоліку відрізняються високою ціною;
напруга на виході пристрою знижується при розряді;
при короткому замиканні елементах великої ємності з низьким внутрішнім опором вигоряють контакти;
знижена допустима напруга та швидкість розряду, порівняно з конденсаторами звичайних типів;
більший, ніж у акумуляторах, струм саморозряду.

Переваги ультраконденсаторів:

більші, ніж в акумуляторах, швидкість, струм заряду та розряду;
довговічність – при випробуваннях після 100 000 циклів заряд/розряд не було відзначено погіршення параметрів;
високий внутрішній опір у більшості конструкцій, що перешкоджає саморозряду та виходу з ладу при короткому замиканні;
тривалий термін служби;
менший обсяг та вага;
біполярність - виробник наносить маркування "+" і "-", але це полярність заряду, поданого при випробуваннях на виробництві;
широкий діапазон робочих температур та стійкість до механічних навантажень.

Щільність енергії

Можливість запасати енергію у суперконденсаторів у 8 разів менше, ніж у свинцевих акумуляторів, і у 25 разів менше, ніж у літієвих. Щільність енергії залежить від внутрішнього опору: чим вона нижча, тим вища питома енергоємність пристрою. Останні розробки вчених дозволяють створити елементи, здатність запасати енергію яких можна порівняти зі свинцевими акумуляторами.

У 2008 році в Індії було створено іоністор, у якому обкладки були виготовлені з графену. Енергоємність цього елемента становить 32 (Вт * год) / кг. Для порівняння, енергоємність автомобільних акумуляторів – 30-40 (Вт*год)/кг. Прискорена зарядка цих апаратів дозволяє використовувати в електромобілях.

У 2011 році корейські конструктори створили апарат, в якому, крім графену, було застосовано азот. Цей елемент забезпечив подвійну питому енергоємність.

Довідка.Графен - це шар вуглецю, завтовшки 1 атом.

Застосування іоністорів

Електричні властивості суперконденсаторів знаходять застосування у різних галузях техніки.

Громадський транспорт

Електробуси, в яких замість акумуляторів застосовуються іоністори, виробляються компаніями Hyundai Motor, "Тролза", Білкомунмаш та деякими іншими.

Ці автобуси конструктивно схожі на тролейбуси без штанг і не потребують контактної мережі. Вони заряджаються на зупинках за час висадки та посадки пасажирів або в кінцевих точках маршруту за 5-10 хвилин.

Тролейбуси, обладнані іоністорами, здатні об'їжджати обриви контактної лінії, пробки та не потребують проводів у депо та стоянках у кінцевих точках маршруту.

Електромобілі

Основна проблема електромобілів – тривалий час заряду. Ультраконденсатор, з великим зарядним струмом і малим часом заряджання, дозволяє вести підзарядку при короткочасних зупинках.

У Росії розроблений Е-мобіль, який використовує спеціально створений іоністор як акумулятор.

Крім того, установка суперконденсатора паралельно акумулятору дозволяє збільшити струм, споживаний електродвигуном при пуску та розгоні. Така система застосовується у KERS, у болідах Формули-1.

Побутова електроніка

Ці прилади використовуються у фотоспалахах та інших пристроях, в яких можливість швидкої зарядки та розрядки важливіша за габарити та вагу апарата. Наприклад, детектор раку заряджається за 2,5 хвилини та працює 1 хвилину. Цього достатньо, щоб зробити дослідження та запобігти ситуаціям, у яких прилад непрацездатний через розряджені батареї.

В автомагазинах можна придбати іоністори ємністю 1 фарад, для використання паралельно автомагнітолі. Вони згладжують коливання напруги під час пуску двигуна.

Іоністор своїми руками

За бажання можна зробити суперконденсатор своїми руками. Такий пристрій матиме найгірші параметри і прослужить недовго (поки не висохне електроліт), але дасть уявлення про роботу таких пристроїв в цілому.

Для того щоб виготовити іоністор своїми руками, необхідні:

мідна або алюмінієва фольга;
кухонна сіль;
активоване вугілля з аптеки;
вата;
гнучкі дроти для висновків;
пластикова коробочка для корпусу.

Порядок виготовлення ультраконденсатора наступний:

відрізати два шматочки фольги такого розміру, щоб вони поміщалися на дно коробки;
припаяти до фольги дроту;
змочити вугілля водою, розтерти на порошок і висушити;
приготувати 25% розчин солі;
змішати вугільний порошок із сольовим розчином до пастоподібного стану;
змочити розчином солі вату;
нанести пасту тонким рівним шаром на фольгу;
зробити "сендвіч": фольга вугіллям вгору, тонкий шар вати, фольга вугіллям вниз;
помістити конструкцію у коробку.

Допустима напруга такого приладу – 0,5 В. При його перевищенні починається процес електролізу, і іоністор перетворюється на газовий акумулятор.