Συμπυκνωτής αντί για μπαταρία: Τεχνική λύση. Μπορεί ο ιόντος να αντικαταστήσει την μπαταρία

Ηλεκτρική χωρητικότητα ΣφαίραΌπως είναι γνωστό από την πορεία της φυσικής, είναι περίπου 700 μικρά. Ένας συνηθισμένος πυκνωτής ενός τέτοιου δοχείου μπορεί να συγκριθεί κατά βάρος και όγκος με τούβλο. Υπάρχουν όμως συμπυκνωτές με την ηλεκτρική χωρητικότητα του πλανήτη, ίσες στο μέγεθος της άμμου - υπεραγωγοί.

Υπήρχαν τέτοιες συσκευές σχετικά πρόσφατα, πριν από είκοσι χρόνια. Καλούνται διαφορετικά: ιόντων, ιονιστές ή απλά υπερκατασκευαστές.

Μην νομίζετε ότι είναι διαθέσιμα μόνο σε μερικές υψηλές αεροπορικές εταιρείες υψηλής πτήσης. Σήμερα μπορείτε να αγοράσετε στο κατάστημα του ιόντων με μέγεθος κέρματος και ένα δοχείο σε ένα Faraday, το οποίο είναι 1500 φορές την ικανότητα του πλανήτη και κοντά στην ικανότητα του μεγαλύτερου πλανήτη του ηλιακού συστήματος - Δία.

Οποιοσδήποτε συμπυκνωτής διατηρεί ενέργεια. Για να καταλάβετε πόσο μεγάλη ή μικρή ενέργεια, επισημασμένη στο Ionistor, είναι σημαντικό να το συγκρίνετε με κάτι. Εδώ είναι λίγο ασυνήθιστο, αλλά ένας καλός τρόπος.

Οι ενέργειες του συνηθισμένου πυκνωτή είναι αρκετές ώστε να μπορούν να πηδήξουν για το μετρητή ενάμισι. Ο μικροσκοπικός ιόντος τύπου 58-9b, ο οποίος έχει μάζα 0,5 g, φορτισμένη με τάση 1 V, θα μπορούσε να μεταβεί σε ύψος 293 μ!!

Μερικές φορές πιστεύουν ότι οι ιόνοι είναι σε θέση να αντικαταστήσουν οποιαδήποτε μπαταρία. Οι δημοσιογράφοι ζωγράφισαν τον κόσμο του μέλλοντος με σιωπηλά ηλεκτρικά οχήματα σε υπερκατασκευαστές. Αλλά μέχρι στιγμής πριν από αυτό. Ο ιόνιο που ζυγίζει ένα κιλό είναι σε θέση να συσσωρεύσει ενέργεια 3000 J, και τη χειρότερη μπαταρία μολύβδου - 86.400 J - 28 φορές περισσότερο. Ωστόσο, κατά την επιστροφή Μεγάλη δύναμη Σε σύντομο χρονικό διάστημα, η μπαταρία θα επιδεινωθεί γρήγορα και μόνο healo απορρίπτεται. Ο ιόντος είναι επανειλημμένα και χωρίς καμία βλάβη για τον εαυτό της δίνει οποιαδήποτε χωρητικότητα, αν μόνο θα μπορούσαν να αντέξουν τα συνδετικά καλώδια. Επιπλέον, ο ιόνιο μπορεί να χρεωθεί για την καταμέτρηση δευτερολέπτων και η μπαταρία χρειάζεται συνήθως ρολόι.

Αυτό καθορίζει το πεδίο του ιόντων. Είναι καλό ως πηγή ενέργειας συσκευών, εν συντομία, αλλά συχνά κατανάλωση μεγαλύτερης δύναμης: ηλεκτρονικός εξοπλισμός, λαμπτήρες τσέπης, εκκινητές αυτοκινήτων, ηλεκτρικά jackhammers. Ο ιονιστής μπορεί να έχει στρατιωτική χρήση ως πηγή τροφοδοσίας ηλεκτρομαγνητικών όπλων. Και σε συνδυασμό με ένα μικρό εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, ο ιόντος σάς επιτρέπει να δημιουργείτε αυτοκίνητα με ηλεκτρικούς τροχούς και κατανάλωση καυσίμου 1-2 L ανά 100 χλμ.

Οι ιόντων με την πιο διαφορετική χωρητικότητα και την τάση λειτουργίας είναι προς πώληση, αλλά είναι ακριβό. Έτσι, αν υπάρχει χρόνος και ενδιαφέρον, μπορείτε να προσπαθήσετε να κάνετε τον εαυτό σας τον ιόνους. Αλλά πριν δώσετε συγκεκριμένες συμβουλές, μια μικρή θεωρία.

Από την ηλεκτροχημεία είναι γνωστή: όταν το μέταλλο είναι βυθισμένο, το λεγόμενο διπλό ηλεκτρικό στρώμα σχηματίζεται στην επιφάνεια του, που αποτελείται από πολυδιάστατες ηλεκτρικές φορτίσεις - ιόντα και ηλεκτρόνια. Μεταξύ αυτών υπάρχουν δυνάμεις αμοιβαίας έλξης, αλλά οι χρεώσεις δεν μπορούν να πλησιάσουν. Αυτό παρεμποδίζεται από τις δυνάμεις έλξης μορίων νερού και μετάλλων. Στην πραγματικότητα, το διπλό ηλεκτρικό στρώμα δεν είναι παρά έναν πυκνωτή. Οι χρεώσεις που επικεντρώθηκαν στην επιφάνεια της εκτελούν το ρόλο των πλακών. Η απόσταση μεταξύ τους είναι πολύ μικρή. Και, όπως γνωρίζετε, η χωρητικότητα του πυκνωτή με μείωση στην απόσταση μεταξύ των πλακών της αυξάνεται. Επομένως, για παράδειγμα, η ικανότητα των συμβατικών βελτίων χάλυβα, βυθισμένα στο νερό, φτάνει σε αρκετό MF.

Στην ουσία, ο ιόνιο αποτελείται από δύο ηλεκτρόδια βυθισμένα στον ηλεκτρολύτη με μια πολύ μεγάλη περιοχή, στην επιφάνεια του οποίου σχηματίζεται το διπλό ηλεκτρικό στρώμα κάτω από τη δράση της εφαρμοζόμενης τάσης. Αληθινή, εφαρμόζοντας συνηθισμένες επίπεδες πλάκες, θα ήταν δυνατόν να επιτευχθεί χωρητικότητα μόνο μερικών δωδεκτικών ΜΧ. Για να ληφθούν μεγάλες δεξαμενές χαρακτηριστικές των κληρονόμων, χρησιμοποιούνται ηλεκτρόδια πορώδους υλικών που έχουν μεγάλη επιφάνεια των πόρων με μικρά εξωτερικά μεγέθη.

Σκεφτόμενα μέταλλα από το τιτάνιο στο Platinum δοκιμάστηκαν σε αυτόν τον ρόλο. Ωστόσο, ήταν ασύγκριτα καλύτερα από όλα ... ο συνηθισμένος ενεργός άνθρακας. Αυτός ο ξυλάνθρακας, ο οποίος μετά από ειδική επεξεργασία γίνεται πορώδης. Η επιφάνεια των πόρων 1 cm3 ενός τέτοιου άνθρακα φτάνει σε χιλιάδες τετραγωνικά μέτρα και η χωρητικότητα του διπλού ηλεκτρικού στρώματος πάνω τους είναι δέκα Farad!

Ο αυτοτελής ιονιστής στο σχήμα 1 δείχνει το σχεδιασμό του ιόντων. Αποτελείται από δύο μεταλλικές πλάκες, πιέζεται στενά σε "γέμιση" από ενεργό άνθρακα. Ο άνθρακας τοποθετείται σε δύο στρώματα, μεταξύ των οποίων τοποθετείται ένα λεπτό διαχωριστικό στρώμα μιας ουσίας που δεν διεξάγει ηλεκτρόνια. Όλα αυτά εμποτίζονται με τον ηλεκτρολύτη.

Κατά τη φόρτιση του ιόντων στο ήμισυ του μισού του στις πόρους του άνθρακα, σχηματίζεται ένα διπλό ηλεκτρικό στρώμα με ηλεκτρόνια στην επιφάνεια, σε ένα άλλο - με θετικά ιόντα. Μετά τη φόρτιση των ιόντων και τα ηλεκτρόνια αρχίζουν να φεύγουν ο ένας προς τον άλλο. Όταν πληρούνται, σχηματίζονται ουδέτερα μεταλλικά άτομα και η συσσωρευμένη χρέωση μειώνεται και με το χρόνο μπορεί να βγει καθόλου.

Για να αποφευχθεί αυτό, μεταξύ των στρωμάτων του ενεργού άνθρακα και εισάγεται το στρώμα διαχωρισμού. Μπορεί να αποτελείται από διάφορες λεπτές πλαστικές μεμβράνες, χαρτί και ακόμη και μαλλί.
Σε ερασιτέχνες ιονιστές, ο ηλεκτρολύτης εξυπηρετεί ένα διάλυμα 25% του μοναδικού άλατος ή ενός διαλύματος 27% του CON. (Σε μικρότερες συγκεντρώσεις, δεν σχηματίζεται ένα στρώμα αρνητικών ιόντων σε ένα θετικό ηλεκτρόδιο.)

Οι πλάκες χαλκού χρησιμοποιούνται ως ηλεκτρόδια με καλώδια ατμού εκ των προτέρων. Οι επιφάνειες εργασίας τους πρέπει να καθαρίζονται από οξείδια. Ταυτόχρονα, είναι επιθυμητό να χρησιμοποιήσετε ένα χονδροειδές μηδέν με ένα χοντρό. Αυτές οι γρατζουνιές θα βελτιώσουν τον συμπλέκτη άνθρακα με χαλκό. Για ένα καλό συμπλέκτη, η πλάκα πρέπει να είναι απολίπανση. Η απολίπανση των πλακών γίνεται σε δύο στάδια. Αρχικά, πλένονται με σαπούνι και στη συνέχεια τρίψτε με σκόνη δοντιών και ξεπλύνετε το πίδακα του νερού. Μετά από αυτό, δεν πρέπει να τα αγγίζετε με τα δάχτυλά σας.

Ο ενεργός άνθρακας που αγοράστηκε σε ένα φαρμακείο λειοτριβήθηκε σε κονίαμα και αναμιγνύεται με έναν ηλεκτρολύτη για να ληφθεί μια παχιά πάστα, η οποία είναι λερωμένη προσεκτικά χαμηλής περιεκτικότητας σε λιπαρές πλάκες.

Όταν δοκιμάζετε πρώτα, η πλάκα με μια τοποθέτηση χαρτιού βάζει ένα στο άλλο, μετά από αυτό θα προσπαθήσουμε να το χρεώσουμε. Αλλά υπάρχει λεπτότητα. Κατά την τάση άνω του 1 V, αρχίζει η απελευθέρωση αερίων H2, O2. Καταστρέφουν ηλεκτρόδια άνθρακα και δεν επιτρέπουν να λειτουργούν τη συσκευή μας στη λειτουργία συμπυκνωτή Ionistore.

Ως εκ τούτου, πρέπει να το χρεώσουμε από μια πηγή τάσης που δεν είναι πάνω από 1 V. (απλώς μια τέτοια τάση για κάθε ζεύγος πινακίδων συνιστάται για το έργο βιομηχανικών ιόντων.)

Λεπτομέρειες για περίεργο

Κατά την τάση άνω του 1,2, ο ιονιστής μετατρέπεται σε μπαταρία αερίου. Αυτή είναι μια ενδιαφέρουσα συσκευή, αποτελούμενη επίσης από ενεργό άνθρακα και δύο ηλεκτρόδια. Αλλά εκτελείται εποικοδομητικά διαφορετικά (βλ. Εικ. 2). Τυπικά χρειάζονται δύο ράβδους άνθρακα από το παλιό γαλβανικό στοιχείο και δεμένουν γύρω τους γύρω τους γάζα με ενεργό άνθρακα. Το διάλυμα καλύμματος χρησιμοποιείται ως ηλεκτρολύτης. (Η λύση του αλατιού μαγειρέματος δεν πρέπει να εφαρμόζεται, διότι όταν είναι αποσύνθεση, το χλώριο απελευθερώνεται.)

Η ενεργειακή ένταση της μπαταρίας αερίου φτάνει τα 36.000 J / kg, ή 10 W-B / kg. Είναι 10 φορές περισσότερο από τον ιονιστή, αλλά 2,5 φορές μικρότερη από τη συμβατική μπαταρία μολύβδου. Ωστόσο, η μπαταρία αερίου δεν είναι μόνο μια μπαταρία, αλλά ένα πολύ περίεργο κύτταρο καυσίμου. Όταν φορτίζεται στα ηλεκτρόδια, τα αέρια διακρίνονται - οξυγόνο και υδρογόνο. "Εγκαθίστανται" στην επιφάνεια του ενεργού άνθρακα. Όταν εμφανιστεί το τρέχον ρεύμα, η σύνδεσή τους συμβαίνει στο σχηματισμό νερού και ηλεκτρικού ρεύματος. Αυτή η διαδικασία, ωστόσο, χωρίς έναν καταλύτη είναι πολύ αργή. Και ο καταλύτης, όπως αποδείχθηκε, μπορεί να είναι μόνο πλατίνα ... Επομένως, σε αντίθεση με το Ionistore, η μπαταρία αερίου δεν μπορεί να δώσει μεγάλα ρεύματα.

Παρ 'όλα αυτά, ο εφευρέτης της Μόσχας. Presnyakov (http: //chemfiles.narod .r u / hit / gas_akk.htm Εφαρμόστε με επιτυχία μια μπαταρία αερίου για να ξεκινήσει έναν κινητήρα φορτηγού. Το στερεό βάρος του είναι σχεδόν τρεις φορές περισσότερο από το συνηθισμένο - στην περίπτωση αυτή αποδείχθηκε ότι είναι ανεκτή. Αλλά το χαμηλό κόστος και η απουσία τέτοιων επιβλαβών υλικών όπως το οξύ και το μόλυβδο φαινόταν εξαιρετικά ελκυστικές.

Η μπαταρία αερίου του απλούστερου σχεδίου ήταν επιρρεπής σε μια πλήρη αυτο-εκκένωση για 4-6 ώρες. Αυτό έθεσε τέλος σε πειράματα. Σε ποιον χρειάζεστε ένα αυτοκίνητο, το οποίο είναι αδύνατο να ξεκινήσετε μετά το νυχτερινό χώρο στάθμευσης;

Παρ 'όλα αυτά, η "μεγάλη τεχνική" δεν ξεχάσει τις μπαταρίες αερίου. Ισχυροί, πνεύμονες και αξιόπιστοι, στέκονται σε μερικούς δορυφόρους. Η διαδικασία σε αυτά πηγαίνει υπό πίεση περίπου 100 atm και το σφουγγάρι νικέλιο χρησιμοποιείται ως απορροφητής αερίων, οι οποίες υπό τέτοιες συνθήκες λειτουργούν ως καταλύτης. Ολόκληρη η συσκευή τοποθετείται στον κύλινδρο υπερχείλισης από τις ίνες άνθρακα. Αποδείχθηκε συσσωρευτές με ένταση ενέργειας σχεδόν 4 φορές υψηλότερη από αυτή των μπαταριών μολύβδου. Το ηλεκτρικό αυτοκίνητο μπορεί να πάει περίπου 600 χιλιόμετρα. Αλλά, δυστυχώς, ενώ είναι πολύ ακριβό.

Sergey Asmakov

Τα τελευταία χρόνια, έχουμε συνηθίσει τον ταχειοφόρο ρυθμό ανάπτυξης της ψηφιακής τεχνολογίας. Αλλά εάν ορισμένες κατηγορίες εξαρτημάτων (όπως μικροεπεξεργαστές ή μονάδες μνήμης) βελτιώνονται πραγματικά με πραγματικά διαστημική ταχύτητα, στη συνέχεια σε μια σειρά άλλων περιοχών, η πρόοδος δεν είναι τόσο αξιοσημείωτη. Το τελευταίο περιλαμβάνει επαναφορτιζόμενες τροφοδοσίες. Και αυτό είναι σίγουρα δημιουργεί Ορισμένα προβλήματαΔεδομένου ότι σημαντικές παράμετροι όπως η διάρκεια της αυτόνομης εργασίας, ο χρόνος ανάκτησης χρέωσης, καθώς και το μέγεθος και το βάρος του τελικού προϊόντος εξαρτώνται από τα χαρακτηριστικά αυτών των συστατικών.

Λεπτές αποχρώσεις για την επιλογή της τροφοδοσίας ρεύματος

Επί του παρόντος, σε φορητές ηλεκτρονικές συσκευές, χρησιμοποιούνται τροφοδοσία ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙ. Μια τέτοια ποικιλία δεν είναι ένας ιδιότροπος προγραμματιστές, αλλά έχει μια εντελώς λογική εξήγηση. Για παράδειγμα, στην περίπτωση των κινητών συσκευών - όπως τα smartphones, τα δισκία ή οι φορητοί υπολογιστές - μια τιμή προτεραιότητας έχει μια συγκεκριμένη ενεργειακή ένταση (δηλ., Η ποσότητα ισχύος ηλεκτρικής ενέργειας ανά μονάδα όγκου της μπαταρίας). Όσο μεγαλύτερη είναι αυτή η ένδειξη, τόσο μεγαλύτερη είναι η χωρητικότητα της μπαταρίας με τις ίδιες φυσικές διαστάσεις. Έτσι, η εγκατάσταση μιας μπαταρίας με υψηλότερη ειδική ενεργειακή ένταση θα επεκτείνει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας της κινητής συσκευής, χωρίς να αυξάνεται η διαστάσεις του - η οποία είναι εξαιρετικά σημαντική, δεδομένης της τρέχουσας μόδας για τα gadgets στις πιο λεπτές περιπτώσεις. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το ιόν λιθίου και το πολυμερές λιθίου χρησιμοποιούνται σε σύγχρονα smartphones και δισκία. Επαναφορτιζομενες ΜΠΑΤΑΡΙΕΣΟι οποίες σήμερα οδηγούν στην κατηγορία των επαναφορτιζόμενων μεταφορών μικρού μεγέθους με ειδική ενεργειακή ένταση.

Ωστόσο, κατά την ανάπτυξη ασύρματου Περιφερειακές συσκευές Οι προτεραιότητες θα είναι εντελώς διαφορετικές. Δεδομένου ότι το επίπεδο κατανάλωσης ενέργειας των ασύρματων ποντικών και των πληκτρολογίων σε σύγκριση με τα ίδια smartphones είναι μικρές, η ίδια ανάγκη για τη χρήση πηγών ενέργειας με ρεκόρ υψηλής ενεργειακής έντασης σε αυτή την περίπτωση δεν είναι. Επιπλέον, δεν υπάρχουν σκληροί περιορισμοί σε δείκτες μάζας. Έτσι, σε πολλές περιπτώσεις, οι προγραμματιστές κάνουν μια επιλογή υπέρ όχι της πιο συμπαγής, αλλά αλλά πιο ελαφρύτερης και / ή λιγότερο δαπανηρών πηγής ενέργειας.

Όχι τυχαία, κατά τα τελευταία χρόνια, υπήρξε μια σταθερή τάση να αυξάνονται το μερίδιο των ασύρματων περιφερειακών συσκευών, σχεδιασμένες για τροφοδοσία από τις τυπικές μπαταρίες ΑΑ ή ΑΑΑ. Τα πιο προφανή πλεονεκτήματα αυτής της λύσης είναι η προσβασιμότητα και η μέγιστη απλότητα της χρήσης. Οι τυποποιημένες μπαταρίες μπορούν να αγοραστούν σχεδόν σε οποιοδήποτε κατάστημα. Επιπλέον, με πλήρη εκφόρτωση των μπαταριών, αρκεί να εγκαταστήσετε ένα νέο αντί για, και μπορείτε να συνεχίσετε αμέσως να εργάζεστε. Δεν χρειάζονται πρόσθετα καλώδια, φορτιστές κ.λπ.. Όπως λένε, φτηνές και θυμωμένοι.

Με αυτές τις θέσεις, η χρήση μπαταριών σε ασύρματες περιφερειακές συσκευές φαίνεται λιγότερο κατάλληλη. Για την απαιτούμενη επαναφόρτιση Μια συγκεκριμένη ώρα (Συνήθως 2-3 ώρες) και ενώ ο σχεδιασμός απέχει πολύ από όλα τα μοντέλα σας επιτρέπει να συνεχίσετε να εργάζεστε όταν συνδέετε μια εξωτερική πηγή ενέργειας. Ως αποτέλεσμα, ο χρήστης πρέπει να ακολουθήσει τον δείκτη στάθμης χρέωσης Ασύρματο ποντίκι Ή το πληκτρολόγιο δεν απενεργοποιήθηκε στην πιο ενιαία στιγμή.

Ένας άλλος παράγοντας που επιταχύνθηκε τη μεταβατική διαδικασία των κατασκευαστών ασύρματων περιφερειακών προϊόντων για να τροφοδοτείται από τις μπαταρίες έχει καταστεί σημαντική πρόοδος στον τομέα της μείωσης του επιπέδου της κατανάλωσης ενέργειας των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, τις οποίες οι προγραμματιστές κατάφεραν να επιτύχουν τα τελευταία χρόνια. Τα σύγχρονα μοντέλα ασύρματων ποντικών και πληκτρολογίων είναι σε θέση να εργαστούν σε ένα σύνολο μπαταριών τουλάχιστον μερικές εβδομάδες και ακόμη και μήνες. Έτσι, η αλλαγή των μπαταριών ακόμη και με τους ενεργούς λογαριασμούς χρήσης για σπάνια.

Φυσικά, η τιμή είναι και η τιμή. Η εγκατάσταση πολύ αποσυνδεδεμένων μπαταριών ιόντων λιθίου και πολυμερούς λιθίου οδηγεί αναπόφευκτα στην εκτίμηση της συσκευής. Και αυτό είναι εξαιρετικά σημαντικό όταν πρόκειται για μοντέλα αξίας περίπου 20-30 δολάρια. Επιπλέον, οι μπαταρίες των εν λόγω τύπων έχουν περιορισμένο πόρο - συνήθως από 500 έως 1000 κύκλους απόρριψης χρέωσης. Έτσι, με εντατική χρήση, ο πόρος της μπαταρίας γίνεται κρίσιμος παράγοντας που περιορίζει τον κύκλο ζωής της συσκευής.

Έτσι, οι μπαταρίες είναι φτηνές, διαθέσιμες και άνετες. Τι δεν είναι η τέλεια επιλογή για Ασύρματο πληκτρολόγιο Ή ποντίκι; Ωστόσο, δεν θα ξεχνάμε ότι οι μπαταρίες έχουν επίσης τα δικά τους μειονεκτήματα: Βερνούν αισθητά τις συσκευές (οι οποίες μπορούν να είναι κρίσιμες, αν μιλάμε για ένα ασύρματο ποντίκι) και εκτός αυτού, ας είμαστε σπάνια, αλλά είναι απαραίτητο να αλλάξουμε Από καιρό σε καιρό. Τι θα μπορούσαν να προσφέρουν οι προγραμματιστές ως εναλλακτική λύση;

Δεν έχει ακόμη ξεχάσει το παλιό

Μία από τις πιο ελπιδοφόρες επιλογές είναι οι υπερκαταστάσεις ή, καθώς είναι πιο σωστές να καλέσουν, ιόντων (αγγλόφωνοι συγγραφείς για να ορίσουν αυτά τα στοιχεία συχνά χρησιμοποιούν συντομογραφία EDLC, η οποία αποκωδικοποιείται ως ηλεκτρικός πυκνωτής διπλού στρώματος). Τα πρώτα δείγματα υπερκατασκευών δημιουργήθηκαν πριν από περισσότερα από 50 χρόνια. Επί του παρόντος, χρησιμοποιούνται σε διάφορες ηλεκτρικές συσκευές (ιδίως, σε φανάρια τσέπης, φωτογραφίες κ.λπ.) ως κύριες και εφεδρικές πηγές ενέργειας. Επιπλέον, χάρη στις ιδιότητές του, οι υπερκαταστάσεις είναι η τέλεια αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας για συστήματα ανάκτησης κινητικής ενέργειας, τα οποία είναι εξοπλισμένα με πολλά οχήματα που κατασκευάζονται από ηλεκτρικούς και υβριδικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής.

Τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα των υπερκατασκευαστών σε σύγκριση με τις μπαταρίες λιθίου και του λιθίου πολυμερούς είναι υψηλής ταχύτητας, αποδοτικότητα και τεράστιος πόρος.

Οι υπερκαταστάσεις είναι σε θέση να επιστρέψουν ένας μεγάλος αριθμός από Ενέργεια για σύντομο χρονικό διάστημα, το οποίο επιτρέπει τη μείωση του χρόνου επαναφόρτησης στο ελάχιστο. Επιπλέον, οι ιονιστές χαρακτηρίζονται από υψηλή απόδοση. Εάν οι σύγχρονες μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι σε θέση να δώσουν μόνο το 60% της ηλεκτρικής ενέργειας που δαπανώνται για τη φόρτιση τους, στη συνέχεια σε υπεράκτυνσους, αυτός ο δείκτης υπερβαίνει το 90%.

Ένα άλλο σημαντικό πλεονέκτημα είναι ένας τεράστιος πόρος. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου και πολυμερών λιθίου έχουν ουσιαστική αποικοδόμηση (η μείωση της παραγωγικής ικανότητας σε σχέση με την αρχική τιμή) παρατηρείται μετά από αρκετούς κύκλους εκκένωσης χρέωσης. Και οι υπερκαταστάσεις είναι σε θέση να αντέχουν χωρίς αξιοσημείωτη αποικοδόμηση της τάξης πολλών δεκάδων χιλιάδων κύκλων.

Μεταξύ άλλων πλεονεκτημάτων μπορεί να σημειωθεί ένα μικρό ποσοστό και περιβαλλοντική φιλικότητα. Λόγω της χαμηλής τοξικότητας των υλικών από τους οποίους κατασκευάζονται ιόντων, είναι πολύ ευκολότερο και ασφαλέστερο για τη διάθεσή τους από το λίθιο, το νικέλιο-καδμίο, το νικέλιο-μεταλλικό υδρίδιο και τις μπαταρίες οξέος μολύβδου.

Ίσως, οι αναγνώστες εδώ θα έχουν μια εντελώς φυσική ερώτηση: αν οι υπέροχες πηγές ενέργειας είναι γνωστές για περισσότερο από μισό αιώνα, τότε γιατί δεν έχουν ακόμη αποκτήσει ευρέως διαδεδομένα σε ψηφιακές συσκευές; Το γεγονός είναι ότι μαζί με τα πλεονεκτήματα που αναφέρονται παραπάνω, οι υπερκαταστατήρες έχουν τα μειονεκτήματά τους. Το πιο σημαντικό από αυτά είναι μια μάλλον χαμηλή ειδική ενεργειακή ένταση, μια μη γραμμική καμπύλη εκκένωσης, καθώς και ένα υψηλό ρεύμα αυτο-εκκένωσης.

Ο δείκτης της ειδικής ενεργειακής πυκνότητας των σύγχρονων υπερκατασκευαστών είναι από 7 έως 9 watt ανά λίτρο όγκου. Για σύγκριση: Παράγουν τώρα μπαταρίες ιόντων λιθίου, αυτός ο δείκτης ποικίλλει εντός 250-400 W H ανά λίτρο.

Λόγω της μεγάλης τρέχουσας αυτο-εκκένωσης, οι ιόνοι δεν είναι κατάλληλοι για μακροπρόθεσμη αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας. Επιπλέον, η καμπύλη εκκένωσης του Supercapacitor Nonlinear: η τάση εξόδου εξαρτάται από την υπόλοιπη χρέωση.

Λόγω των παραπάνω, οι λόγοι που παράγονται σήμερα οι ιόροι είναι ακατάλληλοι για χρήση στο Κινητές συσκευέςΌταν η κύρια τιμή είναι ο λόγος του μεγέθους και της ενέργειας της μπαταρίας. Ωστόσο, για ασύρματες περιφερειακές συσκευές, οι supercapacitors είναι μια πολύ ενδιαφέρουσα εναλλακτική λύση για τις μπαταρίες μιας χρήσης.

Στην περίπτωση αυτή, θα χρησιμοποιηθούν τέτοιες ιδιότητες των ιωνιτών ως υψηλού επιτοκίου φόρτισης και υψηλή απόδοση. Ο ιδιοκτήτης ενός ασύρματου ποντικιού ή πληκτρολογίου δεν θα πρέπει να περιμένει 2-3 ώρες, όπως στην περίπτωση συσκευών με μπαταρίες λιθίου: μόνο λίγα λεπτά θα είναι αρκετή για να ανακτήσει τη χρέωση. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, είναι δυνατή η συσσώρευση ενός αποθέματος ενέργειας, η οποία είναι αρκετή για αρκετές ώρες ενεργού εργασίας, και χωρίς πολύ εντατική χρήση - ακόμη και για μια ολόκληρη μέρα. Για παράδειγμα, ένας πλήρης κύκλος χρέωσης εξοπλισμένος με ενσωματωμένο Supercapacitor του ασύρματου ποντικιού Genius DX-ECO, το οποίο είμαστε μόνο 5 λεπτά και η ηλεκτρική ενέργεια που συσσωρεύεται κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου είναι αρκετή για 4 ώρες λειτουργίας.

Φυσικά, για να επαναφορτίσετε την ασύρματη συσκευή εξοπλισμένη με ένα ιόνιο, θα πρέπει να καθημερινός (και ίσως ακόμα πιο συχνά). Ωστόσο, όπως ήδη αναφέρθηκε, αυτή η διαδικασία θα διαρκέσει μόνο λίγα λεπτά - απλά αρκετός χρόνος για να πιείτε ένα φλιτζάνι καφέ ή απλά αποσπά την προσοχή από τον υπολογιστή. Και δεδομένου ότι οι υπερκαταστάσεις έχουν έναν τεράστιο πόρο, ακόμη και αν υπάρχουν αρκετές ημερήσιες επαναφόρτιση, η διάρκεια ζωής της συσκευής θα είναι τουλάχιστον δέκα χρόνια.

Ένα σημαντικό πλεονέκτημα των υπερκατασκευαστών σε σύγκριση με τις μπαταρίες λιθίου και τις συμβατικές μπαταρίες είναι αισθητά μικρότερη. Αυτό σημαίνει ότι το ίδιο ασύρματο ποντίκι που είναι εξοπλισμένο με έναν ιόντων θα είναι λίγο πιο δύσκολο από το ενσύρματο αναλογικό.

Προοπτικές

Έτσι, οι υπερκατασκευές έχουν υψηλό ρυθμό φόρτισης και ενεργειακή απόδοση, καθώς και έναν τεράστιο πόρο. Λόγω της χαμηλής τοξικότητας των υλικών, είναι πολύ πιο εύκολο και φθηνότερο για τη διάθεσή τους από τις μπαταρίες λιθίου. Ένας τέτοιος συνδυασμός ιδιοτήτων καθιστά τους υπερκατασκευαστές μια πολύ ελπιδοφόρα επιλογή για χρήση ως επαναφορτιζόμενες αυτόνομες πηγές ισχύος ασύρματων περιφερειακών συσκευών. Όσον αφορά την ανάγκη να συνδέσετε συχνά ένα καλώδιο για επαναφόρτιση, είναι εύκολο να λύσετε αυτό το πρόβλημα, εφαρμόζοντας έναν ασύρματο φορτιστή - ειδικά αφού οι λύσεις αυτές αρχίζουν να εμφανίζονται στη μαζική αγορά.

Χάρη στην εισαγωγή νέων υλικών στο μέλλον, θα είναι δυνατή η δημιουργία υπερκυκλωτών με πολύ υψηλότερη (σε σύγκριση με την τρέχουσα βιομηχανημένη) ειδική ενεργειακή πυκνότητα. Οι υψηλές ελπίδες, οι ειδικοί είναι καρφωμένοι στην ανάπτυξη των supercapacitors graphene. Η χρήση αυτού του καινοτόμου υλικού θα επιτρέψει στο εγγύς μέλλον να δημιουργήσει δείγματα με ειδική ενεργειακή πυκνότητα της ενέργειας περίπου 60% ανά λίτρο. Φυσικά, αυτό είναι σημαντικά λιγότερο σε σύγκριση με τις σύγχρονες μπαταρίες λιθίου και πολυμερούς λιθίου, αλλά είναι ήδη αρκετά συγκρίσιμο με τα χαρακτηριστικά των μπαταριών μολύβδου-οξέος. Και δεν μπορείτε να αμφισβητηθεί ότι η ανάπτυξη της σειριακής απελευθέρωσης των supercapacitors Graphene θα επεκταθεί σημαντικά το πεδίο εφαρμογής της χρήσης αυτών των πηγών ενέργειας. Μπορούν να είναι εξοπλισμένα με όχι μόνο ασύρματους χειριστές και πληκτρολόγια, αλλά και φορητοί Ακουστικά συστήματακαθώς και πηγές Αδιάκοπη δύναμη Μικρή δύναμη.

Ο υπερκατασακικός, επίσης γνωστός ως υπεριώδης ή ένας πυκνωτής δύο στρώσεων, διαφέρει από τον συνήθη συμπυκνωτή, καθώς έχει πολύ μεγάλη χωρητικότητα. Ο πυκνωτής αποθηκεύει ενέργεια χρησιμοποιώντας ένα στατικό φορτίο, σε αντίθεση με τις αντιδράσεις ηλεκτροχημικής μπαταρίας. Η χρήση της διαφορικής τάσης σε μια θετική και αρνητική πλάκα χρεώνει τον πυκνωτή. Αυτό είναι παρόμοιο με τη συσσώρευση στατικής χρέωσης με τριβή. Το άγγιγμα της πλάκας πυκνωτή απελευθερώνεται ενέργεια.

Υπάρχουν τρεις τύποι πυκνωτών, ο κύριος μεταξύ τους είναι ένας ηλεκτροστατικός συμπυκνωτής με ξηρό διαχωριστή. Αυτό το κλασικό μοντέλο συμπυκνωτή έχει ένα πολύ μικρό δοχείο και χρησιμοποιείται κυρίως στην ηλεκτρονική. Η χωρητικότητα του πυκνωτή μετράται στις φαρκείες και για ηλεκτροστατικές κυματιστές στην περιοχή Picoparad (PF).

Ο επόμενος τύπος συμπυκνωτή είναι ηλεκτρολυτικός, παρέχει υψηλότερη χωρητικότητα σε σύγκριση με την ηλεκτροστατική και εκτιμάται σε μικροπρατικά (ICF), η οποία είναι ένα εκατομμύριο φορές περισσότερο picofarad. Διαχωριστικό σε τέτοιους συμπυκνωτές υγρού τύπου. Όπως και στις ηλεκτρικές μπαταρίες, οι πυκνωτές έχουν διαφορετικούς πόλους που πρέπει να τηρούνται όταν χρησιμοποιούνται.

Ο τρίτος τύπος είναι ένας supercapacitor, η χωρητικότητά του εκτιμάται στους Farades και χιλιάδες φορές την ικανότητα του ηλεκτρολυτικού. Ο υπερκατασακικός χώρος χρησιμοποιείται για την αποθήκευση ενέργειας που εκτίθεται σε συχνές κύκλους φόρτισης / εκφόρτισης σε υψηλές τιμές ρεύματος και σύντομη διάρκεια.

Η μονάδα μέτρησης του δοχείου του Farad, ονομάζεται μετά την αγγλική φυσική του Michael Faraday (1791-1867). Το ένα Farad αποθηκεύει ένα ηλεκτρικό κρεμαστό κόσμημα φόρτισης σε τάση τάσης. Ένα μικροφάραντ είναι ένα εκατομμύριο φορές μικρότερο από το Faraday, και το Picophadera είναι ένα εκατομμύριο φορές λιγότερο από ένα μικροφάραντ.

Οι Γενικοί Ηλεκτρικοί Μηχανικοί άρχισαν να πειραματίζονται με την πρώιμη έκδοση του Supercacitor πίσω το 1957, αλλά αυτή η εξέλιξη δεν ονομάζεται εμπορικό ενδιαφέρον. Το 1966, το έλαιο Standard ανακάλυψε την επίδραση ενός πυκνωτή δύο στρώσεων ενώ εργάζεται με πειραματικές δομές κυττάρων καυσίμου. Η δομή των δύο στρώσεων έχει βελτιώσει σημαντικά τη δυνατότητα συσσώρευσης ενέργειας. Η τεχνολογία δεν μεταφέρθηκε ξανά και μόνο η δεκαετία του 1990 βρήκαν την εφαρμογή της.

Η ανάπτυξη των υπερκαταστήσεων είναι στενά αλληλένδετα με τις τεχνολογίες των ηλεκτροχημικών πηγών ρεύματος, ήταν από εκεί τα ειδικά ηλεκτρόδια και ηλεκτρολύτη δανείστηκαν. Ενώ ο κύριος ηλεκτροστατικός πυκνωτής δύο στρώματος (EDLC) εξαρτάται από την ηλεκτροστατική δράση, ένας ασύμμετρος ηλεκτροχημικός πυκνωτής δύο στρωμάτων (AEDLC) χρησιμοποιεί ηλεκτρόδια τύπου μπαταρίας για να ληφθεί υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα, αλλά περιορίζει τον κύκλο ζωής του και δίνει περιορισμούς παρόμοια με το Περιορισμοί της ηλεκτροχημικής πηγής ρεύματος. Τη χρήση ενός υποσχόμενου εμφάνισης γράφημα Ως υλικό του ηλεκτροδίου, αλλά η έρευνα προς αυτή την κατεύθυνση διεξάγεται μόνο.

Πολλοί τύποι ηλεκτροδίων δοκιμάστηκαν και το πιο κοινό σύστημα ηλεκτροχημικής υπερκαταστατήρας δύο στρωμάτων σήμερα είναι μια έκδοση βασισμένη σε άνθρακα με οργανικό ηλεκτρολύτη. Το αδιαμφισβήτητο πλεονέκτημα ενός τέτοιου supercapacitor είναι η απλότητα της κατασκευής.

Όλοι οι πυκνωτές έχουν όριο τάσης. Ενώ ο ηλεκτροστατικός συμπυκνωτής είναι υψηλής τάσης, ο supercapacitor περιορίζεται στην τάση στα 2,5-2,7 V. Η αυξημένη τιμή τάσης πάνω από αυτό το επίπεδο είναι δυνατόν, αλλά επηρεάζει αρνητικά τη διάρκεια της διάρκειας ζωής. Επομένως, για να λάβετε μια χρήση υψηλότερης τάσης Σειριακή σύνδεση Πολλαπλούς υπερκατασκευαστές. Με τη σειρά του, η σειριακή ένωση μειώνει τη συνολική χωρητικότητα και αυξάνει την εσωτερική αντίσταση. Μια τέτοια σύνδεση περισσότερων από τριών πυκνωτών απαιτεί επιπλέον εξισορρόπηση για να αποφευχθεί η υπέρταση ενός ξεχωριστού κυττάρου. Ένας παρόμοιος τρόπος για την προστασία ενός συστήματος προστασίας μπαταρίας ιόντων λιθίου.

Πάρτε την τρέχουσα πηγή με ονομαστική τάση 6 V και μια τάση διακοπής 4,5 V. Εάν αυτή η πηγή ρεύματος είναι ένας υπερκατασακής, τότε λόγω της γραμμικής φύσης εκκένωσης του, θα φτάσει στο σημείο αποκοπής του πρώτου τριμήνου του κύκλου του κύκλου , τα υπόλοιπα τρία τέταρτα του ενεργειακού αποθεματικού θα είναι απρόσιτα να χρησιμοποιηθούν. Φυσικά, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε επιπλέον τον μετατροπέα τάσης - θα σας επιτρέψει να χρησιμοποιήσετε την τροφοδοσία ρεύματος και την τιμή χαμηλής τάσης, αλλά προσθέτει πρόσθετο κόστος και οδηγεί σε απώλεια βάρους. Η ηλεκτρική μπαταρία έχει ένα πρόγραμμα εκκένωσης με τη μορφή ευθείας γραμμής, η οποία επιτρέπει να χρησιμοποιηθεί από 90 έως 95% ενέργεια που συσσωρεύεται σε αυτό.

Τα σχήματα 1 και 2 δείχνουν τα χαρακτηριστικά του ρεύματος και της τάσης κατά τη διάρκεια της φόρτισης και την απόρριψη του supercapacitor. Κατά τη φόρτιση, η τάση αυξάνεται γραμμικά, και το ρεύμα στέλνει όταν ο συμπυκνωτής είναι πλήρως φορτισμένος, ως αποτέλεσμα, εξαφανίζεται ακόμη και η ανάγκη χρήσης ενός πλήρους συστήματος ανίχνευσης φόρτισης. Κατά την εκκένωση, η τάση μειώνεται γραμμικά. Για να διατηρήσετε ένα σταθερό επίπεδο κατανάλωσης ενέργειας όταν η τάση σταγόνες, ο μετατροπέας τάσης θα καταναλώσει αύξηση της ισχύουσας ισχύος. Η απόρριψη θα επιτευχθεί όταν οι απαιτήσεις φορτίου δεν μπορούν πλέον να ικανοποιηθούν.

Σχήμα 1: Χαρακτηριστικά φορτιστή του Supercapacitor. Η τάση βελτιώνεται σε σταθερό επίπεδο ρεύματος φόρτισης. Με πλήρη πλήρωση του πυκνωτή, το φθινόπωρο της φόρτισης.

Σχήμα 2: Τα χαρακτηριστικά εκφόρτισης του υπεραξονιστή. Όταν εκφόρτωση, η τάση μειώνεται γραμμική. Ένας προαιρετικός μετατροπέας τάσης μπορεί να υποστηρίξει έναν συγκεκριμένο δείκτη τάσης, αλλά αυξάνει τον ρυθμό ρεύματος εκκένωσης.

Ο χρόνος φόρτισης του supercapacitor είναι από 1 έως 10 δευτερόλεπτα. Τα χαρακτηριστικά χρέωσης είναι παρόμοια με τα χαρακτηριστικά των ηλεκτροχημικών μπαταριών και περιορίζεται σε μεγάλο βαθμό στο επιτρεπόμενο ρεύμα Φορτιστής. Ο Supercapacitor δεν μπορεί να χρεωθεί για την ικανότητά του, ως αποτέλεσμα, δεν χρειάζεται ένα σύστημα ανίχνευσης πλήρους χρέωσης - το ρεύμα απλά παύει να ρέει σε αυτό.

Ο Πίνακας 3 συγκρίνει τον Supercapacitor και την τυπική μπαταρία ιόντων λιθίου.

Χαρακτηριστικά	Υπερασπιστής	Τυπική μπαταρία ιόντων λιθίου
Χρόνος φόρτισης	1-10 δευτερόλεπτα	10-60 λεπτά
Τον αριθμό των κύκλων	1 εκατομμύριο ή 30 χιλιάδες ώρες	500 και υψηλότερα
Τάση κυττάρων	Από 2,3 έως 2,75 V	3.6 Στην ονομασία
Ειδική ενεργειακή ένταση (W * h / kg)	5 (στάνταρ)	120-240
Ειδική ισχύ (w / kg)	έως 10 χιλιάδες	1000-3000
Κόστος κιλό Watta	10.000 δολάρια (πρότυπο)	$ 250-1000 (μεγάλα συστήματα)
Διάρκεια Ζωής	10-15 ετών	από 5 έως 10 χρόνια
Επιτρεπόμενη θερμοκρασία εύρους φορτιστή	από -40 ° C έως 65 ° C	από 0 ° C έως 45 ° C
Επιτρεπόμενη περιοχή θερμοκρασίας εκκένωσης	από -40 ° C έως 65 ° C	από -20 ° С έως 60 ° С

Πίνακας 3: Σύγκριση της απόδοσης της μπαταρίας Supercapacitor και ιόντων λιθίου.

Ο Supercapacitor μπορεί να χρεώσει και να εκφορτώσει σχεδόν απεριόριστο αριθμό. Σε αντίθεση με την ηλεκτροχημική μπαταρία, στην οποία τοποθετείται ο κύκλος ζωής ενός ορισμένου μεγέθους, ο υπερκυκλωτήρας είναι σχεδόν μη ευαίσθητος στα αποτελέσματα του κυκλικού τρόπου λειτουργίας. Επίσης, οι αλλαγές ηλικίας που σχετίζονται με την αποικοδόμηση των υλικών είναι επίσης ασθενέστερες. Υπό κανονικές συνθήκες, η χωρητικότητα του Supercapacitor μετά από 10 χρόνια λειτουργίας αποθηκεύεται στο 80% του ονομαστικού. Αλλά η εργασία με τις υψηλές τάσεις μπορεί να μειώσει τη ζωή του. Αξίζει επίσης να σημειωθεί το πλεονέκτημα του Supercapacitor για δείκτες θερμοκρασίας - ο αδύναμος τόπος όλων των ηλεκτροχημικών πηγών ρεύματος.

Ο επιβλέπων του υπεραξονιστή είναι σημαντικά υψηλότερος σε συμβατικούς πυκνωτές και ελαφρώς υπερβαίνει τον δείκτη της ηλεκτροχημικής μπαταρίας. Η αιτία μιας τέτοιας υψηλής αυτοεκφορτώσεως, κυρίως των ιδιοτήτων του οργανικού ηλεκτρολύτη. Για τη σύγκριση, ο Supercapacitor χάνει το ήμισυ της αποθηκευμένης ενέργειας για 30-40 ημέρες και οι μπαταρίες μολύβδου και λιθίου είναι αυτοκαταστροφικές μόνο κατά 5% το μήνα.

Εφαρμογές Supercapacators

Οι υπεραγωγοί αποτελούν ιδανική επιλογή σε περιπτώσεις όπου προκύπτουν βραχυπρόθεσμες θρεπτικές ανάγκες και είναι δυνατόν. Γρήγορη φόρτιση. Αντίθετα, οι ηλεκτροχημικές μπαταρίες βελτιστοποιούνται για να παρέχουν σχετικά μακροχρόνια παροχή ρεύματος. Συνδυάζοντας αυτά τα δύο συστήματα σε μια υβριδική πηγή ισχύος σας επιτρέπει να χρησιμοποιείτε τα πλεονεκτήματα του καθενός. Τέτοια υβρίδια υπάρχουν ήδη, για παράδειγμα, με τη μορφή μιας ένωσης SupercapaCitor και Ηλεκτροχημικό σύστημα οξέος μολύβδου .

Οι υπερκαταστάσεις βρίσκουν τη χρήση τους σε συστήματα όπου είναι απαραίτητο να παρέχονται διατροφή από λίγα δευτερόλεπτα έως μερικά λεπτά και μπορούν επίσης να χρεωθούν γρήγορα. Τέτοιες ιδιότητες έχουν ένα σφόνδυλο (αδρανειακή μπαταρία), οπότε ο supercapacitor μπορεί να λειτουργήσει ως εναλλακτική λύση σε ορισμένες διαδικασίες, για παράδειγμα, τη σφαίρα μεταφοράς.

Σήμερα, οι δοκιμές των Supercapacitors 2 MW και 2,5 MW συστήματα σφονδύλου συνεχίζονται να εξασφαλίζουν την κίνηση του σιδηροδρομικού σιδηροδρόμου της Νέας Υόρκης (Long Island Road Road - Lirr). Ο σκοπός αυτών των δοκιμών είναι να βρει μια λύση στο πρόβλημα της δαπάνης τάσης κατά τη διάρκεια της επιτάχυνσης. Και τα δύο συστήματα θα πρέπει να εξασφαλίζουν αδιάλειπτη τροφοδοσία μιας συγκεκριμένης ισχύος για 30 δευτερόλεπτα και επίσης φορτίο για την ίδια χρονική περίοδο. Οι κύριες απαιτήσεις είναι οι διακυμάνσεις τάσης στην περιοχή που δεν υπερβαίνει το 10%, το χαμηλό λειτουργικό κόστος και η ανθεκτικότητα τουλάχιστον 20 ετών. (Μέχρι στιγμής, το μεγαλύτερο ενδιαφέρον προκλήθηκε από τους φυλλάδια, καθώς πιστεύεται ότι είναι πιο ανθεκτικά και οικονομικά, αλλά οι δοκιμές εξακολουθούν να συνεχίζονται).

Η Ιαπωνία επίσης διερευνά ενεργά και αναπτύσσει τη χρήση υπερκατασκευών. Υπάρχουν ήδη συστήματα 4 MW που είναι εγκατεστημένα στα κτίρια, ο σκοπός του οποίου είναι η μείωση του φορτίου στο δίκτυο στις ώρες αιχμής. Υπάρχουν επίσης συστήματα που παρέχουν βραχυπρόθεσμη παροχή ρεύματος στις στιγμές μεταξύ της αποσύνδεσης της ηλεκτρικής ενέργειας και της έναρξης των γεννητριών δημιουργίας αντιγράφων ασφαλείας.

Οι τεχνολογίες Supercondense ήταν επίσης σε θέση να διεισδύσουν στην περιοχή ηλεκτρικών μεταφορών. Η δυνατότητα χρέωσης εις βάρος των δυνάμεων πέδησης και την ικανότητα εξασφάλισης υψηλής ισχύος ισχύος για επιτάχυνση καθιστούν εξαιρετικά τους υπερψύκτες τους εξαιρετικά ενδιαφέρον για τα υβριδικά και τα ηλεκτρικά οχήματα. Ένα ευρύ φάσμα λειτουργικών θερμοκρασιών και ανθεκτικότητας δίνει ένα πλεονέκτημα έναντι ηλεκτροχημικών μπαταριών σε αυτήν την περιοχή.

Αλλά οι ελλείψεις των υπερκαταστήτρων, όπως η χαμηλή ειδική ενεργειακή ένταση και το υψηλό κόστος, ενθαρρύνουν ορισμένους προγραμματιστές να κάνουν μια επιλογή υπέρ μιας πιο ευαίσθητης μπαταρίας για το ίδιο κόστος. Ο Πίνακας 4 δείχνει τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των υπερκαταστατών.

Οφέλη	Σχεδόν απεριόριστο κύκλο ζωής. Εκατομμύρια μπορούν να επαναφορτιστούν οι χρόνοι Υψηλή ειδική ισχύ και χαμηλή εσωτερική αντίσταση παρέχουν ρεύματα υψηλού φορτίου Η διαδικασία φόρτισης διαρκεί δευτερόλεπτα. ο ίδιος σταματά τη διαδικασία φόρτισης Απλές συνθήκες διαδικασίας και χρέωσης Ασφαλής, ανθεκτική σε ακατάλληλη λειτουργία Εξαιρετική απόδοση σε χαμηλές θερμοκρασίες
μειονεκτήματα	Χαμηλή ειδική ενεργειακή ένταση Ο γραμμικός χαρακτήρας της μείωσης της τάσης δεν επιτρέπει τη χρήση της συσσωρευμένης ενέργειας Υψηλή αυτοεκτίμηση, υψηλότερη από τις ηλεκτρικές μπαταρίες Χαμηλής τάσης κυττάρων, αναγκαιότητα Σειριακή σύνδεση και συστήματα εξισορρόπησης από διάφορα κελιά Υψηλό κόστος ενέργειας watt

Μέχρι σήμερα, οι επαναφορτιζόμενες τεχνολογίες έχουν μετακινηθεί σημαντικά και έγινε πιο τέλεια σε σύγκριση με την τελευταία δεκαετία. Αλλά ακόμα, μέχρι στιγμής οι μπαταρίες παραμένουν αναλώσιμες, επειδή έχουν έναν μικρό πόρο.

Η ιδέα της χρήσης του συμπυκνωτή για τη συσσώρευση και την αποθήκευση ενέργειας δεν είναι νέα και τα πρώτα πειράματα πραγματοποιήθηκαν με ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές. Η ικανότητα των ηλεκτρολυτικών πυκνωτών είναι σημαντικές - εκατοντάδες χιλιάδες μικροχαροπλαστικές, αλλά εξακολουθούν να μην αρκούν να τροφοδοτούν για μεγάλο χρονικό διάστημα, αν και όχι μεγαλύτερο φορτίο, υπάρχει ένα σημαντικό ρεύμα διαρροής που προκαλείται από τα χαρακτηριστικά σχεδιασμού.

Οι σύγχρονες τεχνολογίες δεν είναι στη θέση τους και ο ιονιστής εφευρέθηκε, είναι ένας πυκνωτής, έχει εξαιρετικά μεγάλη χωρητικότητα - από μονάδες του Farad και μέχρι δεκάδες χιλιάδες Farad. Οι ιόνοι με χωρητικότητα των μονάδων Farad χρησιμοποιούνται σε φορητά ηλεκτρονικά, για να εξασφαλίσουν αδιάλειπτη ισχύ αλυσίδες χαμηλής τάσης, όπως ένα μικροελεγκτή. Και οι ιόνοι με χωρητικότητα δεκάδων χιλιάδων μαριών χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με τις μπαταρίες για την τροφοδοσία διαφόρων ηλεκτρικών κινητήρων. Σε έναν τέτοιο συνδυασμό, ο ιόντος μειώνει το φορτίο στις μπαταρίες, γεγονός που αυξάνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας και ταυτόχρονα αυξάνει το ρεύμα εκκίνησης, το οποίο είναι σε θέση να δώσει ένα υβριδικό σύστημα ισχύος κινητήρα.

Υπήρξε ανάγκη να τροφοδοτήσει τον αισθητήρα θερμοκρασίας, έτσι ώστε να μην αλλάξει η μπαταρία σε αυτό. Ο αισθητήρας τροφοδοτείται από την μπαταρία του μεγέθους ΑΑ και ενεργοποιείται για να στείλει δεδομένα στο μετεωρολογικό σταθμό μία φορά κάθε 40 δευτερόλεπτα. Τη στιγμή της αποστολής του αισθητήρα καταναλώνει κατά μέσο όρο 6 mA για 2 δευτερόλεπτα.

Υπήρξε μια ιδέα να χρησιμοποιήσουμε τον ηλιακό πάνελ και τον ιόνιο. Με βάση τα αναγνωρισμένα χαρακτηριστικά κατανάλωσης αισθητήρα, ελήφθησαν τα ακόλουθα στοιχεία:
1. Ηλιακή μπαταρία 5 Volts και τρέχουσα περίπου 50 mA (Soviet παραγωγή ηλιακή μπαταρία για περίπου 15 χρόνια)
2. Ionistor: Panasonic 5.5 Volts και χωρητικότητα 1 Farad.
3. Ιόνοι 2 τεμ: DMF 5,5 Volts και συνολική χωρητικότητα 1 Farad.
4. Γραμματόσημα διόδων με πτώση άμεσης τάσης σε χαμηλό ρεύμα 0,3 V.
Απαιτείται δίοδος ουρανού για την αποφυγή της απόρριψης της χωρητικότητας μέσω της ηλιακής μπαταρίας.
Οι ιόνοι συνδέονται παράλληλα και το συνολικό δοχείο είναι 2 Faradays.

Φωτογραφία 1.

Πείραμα αριθ. 1. - Συνδέστε ένα μικροελεγκτή με μονόχρωμη οθόνη LCD και συνολική κατανάλωση ρεύματος 500 μA. Αν και ο μικροελεγκτής με την οθόνη και κέρδισε, αλλά παρατήρησα ότι τα παλιά ηλιακά κύτταρα είναι εξαιρετικά αποτελεσματικά, το ρεύμα φόρτισης στη σκιά ήταν ανεπαρκής για να φορτίσει τουλάχιστον τους ιόντων, η τάση στην ηλιακή μπαταρία 5 volt στη σκιά ήταν μικρότερη από 2 βολτ. (Για ορισμένες περιπτώσεις, ο μικροελεγκτής με την οθόνη στη φωτογραφία δεν φαίνεται).

Πείραμα Νο. 2.
Για να ενισχύσει την πιθανότητα επιτυχίας, αγόρασα νέα ηλιακά κύτταρα σε Radiorienka με ρυθμούς 2 V, ρεύμα 40 mA και 100 mA, κινεζική παραγωγή πλημμύρισαν με οπτική ρητίνη. Για τη σύγκριση, αυτές οι μπαταρίες στη σκιά έχουν ήδη εκδοθεί 1,8 βολτ, ενώ δεν είναι υψηλό ρεύμα υψηλής χρέωσης, αλλά εξακολουθεί να είναι αισθητά καλύτερη φόρτιση του ιόντων.
Πλοήγηση στο σχεδιασμό που είναι ήδη με Νέα μπαταρία, Έβαλα τη δίοδο και τους πυκνωτές της στο περβάζι για να χρεώσει ο πυκνωτής.
Επιπλέον, το φως του ήλιου δεν επηρέασε άμεσα την μπαταρία, μετά από 10 λεπτά ο πυκνωτής που χρεώθηκε στο 1,95 V. πήρα τον αισθητήρα θερμοκρασίας, έβγαλε την μπαταρία από αυτό και συνδέθηκε το Ioniontor με την ηλιακή μπαταρία στις επαφές του διαμερίσματος της μπαταρίας.

Φωτογραφία 2.

Ο αισθητήρας θερμοκρασίας κέρδισε αμέσως και αναφέρθηκε στον μετεωρολογικό σταθμό σε θερμοκρασία δωματίου. Βεβαιωθείτε ότι ο αισθητήρας λειτουργεί, ο πυκνωτής με ηλιακό πάνελ έχει εξασφαλίσει και κρεμαστεί στη θέση τους.
Τι ήταν το επόμενο;
Όλος ο λαμπρός χρόνος της ημέρας ο αισθητήρας λειτούργησε σωστά, αλλά με την έναρξη του σκοτεινού χρόνου της ημέρας, μετά από μία ώρα, ο αισθητήρας σταμάτησε να μεταδίδει δεδομένα. Προφανώς, η αποθηκευμένη χρέωση δεν είχε ακόμη και την ώρα του αισθητήρα και έπειτα αποδείχθηκε γιατί ...

Πείραμα αριθ. 3.
Αποφάσισα να τροποποιήσω ένα μικρό κατασκεύασμα έτσι ώστε ο ιονιστής (επέστρεψε τη συναρμολόγηση ιόντων 2 Faradays). Συλλογή της μπαταρίας τριών στοιχείων, αποδείχθηκε 6 βολτ και ρεύμα 40 mA (με πλήρη φωτισμό από τον ήλιο). Αυτή η μπαταρία στη σκιά έχει ήδη εγκαταλείψει έως και 3,7 V αντί του προηγούμενου 1,8 V (φωτογραφία 1) και το ρεύμα φόρτισης μέχρι 2 mA. Συνεπώς, ο ιονιστής χρεώθηκε σε 3,7 V και είχε σημαντικά πιο αποθηκευμένη ενέργεια σε σύγκριση με το πείραμα Νο. 2.

Φωτογραφία 3.

Όλα θα ήταν καλά, αλλά τώρα έχουμε έως και 5,5 V και ο αισθητήρας τροφοδοτείται από 1,5 V. Χρειαζόμαστε έναν μετατροπέα DC \\ DC, το οποίο με τη σειρά τους συμβάλλει σε πρόσθετες απώλειες. Ο μορφοτροπέας που υπήρχε, καταναλώθηκε περίπου 30 μΑ και έδωσε 4,2 V. Ενώ δεν μπορούσα να βρω τον επιθυμητό μετατροπέα για να τροφοδοτήσει τον αισθητήρα θερμοκρασίας ήδη από τον αναβαθμισμένο σχεδιασμό. (Θα χρειαστεί να επιλέξετε έναν μετατροπέα και να επαναλάβετε την εμπειρία).

Σχετικά με την απώλεια ενέργειας:
Αναφέρθηκε παραπάνω ότι οι ιόνοι έχουν ένα ρεύμα αυτοαπασχόλησης, στην περίπτωση αυτή η συναρμολόγηση του 2 Faraday ήταν 50 μΑ, οι απώλειες του μετατροπέα DC \\ DC περίπου 4% (δηλωμένη αποτελεσματικότητα 96%) και της αδράνειας της κίνησης του Προστίθενται εδώ 30 μΑ. Εάν δεν λάβετε υπόψη την απώλεια του μετασχηματισμού, έχουμε ήδη κατανάλωση περίπου 80 μA.
Καπνίστε την εξοικονόμηση ενέργειας, είναι απαραίτητο να είστε ιδιαίτερα προσεκτικά προσεκτικά, επειδή διαπιστώθηκε πειραματικά ότι ο ιονιστής με χωρητικότητα 2 φαρέων που χρεώνεται σε 5,5 V και εκκενώνεται σε 2,5 V έχει έτσι να πει έτσι την "επαναφορτιζόμενη" χωρητικότητα 1 ma. Με άλλα λόγια, καταναλώνοντας 1 ΜΑ από τον ιονιστή για μια ώρα, θα την απαλλάξουμε από 5,5 V έως 2,5 V.

Σχετικά με την ταχύτητα χρέωσης Άμεση ηλιακό φως:
Το ρεύμα που λαμβάνεται από την ηλιακή μπαταρία είναι υψηλότερη από Καλύτερη μπαταρία Φωτίζεται από την ευθεία ηλιοφάνεια. Συνεπώς, ο ρυθμός χρέωσης του ιόντων αυξάνεται κατά καιρούς.

Φωτογραφία 4.

Από τη μαρτυρία του πολύμετρου, μπορεί να δει (0,192 V, αρχικές αναγνώσεις), μετά από 2 λεπτά ο πυκνωτής φορτίζεται σε 1,161 V, 5 λεπτά έως 3.132 V και άλλα 10 λεπτά 5.029 V. για 17 λεπτά, ο ιονιστής φορτώθηκε από 90%. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι ο φωτισμός της ηλιακής μπαταρίας ήταν άνισος καθ 'όλη τη διάρκεια του χρόνου και εμφανίστηκε μέσω διπλού γυαλιού παραθύρου και Προστατευτική μεμβράνη Μπαταρία.

Τεχνική έκθεση σχετικά με το πείραμα αριθ. 3
Τεχνικά χαρακτηριστικά της διάταξης:
- Ηλιακή μπαταρία 12 στοιχεία, 6 V, τρέχοντα 40 mA (με πλήρη φωτισμό του ήλιου), (στη σκιά του συννεφιασμένου καιρού 3.7 V και 1 mA ρεύμα με φορτίο στον ιονιστή).
- Οι ιόνοι συνδέονται παράλληλα, η συνολική χωρητικότητα του 2 Pharad, η επιτρεπόμενη τάση των 5,5 V, το ρεύμα αυτο-εκκένωσης είναι 50 μA.
- Τα εγκεφαλικά επεισόδια με μια άμεση πτώση τάσης 0,3 V, χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία για την ηλιακή μπαταρία τροφοδοσίας ρεύματος και ιονιστρητή.
- Διαστάσεις διάταξης 55 x 85 mm (πλαστική κάρτα Visa).
Από αυτή τη διάταξη ήταν δυνατή η εξουσία:
MicroController με οθόνη LCD (τρέχουσα κατανάλωση 500 μA σε 5,5 V, χρόνο λειτουργίας χωρίς ηλιακή μπαταρία, περίπου 1,8 ώρες).
Αισθητήρας θερμοκρασίας, Χρόνος λειτουργίας Ημέρα φωτός με ηλιακό πάνελ, 6 mA κατανάλωση για 2 δευτερόλεπτα κάθε 40 δευτερόλεπτα.
Η λυχνία LED λάμπει 60 δευτερόλεπτα με μέσο ρεύμα 60 mA χωρίς ηλιακό πάνελ.
Ο μετατροπέας τάσης DC \\ DC (για σταθερή παροχή ρεύματος) δοκιμάστηκε, με το οποίο 60 mA και 4 V και 4 V, σε 60 δευτερόλεπτα (κατά τη φόρτιση του ιόντων σε 5,5 V, χωρίς ηλιακή μπαταρία).
Τα ληφθέντα στοιχεία δείχνουν ότι οι ιόντων σε αυτόν τον σχεδιασμό έχουν κατά προσέγγιση ικανότητα 1 mA (χωρίς να χαλαρώσουν από την ηλιακή μπαταρία με απαλλαγή μέχρι 2,5 V).

Συμπεράσματα:
Αυτός ο σχεδιασμός σάς επιτρέπει να συσσωρεύετε ενέργεια σε πυκνωτές για συνεχώς διατροφή μικρών συσκευών. Η συσσωρευμένη χωρητικότητα 1 mA ανά 2 φαρέα του πυκνωτή πρέπει να είναι αρκετή για να εξασφαλιστεί η λειτουργία ενός μικροεπεξεργαστή χαμηλής κατανάλωσης στο σκοτάδι για 10 ώρες. Στην περίπτωση αυτή, το συνολικό ρεύμα της απώλειας και της κατανάλωσης του φορτίου δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 100 ΜΑ. Το απόγευμα, ο ιονιστής επαναφορτίζεται από την ηλιακή μπαταρία ακόμη και στη σκιά και είναι σε θέση να τροφοδοτήσει το φορτίο στη λειτουργία παλμού στο ρεύμα στα 100 mA.

Απαντούμε στην ερώτηση στον τίτλο του άρθρου - Μπορεί ο ιονιστής να αντικαταστήσει την μπαταρία;
- Μπορεί να αντικατασταθεί, αλλά μέχρι στιγμής με σημαντική τρέχουσα κατανάλωση περιορισμών και λειτουργία φόρτωσης.

Μειονεκτήματα:

• Χωρητικότητα μικρών ενεργειακών αποθεμάτων (περίπου 1 mA για κάθε 2 φραγάνι της δεξαμενής του ιόντων)
• Σημαντικό ρεύμα αυτοκαταστροφής των πυκνωτών (κατά προσέγγιση απώλεια χωρητικότητας 20% ανά ημέρα)
• Οι διαστάσεις σχεδιασμού καθορίζονται από τον ηλιακό πάνελ και τη συνολική χωρητικότητα των ιόντων.

Πλεονεκτήματα:

• Έλλειψη χημικών στοιχείων φθοράς (μπαταρίες)
• Φάσμα θερμοκρασιών λειτουργίας από -40 έως +60 βαθμούς Κελσίου
• Εύκολος σχεδιασμός
• Όχι υψηλή αξία

Μετά από όλα τα πειράματα, η ιδέα ήρθε να αναβαθμίσει το σχεδιασμό ως εξής.

Φωτογραφία 5.

Στη μία πλευρά του πίνακα, η ηλιακή μπαταρία βρίσκεται, από την άλλη πλευρά, το συγκρότημα ιόντων και μετατροπέα DC \\ DC.

Προδιαγραφές:

• Ηλιακή μπαταρία 12 στοιχεία, 6 V, τρέχοντα 60 mA (με πλήρη φωτισμό του ήλιου).
• Ιόντων συνολικής χωρητικότητας 4 · 6 ή 16 Farad, η επιτρεπόμενη τάση των 5,5 V, το συνολικό ρεύμα της αυτο-εκκένωσης, αντίστοιχα, 120 \\ 140 \\ (δεν είναι ακόμη γνωστό) της ICA.
• Η δίοδος διόδων που κατοικεί με μια πτώση άμεσης τάσης 0,15 V, χρησιμοποιείται για τη διατροφή ηλιακής μπαταρίας και ιονιστρητή.
• Διαστάσεις διάταξης: 55 x 85 mm (πλαστική κάρτα Visa).
• Υπολογισμένη χωρητικότητα χωρίς τη διατροφή από Ηλιακές μπαταρίες Κατά την εγκατάσταση των πυκνωτών 4, 6 ή 16 Farad είναι περίπου 2 \\ 3 \\ 8 mA.

P. S. Εάν έχετε παρατηρήσει ένα τυπογραφικό λάθος, ένα σφάλμα ή ανακρίβεια στους υπολογισμούς - Γράψτε μας με ένα προσωπικό μήνυμα και θα διορθώσουμε τα πάντα αμέσως.

Συνεχίζεται…

Για τη συσσώρευση ηλεκτρικής ενέργειας, οι άνθρωποι χρησιμοποιούσαν πρώτα πυκνωτές. Στη συνέχεια, όταν η ηλεκτρική μηχανική πέρασε τα όρια των εργαστηριακών πειραμάτων, εφευρέθηκαν μπαταρίες, οι οποίες έγιναν τα κύρια μέσα για το απόθεμα της ηλεκτρικής ενέργειας. Αλλά στην αρχή του αιώνα XXI και πάλι προτείνεται να χρησιμοποιηθούν συμπυκνωτές για την τροφοδοσία ηλεκτρικού εξοπλισμού. Πόσο είναι δυνατόν και οι μπαταρίες θα πάνε τελικά στο παρελθόν;

Ο λόγος για τον οποίο οι συμπυκνωτές απομακρύνθηκαν με μπαταρίες, συσχετίστηκε με σημαντικά μεγάλες τιμές ηλεκτρικής ενέργειας που μπορούν να συσσωρευτούν. Ένας άλλος λόγος είναι ότι κατά την εκκένωση, η τάση στην έξοδο της μπαταρίας αλλάζει πολύ άσχημα, οπότε ο σταθεροποιητής τάσης είναι ή δεν απαιτείται ή μπορεί να έχει πολύ Απλός σχεδιασμός.

Η κύρια διαφορά μεταξύ των πυκνωτών και των μπαταριών είναι ότι οι πυκνωτές αποθηκεύουν άμεσα το ηλεκτρικό φορτίο και οι μπαταρίες μετατρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια στη χημική χημική, το χώμα, και στη συνέχεια μετατρέψιμο χημικό eneuria σε ηλεκτρικό.

Όταν οι μετασχηματισμοί ενέργειας, μέρος του είναι χαθεί. Ως εκ τούτου, ακόμη και ο. Καλύτερες μπαταρίες Η αποτελεσματικότητα δεν υπερβαίνει το 90%, ενώ οι πυκνωτές μπορούν να φτάσουν το 99%. Η ένταση των χημικών αντιδράσεων εξαρτάται από τη θερμοκρασία, οπότε στο κρύο οι μπαταρίες λειτουργούν αισθητά χειρότερα από ό, τι σε θερμοκρασία δωματίου. Επιπλέον, οι χημικές αντιδράσεις στις μπαταρίες δεν είναι εντελώς αναστρέψιμες. Ως εκ τούτου, ο μικρός αριθμός κύκλων εκφόρτισης χρέωσης (σειρά χιλιάδων χιλιάδων, οι περισσότερες φορές η διάρκεια ζωής της μπαταρίας είναι περίπου 1000 κύκλοι της απόρριψης), καθώς και το "φαινόμενο μνήμης". Θυμηθείτε ότι το "φαινόμενο μνήμης" είναι ότι η μπαταρία πρέπει πάντα να απορρίπτεται σε μια συγκεκριμένη τιμή της συσσωρευμένης ενέργειας, τότε η χωρητικότητά του θα είναι μέγιστη. Εάν μετά την απόρριψη παραμένει περισσότερη ενέργεια, η χωρητικότητα της μπαταρίας θα μειωθεί σταδιακά. Το "φαινόμενο μνήμης" είναι ιδιόμορφο σε όλους σχεδόν τους τύπους μπαταριών που παράγονται μαζικά, εκτός από την όξινα (συμπεριλαμβανομένων των ποικιλιών τους - gel και AGM). Αν και πιστεύεται ότι δεν είναι ιδιόμορφη στις μπαταρίες ιόντων λιθίου και πολυμερούς λιθίου, στην πραγματικότητα, είναι, απλά εκδηλώνεται σε μικρότερο βαθμό από τους άλλους τύπους. Όσον αφορά τις ηλεκτρικές μπαταρίες, δείχνουν την επίδραση της θειικής πλάκας, προκαλώντας μια μη αναστρέψιμη βλάβη της τροφοδοσίας ρεύματος. Ένας από τους λόγους είναι μια μακροπρόθεσμη συσσώρευση της μπαταρίας σε κατάσταση φόρτισης μικρότερη από 50%.

Σε σχέση με την εναλλακτική ενέργεια, το "αποτέλεσμα μνήμης" και οι θειικές πλάκες είναι σοβαρά προβλήματα. Το γεγονός είναι ότι η ροή ενέργειας από τέτοιες πηγές ως ηλιακοί συλλέκτες και στους ανεμόμυλους είναι δύσκολο να προβλεφθεί. Ως αποτέλεσμα, η χρέωση και η απόρριψη των μπαταριών εμφανίζονται χαοτικά, σε μη βέλτιστη λειτουργία.

Για το σύγχρονο ρυθμό της ζωής, αποδεικνύεται απολύτως απαράδεκτη ότι οι μπαταρίες πρέπει να χρεώνονται αρκετές ώρες. Για παράδειγμα, πώς φαντάζεστε ένα ταξίδι στο ηλεκτρικό αυτοκίνητο για μεγάλες αποστάσεις, εάν η αποφορτισμένη μπαταρία θα σας καθυστερήσει για λίγες ώρες στο σημείο φόρτισης; Η ταχύτητα φόρτισης της μπαταρίας περιορίζεται από την ταχύτητα των χημικών διεργασιών σε αυτήν. Μπορείτε να μειώσετε το χρόνο φόρτισης έως 1 ώρα, αλλά όχι μέχρι μερικά λεπτά. Ταυτόχρονα, η ταχύτητα φόρτισης του πυκνωτή περιορίζεται μόνο στο μέγιστο ρεύμα, το οποίο δίνει στο φορτιστή.

Τα αναφερόμενα μειονεκτήματα των μπαταριών αποτελούσαν τη χρήση πυκνωτών.

Χρησιμοποιώντας ένα διπλό ηλεκτρικό στρώμα

Κατά τη διάρκεια πολλών δεκαετιών, οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές έχουν διαθέσει το μεγαλύτερο δοχείο. Σε αυτά, μία από τις πλάκες ήταν ένα μεταλλικό φύλλο, ο άλλος - ο ηλεκτρολύτης και η μόνωση μεταξύ των πλακών - το μεταλλικό οξείδιο, το οποίο καλύπτεται με φύλλο αλουμινίου. Σε ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές, το δοχείο μπορεί να φτάσει τα εκατοστά του Faraday, η οποία δεν αρκεί για να αντικαταστήσει πλήρως την μπαταρία.

Σύγκριση των δομών ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙ Condestrians (Πηγή: Wikipedia)

Μια μεγάλη χωρητικότητα που μετράται από χιλιάδες Farada σάς επιτρέπει να αποκτήσετε συμπυκνωτές με βάση το λεγόμενο διπλό ηλεκτρικό στρώμα. Η αρχή της δουλειάς τους είναι η επόμενη. Το διπλό ηλεκτρικό στρώμα εμφανίζεται υπό ορισμένες συνθήκες στο όριο των ουσιών σε στερεές και υγρές φάσεις. Δύο στρώματα ιόντων σχηματίζονται με τις χρεώσεις του αντίθετου σήματος, αλλά την ίδια τιμή. Εάν είναι πολύ εύκολο να απλοποιηθεί η κατάσταση, ο συμπυκνωτής σχηματίζεται, οι "πλάκες" των οποίων τα εν λόγω στρώματα ιόντων είναι, η απόσταση μεταξύ των οποίων είναι ίση με πολλά άτομα.

Supercapacitors διαφόρων χωρητικότητας Maxwell

Οι συμπυκνώσεις που βασίζονται σε αυτό το αποτέλεσμα ονομάζονται μερικές φορές ιόντων. Στην πραγματικότητα, ο όρος αυτός δεν είναι μόνο για τους συμπυκνωτές στους οποίους συσσωρεύεται ένα ηλεκτρικό φορτίο, αλλά και σε άλλες συσκευές για τη συσσώρευση ηλεκτρικής ενέργειας - με μερική μετασχηματισμό ηλεκτρικής ενέργειας στη χημική ουσία μαζί με τη διατήρηση του ηλεκτρικού φορτίου (υβριδικό ιόντων) , καθώς και για τις μπαταρίες που βασίζονται σε διπλό ηλεκτρικό στρώμα (αποκαλούμενα ψευδοκόματα). Ως εκ τούτου, ο όρος "υπερκατασκευαστής" είναι πιο κατάλληλος. Μερικές φορές αντί του, πρέπει να χρησιμοποιείται ο όρος "εξαιρετικά θεματικός".

Τεχνική υλοποίηση

Ο supercapacitor είναι δύο πλάκες από ενεργό άνθρακα, γεμάτο με ηλεκτρολύτη. Η μεμβράνη βρίσκεται μεταξύ τους, η οποία περνάει τον ηλεκτρολύτη, αλλά εμποδίζει τη φυσική κίνηση των σωματιδίων ενεργού άνθρακα μεταξύ των πλακών.

Πρέπει να σημειωθεί ότι οι ίδιοι οι υπερκατασκευές δεν έχουν πολικότητα. Αυτό είναι ουσιαστικά διαφορετικό από τους ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές, για τα οποία, κατά κανόνα, η πολικότητα είναι χαρακτηριστική, η μη συμμόρφωση με την οποία οδηγεί στην έξοδο του συμπυκνωτή. Παρ 'όλα αυτά, η πολικότητα εφαρμόζεται επίσης σε υπεραγωγούς. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι υπερκαταστοιτόμενοι πηγαίνουν από τον μεταφορέα εργοστασίου που έχουν ήδη χρεωθεί, σηματοδοτεί και σημαίνει την πολικότητα αυτής της χρέωσης.

Επιλογές Supercapacator

Η μέγιστη χωρητικότητα του μεμονωμένου υπερασκυρατιστή, που επιτυγχάνεται κατά τη στιγμή της σύνταξης ενός αντικειμένου, είναι 12.000 F. σε μαζικά παραγόμενο σούπιμο συμπύκνωμα, δεν υπερβαίνει τα 3000 F. Η μέγιστη επιτρεπόμενη τάση μεταξύ των πλακών δεν υπερβαίνει τα 10 V. Για σειριακά Παράγεται υπεράσπιστοι, αυτός ο δείκτης, ως κανόνας, βρίσκεται εντός 2, 3 - 2.7 V. Η χαμηλή τάση λειτουργίας απαιτεί τη χρήση μετατροπέα τάσης με λειτουργία σταθεροποιητή. Το γεγονός είναι ότι κατά την εκφόρτωση, η τάση στον πυκνωτή αλλάζει σε ευρύ όρια. Η οικοδόμηση ενός μετατροπέα τάσης για τη σύνδεση του φορτίου και του φορτιστή είναι μια μη φθίνουσα εργασία. Ας υποθέσουμε ότι πρέπει να τροφοδοτήσετε το φορτίο με χωρητικότητα 60 W.

Για να απλοποιηθεί η εξέταση του θέματος παραμέληση των απωλειών στον μετατροπέα τάσης και του σταθεροποιητή. Σε περίπτωση που εργάζεστε με μια συμβατική μπαταρία με τάση 12 V, τα ηλεκτρονικά ελέγχου πρέπει να αντέχουν το ρεύμα σε 5 Α. Αυτές οι ηλεκτρονικές συσκευές είναι ευρέως διαδεδομένες και κοστίζουν φθηνά. Αλλά η κατάσταση είναι εντελώς συνεπής όταν χρησιμοποιείτε τον υπερκεραντήρα, η τάση στην οποία είναι 2,5 V. Το ρεύμα που ρέει μέσω των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων του μετατροπέα μπορεί να φτάσει τα 24 Α, η οποία απαιτεί νέες προσεγγίσεις στον προγραμματισμό και μια σύγχρονη βάση στοιχείων. Είναι δύσκολο να οικοδομήσουμε έναν μετατροπέα και έναν σταθεροποιητή που οι υπερκατασκευές, η σειριακή απελευθέρωση της οποίας ξεκίνησε πίσω στη δεκαετία του '70 του 20ού αιώνα, μόλις άρχισε να χρησιμοποιείται ευρέως σε διάφορους τομείς.

Έννοια της αδιάλειπτης τροφοδοσίας
Τάση σε υπερκατηγορίες, εφαρμόζονται κύριοι κόμβοι
Σε ένα μικροσθετούμενο παραγόμενο γραμμική γραμμική

Οι υπερκαταστάσεις μπορούν να συνδεθούν σε μπαταρίες χρησιμοποιώντας μια σειριακή ή παράλληλη σύνδεση. Στην πρώτη περίπτωση, η μέγιστη επιτρεπόμενη τάση αυξάνεται. Στη δεύτερη περίπτωση - το δοχείο. Η αύξηση της μέγιστης επιτρεπόμενης τάσης με αυτόν τον τρόπο είναι ένας από τους τρόπους επίλυσης του προβλήματος, αλλά η πληρωμή του θα πρέπει να μειώσει το δοχείο.

Οι διαστάσεις των υπερκατασκευών εξαρτώνται φυσικά από το δοχείο τους. Ένας τυπικός υπερκατασακικός με χωρητικότητα 3000 f είναι ένας κύλινδρος με διάμετρο περίπου 5 cm και μήκος 14 cm. Όταν χωρητικότητα 10 F, ο υπερκατασακής έχει διαστάσεις συγκρίσιμες με το ανθρώπινο καρφί.

Οι καλοί υπερασκτικές μπορούν να αντέξουν σε εκατοντάδες χιλιάδες κύκλους εκφόρτισης χρέωσης, που υπερβαίνουν αυτές τις συσσωρευτές παραμέτρων περίπου 100 φορές. Όμως, όπως σε ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές, υπάρχει ένα πρόβλημα γήρανσης λόγω της σταδιακής διαρροής του ηλεκτρολύτη για τους υπερκατασκευαστές. Μέχρι στιγμής, για τώρα ολοκληρωμένα στατιστικά στοιχεία της αποτυχίας των υπερασπιστών για το λόγο αυτό, δεν συσσωρεύεται, αλλά σύμφωνα με έμμεσα δεδομένα, η διάρκεια ζωής των υπερκατασκευαστών μπορεί να εκτιμηθεί κατά περίπου 15 χρόνια.

Συσσωρευμένη ενέργεια

Η ποσότητα ενέργειας που αποθηκεύεται στον συμπυκνωτή, εκφρασμένη σε Joules:

E \u003d cu 2/2,
Όπου ο C είναι ένα δοχείο που εκφράζεται στα Farades, το U είναι το άγχος στο επιμεταλλωμένο, εκφρασμένο στο Volts.

Η ποσότητα ενέργειας που αποθηκεύεται στον συμπυκνωτή, εκφρασμένη στο kWh, είναι:

W \u003d cu 2/7200000

Ως εκ τούτου, ο πυκνωτής με χωρητικότητα 3000 f με τάση μεταξύ των πλακών 2,5 V είναι ικανός από μόνη της μόνο 0,0026 kWh. Πώς μπορεί να συσχετιστεί αυτό, για παράδειγμα, με μπαταρία ιόντων λιθίου; Εάν λάβουμε την τάση εξόδου ανεξάρτητα από το βαθμό εκκένωσης και ίσο με 3,6 V, τότε η ποσότητα ενέργειας 0,0026 kWh θα στοιβάζεται σε μια μπαταρία ιόντων λιθίου με χωρητικότητα 0,72 ΑΗ. Δυστυχώς, ένα πολύ μέτριο αποτέλεσμα.

Εφαρμογές Supercapacators

Τα συστήματα φωτισμού έκτακτης ανάγκης είναι ο τόπος όπου η χρήση υπερκατασκευών αντί των μπαταριών δίνει ένα απτό κέρδος. Στην πραγματικότητα, είναι για αυτή την εφαρμογή που χαρακτηρίζεται από ανομοιογενή απαλλαγή. Επιπλέον, είναι επιθυμητό η φόρτιση του λαμπτήρα έκτακτης ανάγκης να συμβεί γρήγορα και ότι η πηγή ισχύος που χρησιμοποιείται σε αυτήν ήταν πολύ αξιόπιστη. Η πηγή αντιγράφων ασφαλείας βασισμένη στο supercapacitor μπορεί να κατασκευαστεί απευθείας μέσα Λυχνία LED T8. Τέτοιοι λαμπτήρες παράγονται ήδη από μια σειρά κινεζικών επιχειρήσεων.

Λάμπα LED εδάφους με ισχύ
από ηλιακούς συλλέκτες, συσσώρευση ενέργειας
στο οποίο πραγματοποιείται στον υπερασπιστή

Όπως ήδη σημειώθηκε, η ανάπτυξη υπερκατασκευών συνδέεται σε μεγάλο βαθμό με το ενδιαφέρον για εναλλακτικές πηγές ενέργειας. Αλλά η πρακτική εφαρμογή εξακολουθεί να περιορίζεται από λαμπτήρες LED που λαμβάνουν ενέργεια από τον ήλιο.

Μια τέτοια κατεύθυνση αναπτύσσεται ενεργά ως η χρήση υπερκατασκευαστών για την έναρξη ηλεκτρικού εξοπλισμού.

Οι υπερκαταστάσεις είναι σε θέση να δώσουν μια μεγάλη ποσότητα ενέργειας σε ένα σύντομο χρονικό διάστημα. Sangering Ηλεκτρολογικός Εξοπλισμός κατά την έναρξη από τον Supercapacitor, μπορείτε να μειώσετε το φορτίο κορυφής στο ηλεκτρικό κύκλωμα και τελικά να μειώσετε την τροφοδοσία για τα ρεύματα εκκίνησης, έχοντας επιτύχει μια τεράστια εξοικονόμηση κόστους.

Συνδέοντας αρκετούς υπερκατασκευαστές στην μπαταρία, μπορούμε να φτάσουμε σε ένα δοχείο συγκρίσιμο με τις μπαταρίες που χρησιμοποιούνται στα ηλεκτρικά οχήματα. Αλλά αυτή η μπαταρία θα ζυγίζει αρκετές φορές περισσότερη μπαταρία, η οποία είναι απαράδεκτη για οχήματα. Είναι δυνατή η επίλυση του προβλήματος που χρησιμοποιούν υπερκατασκευαστές που βασίζονται στο graphene, αλλά εξακολουθούν να υπάρχουν ως πρωτότυπα. Παρ 'όλα αυτά, η υποσχόμενη έκδοση του διάσημου "e-mobile", που λειτουργεί μόνο από την ηλεκτρική ενέργεια, θα χρησιμοποιήσει υπερκατασκευαστές νέας γενιάς ως πηγή ενέργειας, η ανάπτυξη της οποίας διεξάγεται από τους Ρώσους επιστήμονες.

Οι υπερκαταστάσεις θα επωφεληθούν επίσης κατά την αντικατάσταση των μπαταριών σε συμβατικές μηχανές βενζίνης ή ντίζελ - η χρήση τους σε τέτοια οχήματα είναι ήδη μια πραγματικότητα.

Εν τω μεταξύ, το πιο επιτυχημένο από τα εφαρμοσμένα έργα για την εισαγωγή των υπερκαταστατήρων μπορεί να θεωρηθεί νέα τρόλεϊ της ρωσικής παραγωγής, η οποία πρόσφατα ήρθε στους δρόμους της Μόσχας. Όταν η τάση σταματήσει στο δίκτυο επαφής ή με το "Flying" των σημερινών συλλεκτών, το Trolleybus μπορεί να οδηγήσει σε μια μικρή ταχύτητα (περίπου 15 km / h) με αρκετές εκατοντάδες μέτρα στον τόπο όπου δεν θα παρεμβαίνει στην κίνηση στο δρόμο. Η πηγή ενέργειας με τέτοιους ελιγμούς γι 'αυτό είναι η μπαταρία των υπερκαταστατών.

Γενικά, ενώ οι Supercapacitors μπορούν να εξωθήσουν τις μπαταρίες μόνο σε ξεχωριστές "κόγχες". Αλλά η τεχνολογία αναπτύσσεται γρήγορα, γεγονός που καθιστά δυνατή την αναμονή ότι στο εγγύς μέλλον η περιοχή της χρήσης υπερκατασκευαστών θα επεκταθεί σημαντικά.