Batarya yerine kondenser: Teknik çözelti. İonistör bataryayı değiştirebilir mi

Elektrik kapasitesi küreFizik sürecinden iyi bilindiği gibi, yaklaşık 700 mikron. Böyle bir kabın sıradan bir kapasitörü, ağırlık ve hacimle tuğla ile karşılaştırılabilir. Ancak, dünyanın elektrik kapasitesine sahip kondansatörler vardır, kumun büyüklüğünde eşittir - süper uzonlar.

Yirmi yıl önce nispeten son zamanlarda bu tür cihazlar vardı. Onlar farklı denirler: İyonistörler, iyonistler veya sadece süper komplekatörler.

Sadece bazı yüksek uçuş havacılık firmaları için mevcut olduklarını düşünmeyin. Günümüzde Ionistörü bir jeton büyüklüğünde ve bir Faraday'da bir kapta bir konteyner ile satın alabilirsiniz, bu da dünyanın kapasitesinin 1500 katı olan ve güneş sisteminin en büyük gezegeninin kapasitesine yakın - Jüpiter.

Herhangi bir kondenser enerjiyi saklar. İyonistöre ne kadar büyük veya küçük enerjinin olduğunu anlamak için, bir şeyle karşılaştırmak önemlidir. İşte biraz sıradışı, ama iyi bir yol.

Sıradan kapasitörün enerjileri yeterlidir, böylece bir buçuk sayaç hakkında zıplayabilir. 1 V'lik bir voltajla şarj edilen, 0.5 g kütlesi olan tip 58-9b'nin küçük iyonistörü 293 m yüksekliğe atlayabilir!

Bazen ionistörlerin herhangi bir pili değiştirebileceğini düşünüyorlar. Gazeteciler, geleceğin dünyasını süper komplekasitörlerde sessiz elektrikli araçlarla boyadılar. Ama o kadar çok uzak. Bir kg ağırlığındaki iyonistör, 3000 J enerjiyi ve en kötü lider pilini - 86.400 J - 28 kat daha fazla biriktirebilir. Ancak, karşılığında büyük güç Kısa sürede, pil hızlı bir şekilde bozulur ve sadece Healo taburcu edilir. Ionistör art arda ve kendisi için herhangi bir zarar vermeden, yalnızca bağlantı kablolarına dayanabilselerse, herhangi bir kapasite verir. Ek olarak, ionistör, saniyeler için şarj edilebilir ve pil genellikle saate ihtiyaç duyulur.

Bu, ionistörün kapsamını belirler. Bir güç kaynağı kadar iyidir, kısaca, ancak oldukça sık daha fazla güç tüketen, elektronik ekipman, cep lambaları, otomotiv yolcuları, elektrikli çantalar. İyonistör, elektromanyetik silahların güç kaynağı kaynağı olarak askeri kullanabilir. Ve küçük bir enerji santrali ile birlikte, Ionistor, elektrik tekerlekleri ve 100 km başına 1-2 l yakıt tüketimi ile otomobil oluşturmanıza olanak sağlar.

Ionistörler en farklı kapasite ve çalışma voltajında \u200b\u200bsatışta, ancak pahalıdır. Yani eğer zaman ve ilgi varsa, iyonistörünüzü kendiniz yapmaya çalışabilirsiniz. Ancak belirli bir tavsiye vermeden önce, biraz teori.

Elektrokimya'dan bilinir: Metal batırıldığında, iki boyutlu elektrik yüklerinden oluşan, iyonlar ve elektronlardan oluşan çift elektrikli katman olarak adlandırılır. Aralarında karşılıklı çekim kuvvetleri vardır, ancak suçlamalar kapanamaz. Bu, su ve metal moleküllerin çekiciliğinin güçleri tarafından engellenir. Aslında, çift elektrik katmanı bir kapasitörden başka bir şey değildir. Yüzeyine odaklanan ücretler plakaların rolünü gerçekleştirir. Aralarındaki mesafe çok küçük. Ve bildiğiniz gibi, kapasitörün plakaları arasındaki mesafedeki bir düşüşle kapasitansı artar. Bu nedenle, örneğin, suya batırılmış, geleneksel çelik iğnelerin kapasitesi, birkaç MF'ye ulaşır.

Özünde, iyonistör, elektrolit içine çok geniş bir alanla daldırılan iki elektrotdan oluşur. Doğru, sıradan yassı plakalar uygulayarak, sadece birkaç düzine MF kapasitesini elde etmek mümkün olacaktır. Heonistörlerin büyük tankları elde etmek için, küçük harici boyutlarda gözeneklerin büyük bir yüzeyine sahip gözenekli malzemelerin elektrotları kullanılır.

Titanyumdan Platinum'a Düşünme Metalleri bu rolde denediler. Ancak, her zamanki gibi aktif karbonun hepsinden daha iyi olmuştu. Özel işlemden sonra bu kömür gözenekli hale gelir. Bu tür kömürün 1 cm3'ün yüzey alanı, binlerce metrekareye ulaşır ve onlardaki çift elektrikli tabakanın kapasitesi on Farad!

Şekil 1'deki kendi yapımı ionistör, ionistörün tasarımını göstermektedir. Aktif karbondan "doldurma" için sıkıca basılan iki metal plakadan oluşur. Kömür, elektron yapmayan bir maddenin ince ayırma tabakasının döşendiği iki katmana yerleştirilir. Bütün bunlar elektrolit ile emprenye edilir.

İyonistörü, kömürün gözeneklerinde yarısının yarısında şarj ederken, yüzeyde elektronlu bir çift elektrikli tabaka, başka bir yere - pozitif iyonlarla oluşur. İyonların ve elektronların şarj edilmesinden sonra birbirine doğru kaçmaya başlar. Karşılaştıklarında, nötr metal atomları oluşur ve birikmiş ücret azalır ve zamanla hiç ortaya çıkabilir.

Bunu önlemek için, aktif karbon katmanları arasında ve ayrılma katmanı tanıtılır. Çeşitli ince plastik filmler, kağıt ve hatta yünlerden oluşabilir.
Amatör İyonistörlerde, elektrolit, tek tuzu% 25 çözeltisi veya% 27'lik bir Con çözeltisine hizmet vermektedir. (Daha küçük konsantrasyonlarda, pozitif bir elektrot üzerinde bir negatif iyon tabakası oluşturulmaz.)

Bakır plakalar önceden buğulanmış tellere sahip elektrotlar olarak kullanılır. Çalışma yüzeyleri oksitlerden temizlenmelidir. Aynı zamanda, kaba bir kazık kullanmak arzu edilir. Bu çizikler, kömür debriyajını bakır ile artıracak. İyi bir debriyaj için plaka yağdırılmalıdır. Plakaların yağ yağması iki aşamada yapılır. Başlangıçta, sabunla yıkanırlar ve sonra bir diş tozu ile ovalayın ve su jetini yıkayın. Bundan sonra, parmaklarınızla onlara dokunmamalısınız.

Bir eczanede satın alınan aktif karbon bir harçta ezilir ve dikkatlice düşük yağlı plakaları bulaşan kalın bir macun elde etmek için bir elektrolitle karıştırılır.

İlk test yaptığınızda, bir kağıt döşemesi olan plaka diğerine bir tane koyar, bundan sonra şarj etmeye çalışacağız. Ancak incelik var. 1 V'den fazla voltajda, gazların h2, O2'nin serbest bırakılması başlar. Kömür elektrotlarını yok ederler ve cihazımızı Ionistore kondenser modunda çalıştırmaya izin vermezler.

Bu nedenle, 1 V'nin üzerinde olmayan bir voltaj kaynağından şarj etmeliyiz (sadece endüstriyel iyonistörlerin çalışmaları için her bir plaka çifti için böyle bir voltaj önerilir.)

Meraklı Detaylar

1.2'den fazla voltajda, iyonistör bir gaz aküsüne dönüşür. Bu, aktif karbon ve iki elektrottan oluşan ilginç bir cihazdır. Ancak, yapıcı bir şekilde aksi takdirde gerçekleştirilir (bkz. Şekil 2). Tipik olarak eski galvanik elemandan iki kömür çubuğu alır ve etraflarında dolaşan torbaları aktif karbon ile bağlanır. Kapak çözeltisi, elektrolit olarak kullanılır. (Pişirme tuzu çözeltisi uygulanmamalıdır, çünkü ayrışma olduğunda, klor serbest bırakılır.)

Gaz aküsünün enerji yoğunluğu 36.000 J / kg veya 10 W-B / KG'ye ulaşır. İyonistten 10 kat daha fazla, ancak konvansiyonel kurşun pilden 2,5 kat daha azdır. Bununla birlikte, gaz aküsü sadece bir batarya değil, çok tuhaf bir yakıt hücresidir. Elektrotlarda şarj olduğunda, gazlar ayırt edilir - oksijen ve hidrojendir. Aktif karbon yüzeyinde "yerleşir". Geçerli akım göründüğünde, bağlantıları su ve elektrik akımının oluşumuna meydana gelir. Bununla birlikte, bu işlem, bir katalizörsüz çok yavaştır. Ve katalizör çıktığı gibi, sadece platin ... bu nedenle, Ionistore'un aksine, gaz aküsü büyük akımlar veremez.

Bununla birlikte, Moskova Mucit A.G. Presnyakov (http: //chemfiles.narod .r u / hit / gas_akk.htm) Bir kamyon motoru başlatmak için bir gaz pil uygulandı. Katı ağırlığı normalden neredeyse üç kat daha fazladır - bu durumda tolere edildiği ortaya çıktı. Ancak düşük maliyet ve asit ve kurşun gibi bu tür zararlı malzemelerin yokluğu son derece çekici görünüyordu.

En basit tasarımın gaz pili 4-6 saat boyunca tam bir kendiliğinden boşalmaya yatkındı. Bu deneylere bir son verdi. Gece park yerinden sonra başlamak imkansız olan bir arabaya ihtiyacınız var?

Bununla birlikte, "Büyük Teknik" gaz pillerini unutmadı. Güçlü, akciğerler ve güvenilir, bazı uydularda dururlar. İçindeki işlem yaklaşık 100 ATM'nin bir baskısı altına girer ve sünger nikeli, bu tür koşullar altında bir katalizör olarak çalıştığı bir gaz emici olarak kullanılır. Tüm cihaz, ultralight silindirine karbon fiberden yerleştirilir. Kurşun pillerinkinden neredeyse 4 kat daha yüksek enerji yoğunluğuna sahip akümülatörleri ortaya çıkardı. Elektrikli otomobil yaklaşık 600 km gidebilir. Ama ne yazık ki, onlar çok pahalı iken.

Sergey Asmakov

Son yıllarda, dijital teknolojinin gelişmesinin hızlı bir şekilde hızlanmasına alıştık. Ancak bazı bileşen kategorileri (mikroişlemciler veya bellek modülleri gibi) gerçekten boşluk hızı ile gerçekten geliştirilirse, daha sonra başka bir alanda, ilerleme bu kadar belirgin değildir. İkincisi, şarj edilebilir güç kaynakları içerir. Ve bu kesinlikle yaratır belirli problemlerÖzerk çalışmaların süresi, şarj iyileşme süresi ve nihai ürünün büyüklüğü ve ağırlığı gibi önemli parametreler bu bileşenlerin özelliklerine bağlıdır.

Güç kaynağını seçmek için incelikler

Şu anda, taşınabilir elektronik cihazlarda, güç kaynakları kullanılır farklı şekiller. Böyle bir çeşitlilik, kaprisli bir geliştirici değildir, ancak tamamen mantıklı bir açıklamaya sahiptir. Örneğin, mobil cihazlar durumunda - akıllı telefonlar, tabletler veya dizüstü bilgisayarlar gibi - bir öncelik değeri, belirli bir enerji yoğunluğuna (yani, akünün birim hacmi başına elektrik gücü miktarı). Bu gösterge ne kadar yüksek olursa, batarya kapasitesi aynı fiziksel boyutlarla ne kadar büyük olur. Böylece, bir bataryanın daha yüksek bir enerji yoğunluğuna sahip daha yüksek olan bir pilin montajı, mobil cihazın pil ömrünü uzatır, boyutlarını artırmadan - en ince vakalarda gadget'lar için mevcut moda göz önüne alındığında, son derece önemlidir. Bu nedenle, modern akıllı telefonlarda ve tabletlerde lityum-iyon ve lityum polimer kullanılmıştır. Şarj edilebilir pilşu anda küçük boyutlu şarj edilebilir güç kaynakları kategorisine özgü enerji yoğunluğu ile liderdir.

Ancak, kablosuz geliştirirken Çevresel aygıtlar Öncelikler tamamen farklı olacaktır. Kablosuz farelerin ve klavyelerin güç tüketiminin aynı akıllı telefonlara kıyasla küçük olduğundan, bu durumda bir kayıt yüksek enerji yoğunluğuna sahip güç kaynaklarının kullanımına ilişkin aynı ihtiyaç. Ek olarak, kitle boyutlu göstergelerde zorlu sınırlamalar yoktur. Böylece, birçok durumda, geliştiriciler en kompakt değil, ancak daha hafif ve / veya daha az pahalı güç kaynağı olmadığı lehine bir seçim yaparlar.

Yanlışlıkla, geçtiğimiz yıllarda, standart AA veya AAA pillerden gelen güç için tasarlanan kablosuz çevre birimlerinin payını artırma konusunda sürekli bir eğilim olmuştur. Bu çözümün en belirgin avantajları erişilebilirlik ve maksimum kullanım basitliğidir. Standart piller neredeyse herhangi bir mağazada satın alınabilir. Ek olarak, pilleri tam olarak boşaltın, bunun yerine yenisini kurmak yeterlidir ve hemen çalışmaya devam edebilirsiniz. Ek kablo, şarj vb. Gerekmemez. Dedikleri gibi, ucuz ve kızgın.

Bu pozisyonlarla, kablosuz çevre birimlerinde pillerin kullanımı daha az uygun görünüyor. Gerekli şarj için belli bir süre (Genellikle 2-3 saat) ve tasarım tüm modellerden uzak iken, harici bir güç kaynağı bağlarken çalışmaya devam etmenizi sağlar. Sonuç olarak, kullanıcının şarj seviyesi göstergesini takip etmesi gerekir. kablosuz fare Ya da klavye enoportune anında kapatmadı.

Kablosuz çevre birimleri üreticilerinin aküler tarafından desteklenmesi için geçiş sürecini hızlandıran bir diğer faktör, geliştiricilerin son yıllarda başarmayı başardığı elektronik bileşenlerin enerji tüketimi seviyesini azaltma alanında önemli bir ilerleme kaydetmiştir. Modern kablosuz fare ve klavyeler modelleri, bir dizi pil üzerinde en az birkaç hafta ve hatta aylar üzerinde çalışabilir. Bu nedenle, aktifleri aktif kullanımla bile değişen pilleri nadiren hesaplar.

Doğal olarak, fiyatı ve fiyatı. Çok bilinmemiş lityum-iyon ve lityum polimer pillerin kurulumu, kaçınılmaz olarak cihazın takdirine yol açar. Ve bu, yaklaşık 20-30 dolar değerinde modellere gelince bu son derece önemlidir. Ek olarak, bahsedilen türlerin pilleri sınırlı bir kaynağa sahiptir - genellikle 500 ila 1000 şarj deşarjı. Böylece, yoğun kullanımıyla, pil kaynağı, cihazın yaşam döngüsünü sınırlayan kritik bir faktör haline gelir.

Böylece, piller ucuz, mevcut ve rahat. İçin mükemmel bir seçenek değil kablosuz klavye Veya fare? Bununla birlikte, pillerin ayrıca kendi dezavantajlarına sahip olduğunu unutmayacağız: aygıtların gözle görülür şekilde ağırlıklandırılması (eğer bir kablosuz fareden bahsediyorsak, eleştirel olabilecek) ve ayrıca nadiren olmalarına izin vermeleri gerekmektedir. zaman zaman. Geliştiriciler alternatif olarak ne sunabilir?

Henüz unutulmuş değildi

En umut verici seçeneklerden biri süper-papasitörlerdir veya aramanın daha doğru olduğu için, Ionistörler (bu elemanları belirlemek için İngilizce konuşan yazarlar genellikle elektrikli çift katmanlı kapasitör olarak çözülen EDLC kısaltması kullanır). İlk süper kompleksitör örnekleri, 50 yıldan daha uzun bir süre önce yaratıldı. Halen, ana ve yedek güç kaynakları olarak bir dizi elektrikli cihazda (özellikle, cep fenerleri, fotoğraflar vb.) Kullanılırlar. Ek olarak, özellikleri sayesinde, süper-papasitörler, elektrikli ve hibrit enerji santralleri tarafından üretilen birçok araçla donatılmış kinetik enerji geri kazanım sistemleri için mükemmel elektrik depolamasıdır.

Süperkapacitörlerin lityum-iyon ve lityum polimer pilleriyle karşılaştırıldığında en önemli avantajları yüksek şarj oranı, verimliliği ve büyük kaynaktır.

Süper eşleştiriciler geri ödenebilir çok sayıda Kısa bir süre için enerji, bu da şarj süresini minimumda azaltmanıza olanak sağlar. Ek olarak, ionistörler yüksek verimlilik ile karakterize edilir. Modern lityum-iyon piller, şarj edilmelerine harcanan elektriklerin sadece% 60'ını verebiliyorsa, daha sonra süper -apacitörlerde, bu gösterge% 90'ı aşıyor.

Bir diğer önemli avantaj, büyük bir kaynaktır. Lityum-iyon ve lityum polimer piller, birkaç yüz şarj deşarj çevriminden sonra önemli ölçüde bozulmaya (başlangıç \u200b\u200bdeğerine göre kapasitenin azaltılması) gözlenir. Ve süper kompleksitörler, birkaç on binlerce döngü sırasına göre gözle görülür bir bozulma olmadan dayanabilirler.

Diğer avantajlar arasında küçük bir orana ve çevre dostu bir şekilde dikkate alınabilir. İyonistörlerin üretildiği malzemelerin düşük toksisitesi nedeniyle, lityum, nikel-kadmiyum, nikel-metal hidrit ve kurşun asit pillerden daha kolay ve daha güvenlidirler.

Belki de burada okuyucular tamamen doğal bir soruya sahip olacaktır: eğer bu tür harika güç kaynakları yarım yüzyıldan fazla bir süredir biliniyorsa, neden hala dijital cihazlarda yaygınlaşmamışlar? Gerçek şu ki, yukarıda listelenen avantajların yanı sıra, süper kompleksitörlerin dezavantajları var. Bunlardan en önemli olanı, oldukça düşük spesifik bir enerji yoğunluğu, doğrusal olmayan bir boşaltma eğrisi ve yüksek kendiliğinden tahliye akımıdır.

Modern süper komplekasitörlerin spesifik enerji yoğunluğunun göstergesi litre hacim başına 7 ila 9 watt'dır. Karşılaştırma için: Şimdi üretilen lityum-iyon piller, bu gösterge litre başına 250-400 W arasında değişmektedir.

Büyük akım kendiliğinden boşalma nedeniyle, iyonistörler uzun süreli elektrik depolaması için uygun değildir. Ek olarak, supercapacitor olmayanların boşaltma eğrisi: Çıkış voltajı kalan şarja bağlıdır.

Yukarıdakiler nedeniyle, şu anda üretilen sebepler, kullanım için uygun değil mobil cihazlarBirincil değerin bataryanın büyüklüğünün ve enerjisinin oranı olduğu yerlerdir. Bununla birlikte, kablosuz periferik cihazlar için, süper eşleştiriciler tek kullanımlık pillere çok ilginç bir alternatiftir.

Bu durumda, ionistörlerin bu gibi özellikleri yüksek şarj oranı ve yüksek verimlilik olarak kullanılacaktır. Kablosuz bir fare veya klavyenin sahibi, lityum pilli cihazlarda olduğu gibi 2-3 saat beklemek zorunda kalmaz: sadece birkaç dakika şarjı kurtarmak için yeterli olacaktır. Bu süre zarfında, birkaç saatlik aktif iş için yeterli olan bir enerji stoğunu biriktirmek mümkündür ve bir gün boyunca bile - çok yoğun bir kullanımla - çok yoğun bir kullanımla. Örneğin, sadece 5 dakikalık olduğumuz Genius DX-Eco kablosuz fare'nin dahili bir süper kompleketitörüyle donatılmış ve bu süre boyunca biriken elektrik 4 saatlik çalışma için yeterlidir.

Tabii ki, bir ionistörle donatılmış kablosuz cihazı şarj etmek için günlük (ve belki de daha sık daha sık) gerekecektir. Bununla birlikte, daha önce belirtildiği gibi, bu prosedür sadece birkaç dakika sürer - bir fincan kahve içmek için yeterli zaman ya da sadece bilgisayardan uzak durun. Ve süper kompleksitörlerin büyük bir kaynağı olduğu için, günlük şarj olsa bile, cihazın kullanım ömrü en az on yıl olacaktır.

Süperkapacitörlerin lityum pillerle karşılaştırıldığında önemli bir avantaj ve geleneksel piller belirgin bir şekilde daha azdır. Bu, bir ionistörle donatılmış aynı kablosuz fare, yalnızca kablolu analogdan biraz daha zor olacaktır.

Perspektifler

Böylece, süper kompleksitörlerin yüksek şarj oranı ve enerji verimliliğine ve büyük bir kaynağa sahiptir. Malzemelerin düşük toksisitesi nedeniyle, lityum pillerden vazgeçmek için çok daha kolay ve daha ucuzdurlar. Böyle bir özellik kombinasyonu süper -apacitörleri, kablosuz çevresel cihazların şarj edilebilir özerk güç kaynakları olarak kullanmak için çok umut verici bir seçenek haline getirmektedir. Şarj için sık sık bir kablo bağlama ihtiyacına gelince, bu sorunu çözmek, kablosuz bir şarj cihazı uygulamak kolaydır - özellikle bu tür çözümler şimdi kitle pazarında görünmeye başlar.

Gelecekte yeni malzemelerin tanıtımı sayesinde, çok daha yüksek olan süper fazlar oluşturmak mümkün olacaktır (şu anda üretilmiştir) spesifik enerji yoğunluğuna göre. Yüksek umutlar, uzmanlar grafen süper komplekasitörlerinin gelişimine tutturulur. Bu yenilikçi malzemenin kullanımı, yakın geleceğin yakın geleceğin, litre başına yaklaşık 60 W enerjinin belirli bir enerji yoğunluğuna sahip numuneler oluşturmasına izin verecektir. Tabii ki, bu modern lityum iyon ve lityum polimerik pillere kıyasla önemli ölçüde daha azdır, ancak kurşun-asit pillerin özellikleri ile oldukça daha değerlidir. Ve grafen süper -apacitörlerinin seri serbest bırakılmasının konuşlandırılmasının, bu güç kaynaklarının kullanımının kapsamını önemli ölçüde genişleteceğinden şüphe edilemezsiniz. Sadece kablosuz manipülatörler ve klavyeler ile donatılabilirler, aynı zamanda taşınabilir akustik Sistemleryanı sıra kaynakların yanı sıra kesintisiz güç Küçük güç.

Bir ultraconakitor veya iki katmanlı bir kapasitör olarak da bilinen süper komplekter, normal kondansatörden çok büyük bir kapasiteye sahip olmasıdır. Kapasitör, elektrokimyasal akü reaksiyonlarının aksine, statik bir yük kullanarak enerji depolar. Farklı voltajın pozitif ve negatif bir plaka üzerinde kullanılması, kapasitörü şarj eder. Bu, sürtünme ile statik yük birikimine benzer. Kapasitör plakasının dokunuşu enerji verilir.

Üç tür kapasitör vardır, bunlar aralarında kuru bir ayırıcı olan elektrostatik bir kondenserdir. Bu klasik kondenser modeli çok küçük bir kaba sahiptir ve çoğunlukla elektronik olarak kullanılır. Kapasitörün kapasitansı Pharands'ta ve Picoparad aralığında (PF) elektrostatik dalgalanmalar için ölçülür.

Bir sonraki kondenser tipi elektrolitiktir, elektrostatik ile karşılaştırıldığında daha yüksek kapasiteli ve milyonlarca bir milyon kat daha fazla PicoFarad olan mikroişlilerde (ICF) tahmin edilmektedir. Bu tür nemli tip kondansatörlerde ayırıcı. Elektrikli pillerde olduğu gibi, kapasitörler kullanıldığında gözlenmesi gereken farklı direklere sahiptir.

Üçüncü tip bir süper komplekterdir, kapasitesi, farades ve binlerce kez elektrolitik kapasitede tahmin edilmektedir. Süper -apacitor, yüksek akım değerlerinde ve kısa sürede sık kullanılan şarj / boşaltma döngülerine maruz kalan enerjiyi depolamak için kullanılır.

Farad kabının ölçülmesi birimi, Michael Faraday'ın İngilizce fiziğinden sonra (1791-1867) adlandırılmıştır. Bir farad, bir elektrikli şarj kolyesini voltaj voltajında \u200b\u200bsaklar. Bir mikrofarad, Faraday'dan milyonlarca daha küçük ve picophadera bir mikrofarad'dan milyonlarca daha azdır.

Genel Elektrik Mühendisleri, 1957'de SuperCacitor'un erken sürümüyle denemeye başladı, ancak bu gelişme ticari ilgi görülmedi. 1966'da standart yağ, iki katmanlı bir kapasitörün etkisini yeniden bulurken yakıt hücrelerinin deneysel yapılarıyla çalışır. İki katmanlı yapı, enerji biriktirme yeteneğini önemli ölçüde arttırdı. Teknoloji tekrar ticarileşmedi ve sadece 1990'lar başvurusunu buldu.

Süper -apacitörlerin gelişimi, elektrokimyasal akım kaynaklarının teknolojileri ile yakından iç içe geçmiştir, oradan özel elektrotlar ve elektrolit ödünç alınmıştı. Ana elektrokimyasal iki katmanlı kapasitör (EDLC) elektrostatik etkiye bağlı iken, asimetrik bir iki katmanlı elektrokimyasal kapasitör (AEDLC), daha yüksek bir enerji yoğunluğu elde etmek için pil benzeri elektrotları kullanır, ancak yaşam döngüsünü sınırlar ve benzer kısıtlamalar sağlar. Elektrokimyasal akım kaynağının sınırlamaları. Umut verici bir görünüm kullanımı grafik Elektrotun bir malzeme olarak, ancak bu yöndeki araştırmalar sadece yapılmaktadır.

Birçok elektrot türü denendi ve bugün elektrokimyasal iki katmanlı süper kompleksitör sistemi, organik bir elektrolitli bir karbon bazlıdır. Böyle bir süper komplekatitörün tartışılmaz avantajı, üretimin sadeliğidir.

Tüm kapasitörlerin voltaj limiti vardır. Elektrostatik kondansatör yüksek voltaj ise, süper komplekter, 2.5-2.7 V'daki voltajla sınırlıdır. Bu seviyenin üzerindeki artmış voltaj değeri mümkündür, ancak servis ömrünün süresini olumsuz yönde etkiler. Bu nedenle, daha yüksek bir voltaj kullanımı elde etmek için seri bağlantı Çoklu süper kompleksatörler. Buna karşılık, seri bileşik toplam kapasiteyi azaltır ve iç direncini arttırır. Üçten fazla kapasitörün böyle bir bağlantısı, ayrı bir hücrenin aşırı gerilimini önlemek için ek dengeleme gerektirir. Bir lityum iyon pil koruma sistemini korumanın benzer bir yolu.

Geçerli kaynağı 6 V'nin nominal bir voltajı ve 4.5 V'nin bir kesme gerilimi ile alın. Bu akım kaynağı bir süper komplekter ise, daha sonra doğrusal deşarj doğası nedeniyle, döngünün ilk çeyreğinde kesme noktasına ulaşacaktır. , Enerji rezervinin kalan dörtte üçü kullanımı kolay olacaktır. Tabii ki, voltaj dönüştürücüsünü ek olarak kullanabilirsiniz - güç kaynağını ve düşük voltaj değerini kullanmanıza izin verir, ancak ek maliyetler ekler ve kilo kaybına yol açar. Elektrikli batarya, içinde biriken% 90 ila% 95 enerjiden kullanılmasını sağlayan düz bir çizgi şeklinde bir boşaltma programı vardır.

Şekil 1 ve 2, superapacitor'un şarj edilmesi ve boşaltılması sırasında akımın ve gerilimin özelliklerini göstermektedir. Şarj ederken, voltaj doğrusal olarak arttırır ve akım, kondenser tam olarak şarj olduğunda gönderilir, bunun sonucunda tam bir şarj algılama sistemi kullanması gereği bile kaybolur. Deşarj edildiğinde, gerilim doğrusal olarak azalır. Voltaj düştüğünde sürekli bir güç tüketimi seviyesini korumak için, voltaj dönüştürücü artan akım dayanımı tüketecektir. Yük gereklilikleri artık memnun kalmayacak şekilde boşalma sağlanacaktır.

Şekil 1: Süper özelliğin şarj cihazı özellikleri. Gerilim doğrusal olarak sabit bir şarj akımı seviyesinde büyür. Kapasitörün tam doldurulmasıyla, şarj akımı düşer.

Şekil 2: Süper kompleksitörün boşaltma özellikleri. Deşarj edildiğinde, gerilim doğrusal olarak azalır. İsteğe bağlı bir voltaj dönüştürücü, belirli bir voltaj göstergesini destekleyebilir, ancak tahliye akımı hızını arttırır.

Süper komplektörün şarj süresi 1 ila 10 saniyedir. Şarj özellikleri, elektrokimyasal pillerin özelliklerine benzer ve büyük ölçüde izin verilen akımla sınırlıdır Şarj cihazı. SuperCapacitor, kapasitesi boyunca tahsil edilemez, sonuç olarak, tam bir ücret algılama sistemine ihtiyaç duymaz - akım sadece içine akmaktan vazgeçer.

Tablo 3, supercapacitor ve standart lityum-iyon pilini karşılaştırır.

Özellik	Supercapacitor	Standart lityum-iyon pil
Şarj süresi	1-10 saniye	10-60 dakika
Döngü sayısı	1 milyon veya 30 bin saat	500 ve daha yüksek
Hücre gerilimi	2.3 ila 2.75 V	3.6 Mezuniyette
Özel Enerji Yoğunluğu (W * H / KG)	5 (standart)	120-240
Özel güç (w / kg)	10 bin kadar	1000-3000
Maliyet kilogram watta	10.000 $ (standart)	250-1000 $ (büyük sistemler)
Ömür	10-15 yaşında	5 ila 10 yıl arasında
İzin verilen şarj aralığı sıcaklığı	-40 ° C ila 65 ° C arasında	0 ° C ila 45 ° C arasında
İzin verilen boşaltma sıcaklığı aralığı	-40 ° C ila 65 ° C arasında	-20 ° С ila 60 ° С'den

Tablo 3: Süperapacitor ve lityum-iyon pilin performansının karşılaştırılması.

SuperCapacitor, neredeyse sınırsız sayıyı şarj edebilir ve aktarabilir. Electrokimyasal pilin aksine, belirli bir boyutun yaşam döngüsünün yerleştirildiği, süper -apacitor, döngüsel çalışma modunun etkilerine neredeyse duyarsızdır. Ayrıca, malzemelerin bozulmasıyla ilişkili yaş değişiklikleri de zayıftır. Normal koşullar altında, 10 yıllık çalışma sonrası süper komplekter kapasitesi, nominalin% 80'inde kaydedilir. Ancak yüksek voltajlarla çalışmak hayatını azaltabilir. Ayrıca, sıcaklık göstergeleri için süper kompleksitörün avantajının - akımın tüm elektrokimyasal kaynaklarının zayıf yeri.

Süperapacitorun süpervizörü, geleneksel kapasitörlerde anlamlı derecede yüksekti ve elektrokimyasal akünün göstergesini hafifçe aşıyor. Böyle bir yüksek kendiliğinden boşalma nedeni, özellikle organik elektrolitin özellikleri. Karşılaştırma için, SuperCapacitor, depolanan enerjinin 30-40 gün boyunca yarısını kaybeder ve kurşun ve lityum piller ayda sadece% 5 oranında kendiliğinden taburcu edilir.

Uygulama Süper Ekonomiörleri

Supercondenters, kısa süreli beslenme ihtiyacının ortaya çıktığı durumlarda ideal bir seçimdir ve mümkündür. hızlı şarj. Buna karşılık, elektrokimyasal piller nispeten uzun vadeli güç kaynağı sağlamak için optimize edilmiştir. Bu iki sistemi hibrit bir güç kaynağında birleştirerek, her birinin güçlü yönlerini kullanmanızı sağlar. Bu tür hibritler, örneğin, bir süper kompleketlik birliği biçiminde, ve kurşun Asit Elektrokimyasal Sistemi .

Süperkapacitors, birkaç saniye ila birkaç dakika kadar beslenme sağlamak için gerekli olan sistemlerde kullanımlarını bulurlar ve ayrıca hızlı bir şekilde şarj edilebilir. Bu nitelikler bir volan (atalet bataryası) var, böylece süper komplekter, örneğin taşıma küresi, belirli işlemlerde bir alternatif olarak hareket edebilir.

Günümüzde, 2 MW ve 2.5 MW volan sistemlerinin süper komplekasitörlerinin testleri, New York Demiryolunun (Long Island Rail Road - Lirr) hareketini sağlamaya devam ediyor. Bu testlerin amacı, hızlanma sırasında bir voltaj harcama sorunu için bir çözüm bulmaktır. Her iki sistem de, belirli bir gücün kesintisiz güç kaynağını 30 saniye boyunca ve aynı zamanda aynı zamanda şarj etmelidir. Ana gereksinimler, en az% 10'dan fazla, düşük işletme maliyetleri ve dayanıklılık aralığında voltaj dalgalanmalarıdır. (Şimdiye kadar, daha büyük ilgi, daha dayanıklı ve ekonomik olduklarına inanıldığına, ancak testler hala devam ediyor.

Japonya ayrıca aktif olarak araştırır ve süper kompleksatörlerin kullanımını geliştirir. Binalara, en yoğun saatlerde şebekedeki yükü azaltmak olan binalara takılan 4 MW sistem var. Ayrıca, elektrikin kopması ile yedek jeneratörlerin lansmanı arasındaki anlarda kısa süreli güç kaynağı sağlayan sistemler de vardır.

SuperCondense teknolojileri de elektrikli taşıma alanına nüfuz edebildi. Frenleme güçlerinin pahasına ve hızlanma için yüksek akım gücü sağlama kabiliyeti olasılığı, superkapacitors, hibrit ve elektrikli taşıtlar için son derece ilginç hale getirir. Çok çeşitli çalışma sıcaklıkları ve dayanıklılık, bu alandaki elektrokimyasal piller üzerinde bir avantaj sağlar.

Ancak, düşük spesifik enerji yoğunluğu ve yüksek maliyet gibi süper kompleksitörlerin eksiklikleri, bazı geliştiricileri aynı maliyet için daha keskin bir pil lehine bir seçim yapmaya teşvik eder. Tablo 4, süperpapacitörlerin avantajlarını ve dezavantajlarını göstermektedir.

Faydalar	Neredeyse sınırsız yaşam döngüsü; Milyonlarca şarj edilmiş zamanlar olabilir Yüksek özel güç ve düşük iç direnç yüksek yük akımları sağlar Şarj işlemi saniyeler alır; kendisi şarj işlemini durdurur Basit işlem ve şarj koşulları Güvenli, uygunsuz çalışmaya karşı dayanıklı Düşük sıcaklıklarda mükemmel performans
Dezavantajları	Düşük spesifik enerji yoğunluğu Gerilim azalmasının doğrusal yapısı, biriken enerjinin kullanımına izin vermez Yüksek kendiliğinden boşalma, elektrikli pillerden daha yüksek Düşük hücreli voltaj, gereklilik seri bağlantı ve birkaç hücreden dengeleme sistemleri Watt Enerji Yüksek Maliyetleri

Bugüne kadar, şarj edilebilir teknolojiler önemli ölçüde hareket etmiş ve son on yıla göre daha mükemmel hale geldi. Ancak yine de, şu ana kadar piller tüketilebilir, çünkü küçük bir kaynağı var.

Enerjinin birikimi ve depolanması için kondansatörün kullanılması fikri yeni değildir ve ilk deneyler elektrolitik kapasitörlerle gerçekleştirildi. Elektrolitik kapasitörlerin kapasitesi önemlidir - yüz binlerce mikrofarad, ancak yine de uzun süre beslemek yeterli değildir, ancak daha fazla bir yük olmasa da, tasarım özelliklerinin neden olduğu önemli bir kaçak akım vardır.

Modern teknolojiler yerinde değil ve Ionistör icat edildi, bir kapasitördür, farad birimlerinden ve on binlerce Farad'a kadar süper geniş kapasiteye sahip. FARAD ünitesi kapasiteli ionistörler, mikrodenetleyici gibi düşük voltaj zincirlerinin kesintisiz gücünü sağlamak için taşınabilir elektroniklerde kullanılır. Ve on binlerce Farad kapasiteli ionistörler, çeşitli elektrik motorlarını güçlendirmek için pillerle birlikte kullanılır. Böyle bir kombinasyonda, Ionistör, pil üzerindeki yükü azaltır, bu da pil ömrünü önemli ölçüde arttırır ve aynı zamanda bir hibrit motor güç sistemi verebilen başlangıç \u200b\u200bakımını arttırır.

Bataryayı değiştirmemek için sıcaklık sensörünü güçlendirmeye ihtiyaç duyuldu. Sensör, AA boyutunun bataryasıyla güçlendirilir ve her 40 saniyede bir hava istasyonuna veri göndermek için açılır. Sensörü gönderme sırasında 2 saniye boyunca ortalama 6 mA tüketir.

Güneş panelini ve ionistörü kullanmanın bir fikri vardı. Tanımlanan sensör tüketim özelliklerine dayanarak, aşağıdaki unsurlar alındı:
1. Güneş bataryası 5 volt ve akım yaklaşık 50 mA (yaklaşık 15 yıldır Sovyet üretim güneş pili)
2. İyonistör: Panasonic 5.5 volt ve 1 Farad kapasitesi.
3. İyonistörler 2 adet: DMF 5.5 volt ve toplam 1 farad kapasitesi.
4. Düşük akım 0.3 V'de doğrudan voltaj düşüşlü diyot damgaları
Sky diyot, kapasitenin güneş batarlığından boşaltılmasını önlemek için gereklidir.
İyonistörler paralel olarak bağlanır ve genel konteyner 2 faradaydır.

Fotoğraf 1.

1 numaralı deney. - Tek renkli LCD ekran ve toplam 500 μA'lık toplam akım tüketimine sahip bir mikrodenetleyici bağlandı. Mikrodenetleyici ekrana ve kazandığı halde, ancak eski güneş pillerinin aşırı etkili olmadığını fark ettim, gölgedeki şarj akımı en azından iyonistörleri şarj etmek için yetersizdi, gölgede 5 volt güneş bataryasındaki voltaj daha azdı. 2 volttan fazla. (Bazı durumlar için, fotoğraftaki ekrana sahip mikrodenetleyici gösterilmez).

2 No. 2.
Başarı şansını geliştirmek için, 2 V, mevcut 40 mA ve 100 mA, Çin üretimi optik reçine ile su basmış olan Radiorenka'da yeni güneş pillerini satın aldım. Karşılaştırma için, gölgedeki bu piller zaten 1,8 volt, yüksek şarjlı bir akım değil, aynı zamanda hala belirgin bir şekilde daha iyi şarj etmedi.
Tasarımın Zaten Gezinme yeni pil, Kapasitörün şarj olması için diyotunu ve kapasitörlerini pencere üzerine koydum.
Dahası, güneş ışığı pilini doğrudan etkilemedi, 10 dakika sonra 1,95 V olarak şarj edilen kapasitör, sıcaklık sensörünü kullandım, bataryayı çıkarttım ve iyonistörü güneş pili ile birlikte pil bölmesi kontaklarına bağladım.

Fotoğraf 2.

Sıcaklık sensörü hemen kazandı ve oda sıcaklığında meteorolojik istasyona atıfta bulundu. Sensörün çalıştığından emin olmak için, bir güneş paneline sahip kapasitör emniyete girdi ve asıldı.
Sonraki neydi?
Günün tüm parlak saati Sensör düzgün çalıştı, ancak günün karanlık zamanının başlangıcıyla bir saat sonra, sensör veri iletmeyi durdurdu. Açıkçası, depolanan şarj sensörün saatinde bile yoktu ve sonra neden ...

3 numaralı deney.
Bir küçük yapıyı değiştirmeye karar verdim, böylece Ionistör (İyonistörler 2 Faradays Meclisi iade edildi) tamamen şarj edildi. Üç elementin bataryasını topladı, 6 volt ve 40 mA'lık bir akım (güneş tarafından tam aydınlatmalı) çıktı. Gölgedeki bu pil, önceki 1.8 V (fotoğraf 1) yerine 3,7 V'a kadar vermiştir ve 2 mA'a kadar şarj akımı. Buna göre, Ionistör, 3.7 V'a kadar şarj edildi ve 2 numaralı deney ile karşılaştırıldığında önemli ölçüde daha fazla depolanmış enerji vardı.

Fotoğraf 3.

Hepsi iyi olurdu, ama şimdi 5,5 V'a kadar var ve sensör 1.5 V ile güçlendiriliyor. Bir DC \\ DC Converter'a ihtiyacımız var, bu da ek kayıplara katkıda bulunur. Mevcut olduğum dönüştürücü, yaklaşık 30 μA tüketildi ve 4.2 V verdi. Sıcaklık sensörünü zaten yükseltilmiş tasarımdan güçlendirmek için istenen dönüştürücüyü bulamadım. (Bir dönüştürücü seçmeniz ve deneyimi tekrarlamanız gerekir).

Enerji kaybı hakkında:
İyonistörlerin kendi kendine deşarj akımına sahip olması, bu durumda 2 Faraday'ın montajı, DC \\ DC dönüştürücüsünün yaklaşık% 4'teki (% 96'lık etkinlik ilan ettiği) ve boş hareketi Buraya 30 μA eklenir. Dönüşümdeki kaybı dikkate almazsanız, zaten yaklaşık 80 μA tüketimimiz var.
Enerji tasarrufuna, özellikle dikkatli olması gerekir, çünkü deneysel olarak 5,5 V'ye kadar olan 2 fahişe sahip ve 2,5 V'ye taburcu olan iyonistörün 1 mA'nın "şarj edilebilir" kapasitesini söylüyor. Başka bir deyişle, bir saat boyunca Ionistörden 1 mA tüketmek, 5,5 V'den 2,5 V ile taburcu oluruz.

Şarj Hızı Doğrudan Güneş Işığı Hakkında:
Güneş bataryasından elde edilen akım daha yüksektir daha iyi pil Düz güneş ışığı ile aydınlatılmış. Buna göre, iyonistörün şarj oranı zaman zaman artar.

Fotoğraf 4.

Multimetre tanıklığından, (0.192 V, ilk okumalar), 2 dakika sonra kapasitörün 1,161 V, 5 dakika ila 3.132 V'ye kadar şarj edilmesi ve 10 dakika daha 5,152 V. 17 dakika boyunca, İyonist tarafından şarj edildi % 90. Güneş pilinin aydınlatmasının her zaman düzgün olmadığı ve çift pencere camından oluştuğu belirtilmelidir ve koruyucu film Pil.

3 numaralı deney hakkında teknik rapor
Düzenin teknik özellikleri:
- Güneş bataryası 12 elemanları, 6 V, akım 40 mA (güneşin tam bir aydınlatmasıyla), (bulutlu hava koşullarında 3.7 V ve 1 mA gölgesinde ionistörün üzerine bir yüke sahip).
- İyonistörler paralel olarak bağlanır, 2 pharad'ın toplam kapasitesi, 5.5 V izin verilen voltajı, kendiliğinden boşalma akımının 50 μA'dır;
- Doğrudan voltaj damlası olan diyot vuruşları, güç kaynağı güneş batarya ve ionistörün güç kaynağı için kullanılır.
- 55 x 85 mm'lik bir düzenin (plastik vize kartı) boyutları.
Bu düzenden güç sağlamak mümkündü:
LCD Ekranlı Mikrodenetleyici (5.5 V'de 500 μA'nın mevcut tüketimi, güneş pilsiz çalışma süresi, yaklaşık 1,8 saat);
Sıcaklık Sensörü, Güneş Paneli ile Çalışma Zamanı Işık Günü, 6 MA Tüketim 2 Saniyede Biri Her 40 Saniye;
LED, güneş paneli olmadan 60 mA ortalama bir akımla 60 saniye parladı;
DC \\ DC voltaj dönüştürücüsü (kararlı güç kaynağı için), 60 mA ve 4 V ve 4 V, 60 saniye boyunca (iyonistörün 5,5 V, güneş batarlığı olmadan şarj ederken) denenmiştir.
Elde edilen kanıtlar, bu tasarımdaki iyonistörlerin yaklaşık 1 mA kapasitesine sahip olduğunu göstermektedir (güneş batarlığından 2,5'e kadar bir boşaltma ile sarkmadan).

Sonuçlar:
Bu tasarım, mikrofuk cihazlarının sürekli beslenmesi için kapasitörlerde enerji biriktirmenize olanak sağlar. Kapasitör kapasitansının 2 fillenme başına 1 mA biriken kapasitesi, 10 saat karanlıkta düşük bir tüketim mikroişlemcisinin çalışmasını sağlamak için yeterli olmalıdır. Bu durumda, toplam zarar ve yük tüketim akımı 100 μA'yı geçmemelidir. Öğleden sonra, iyonistör, gölgede bile güneş pilinden şarj eder ve nabız modunda yükü akım için 100 mA'ya besleyebilir.

Soruyu makalenin başlığında cevaplıyoruz - Ionistör bataryayı değiştirebilir mi?
- Değiştirilebilir, ancak önemli akım kısıtlamaları tüketimi ve yük modu ile şimdiye kadar.

Dezavantajları:

• küçük enerji rezerv kapasitesi (Ionistörün tankının her 2 Pharad için yaklaşık 1 mA)
• kondansatörlerin (günde% 20 kapasitenin yaklaşık% 20'sini) önemli öz boşalma akımı ()
• tasarım boyutları güneş paneli ve ionistörlerin toplam kapasitesi ile belirlenir.

Avantajları:

• aşınma kimyasal elemanları eksikliği (piller)
• -40 ila +60 derecelik santigrat derece çalışma sıcaklıkları
• kolay tasarım
• yüksek değil

Tüm deneylerden sonra, fikir tasarımı aşağıdaki gibi yükseltmeye geldi.

Fotoğraf 5.

Kurulun bir tarafında, güneş bataryası, diğer taraftan, İyonistörlerin montajı ve DC \\ DC dönüştürücünün montajıdır.

Özellikler:

• Güneş Bataryası 12 Elemanlar, 6 V, Mevcut 60 mA (Güneşin tam aydınlatmasıyla);
• İyonistörler toplam kapasite 4; 6 veya 16 FARAD, izin verilen 5,5 V'nin izin verilen voltajı, kendiliğinden boşalmanın toplam akımı, ICA'nın 120 \\ 140 \\ (henüz bilinmedi);
• Diodes diyot, 0.15 V olan doğrudan bir voltaj damlası ile kondu, güneş bataryası ve iyonistör diyeti için kullanılır;
• Düzen Boyutları: 55 x 85 mm (Visa plastik kartı);
• Beslenmeden hesaplanan kapasite güneş pilleri Kondansatörler 4'ü takarken; 6 veya 16 FARAD yaklaşık 2 \\ 3 \\ 8 mA'dır.

P. S. Eğer bir yazım hatası, hesaplamalardaki bir hata veya yanlışlık fark ettiyseniz - bize kişisel bir mesajla yazın ve her şeyi derhal düzeltiriz.

Devam edecek…

Elektrik birikimi için, insanlar ilk önce kapasitör kullandı. Ardından, elektrik mühendisliği laboratuvar deneylerinin sınırlarının ötesine geçtiğinde, elektrik enerjisi stokunun ana araçları olan piller icat edildi. Ancak XXI yüzyılın başında, elektrikli ekipmanın güçlendirilmesi için kondansatörler kullanılması önerilmektedir. Ne kadar mümkün ve piller nihayet geçmişe mi geçecek?

Yoğunlaştırıcıların pillerle atılmasının nedeni, biriktirebilecekleri önemli ölçüde büyük elektrik değerleriyle ilişkiliydi. Başka bir sebep ise, boşaldığında, batarya çıkışındaki voltaj çok kötü değişir, böylece voltaj dengeleyici gereklidir veya gerekli değildir veya basit tasarım.

Kapasitörler ve piller arasındaki temel fark, kapasitörlerin doğrudan elektrik yükünü kaydetmesidir ve piller elektrik enerjisini kimyasal, toprağa ve daha sonra dönüştürülebilir kimyasal eneveriğe elektriksel olarak dönüştürmesidir.

Enerji dönüşümleri olduğunda, bir kısmı kaybolur. Bu nedenle, O. daha iyi piller Verimlilik% 90'dan fazla değildir, kapasitörler% 99'a ulaşabilir. Kimyasal reaksiyonların yoğunluğu sıcaklığa bağlıdır, bu nedenle soğukta piller, oda sıcaklığında farkedilir şekilde daha kötü çalışır. Ek olarak, pillerdeki kimyasal reaksiyonlar tamamen tersine çevrilebilir değildir. Dolayısıyla, az sayıda şarj-deşarj çevrimleri (binlerce binlerce binlerce, çoğu zaman pil ömrü, yaklaşık 1000 döngüdür), ayrıca "bellek etkisi". "Bellek Etkisi" nin, pilin biriken enerjinin belirli bir değerine her zaman boşaltılması gerektiğini hatırlayın, ardından kapasitesi maksimum olacaktır. Deşarjdan sonra daha fazla enerji kalırsa, pil kapasitesi yavaş yavaş azalır. "Hafıza Etkisi", neredeyse tüm seri üretilen pil türlerine özgüdür, asidik hariç (çeşitleri - jel ve AGM dahil). Lityum-iyon ve lityum polimerik pillere özgü olmadığına inanılmasına rağmen, aslında, bu, sadece diğer türlerden daha az bir ölçüde tezahür edilir. Asit pillere gelince, plakalı sülfatın etkisini, güç kaynağının geri dönüşümsüz bir şekilde zarar görmesine neden olurlar. Sebeplerden biri, bataryanın% 50'den az bir şarj durumunda uzun süreli bir birikimidir.

Alternatif enerjiye göre, "bellek etkisi" ve sülfat plakaları ciddi problemlerdir. Gerçek şu ki, bu tür kaynaklardan güneş panelleri ve yel değirmenleri olarak enerji akışının tahmin edilmesi zor olmasıdır. Sonuç olarak, pillerin şarjı ve boşaltılması, optimum olmayan modda, kake olarak meydana gelir.

Modern yaşam ritmi için, pillerin birkaç saat ücretlendirilmesi gerektiği kesinlikle kabul edilemez hale gelir. Örneğin, boşaltılan batarya sizi şarj noktasında birkaç saat geciktirirse, uzun mesafeler için elektrikli otomobilin bir gezisini nasıl hayal edersiniz? Batarya şarj hızı, içinde kimyasal işlemlerin hızı ile sınırlıdır. Şarj süresini 1 saate kadar azaltabilirsiniz, ancak birkaç dakikaya kadar. Aynı zamanda, kapasitörün şarj etme hızı sadece şarj cihazı veren maksimum akımla sınırlıdır.

Pillerin listelenen dezavantajları yerine kapasitörlerin kullanımını oluşturur.

Çift elektrikli katman kullanarak

Birçok on yıl boyunca, elektrolitik kapasitörler en büyük konteynere sahipti. İçlerinde, plakalardan biri metalik bir folyo, diğeri - elektrolit ve plakalar arasındaki yalıtım - folyo ile kaplı metal oksit. Elektrolitik kapasitörlerde, kabın faradayın yüzlerce insanlarına ulaşabilir; bu, bataryayı tam olarak değiştirmek için yeterli değildir.

Yapıların karşılaştırılması farklı şekiller Kükreme (Kaynak: Wikipedia)

Binlerce Farada tarafından ölçülen büyük bir kapasite, sözde çift elektrikli katmana dayanan kondansatörler elde etmenizi sağlar. İşlerinin ilkesi bir sonraki. Çift elektrik katmanı, katı ve sıvı fazlardaki maddelerin sınırındaki belirli koşullar altında gerçekleşir. İki tabaka iyon katmanı, zıt işaretin ücretleri ile oluşturulur, ancak aynı değer. Durumu basitleştirmek çok kolaysa, kondansatör oluşur, "plakalar", söz konusu iyonların katmanlarının, arasındaki mesafenin birkaç atomuna eşit olduğu mesafedir.

Çeşitli kapasite imalatının süper kompleksatörleri Maxwell

Bu etkiye dayanan yoğunluklar bazen iyonistörler denir. Aslında, bu terim sadece bir elektrik yükünün biriktirildiği yoğunlaştırıcılar için değil, elektrik enerjisinin elektrik enerjisinin (hibrit ionistör) korunması ile birlikte kimyasallara kısmi dönüşümü olan elektrik enerjisinin birikmesi için diğer cihazlar için dedir. , ayrıca çift elektrikli katmana dayanan piller için (sözde psödokomators). Bu nedenle, "Supercapacitors" terimi daha uygundur. Bazen bunun yerine "Ultra-Monfacebaz" terimi kullanılacaktır.

Teknik Uygulama

Süperlekaktör, elektrolit ile doldurulmuş, aktif karbondan iki plakadır. Membran, elektroliti geçenler aralarında bulunur, ancak aktif karbon parçacıklarının plakalar arasında fiziksel hareketini önler.

Süper parçaların kendilerinin polaritesine sahip olmadığı belirtilmelidir. Bu, temel olarak elektrolitik kapasitörlerden farklıdır, bu, bir kural olarak, polarite karakteristik, kondenser çıktısına yol açan uygunsuzluktur. Bununla birlikte, polarite de süper kompleksatörlere uygulanır. Bunun nedeni, süper kompleksatörlerin zaten tahsil edilen fabrika konveyöründen geçmesi, işaretlenmesi ve bu yükün kutuplarını ifade etmesi nedeniyledir.

Seçenekler Süper Papacitors

Bir makale yazımı sırasında elde edilen bireysel süper komplekatitörün maksimum kapasitesi, 12.000 F'dir. Süper yoğunlaştırıcı, 3000 F'yi geçmez. Plakalar arasında izin verilen maksimum voltaj 10 V'u geçmez. Üretilen süper kompleksitatörler, bu gösterge, kural olarak, 2, 3 - 2,7 v içinde yatıyor. Düşük çalışma voltajı, bir dengeleyici işlevi olan bir voltaj dönüştürücünün kullanılmasını gerektirir. Gerçek şu ki, taburcu olursa, kapasitördeki voltaj geniş sınırlar üzerinde değiştirilir. Yükü ve şarj cihazını bağlamak için bir voltaj dönüştürücü oluşturma. Yükü 60 W kapasiteyle beslemeniz gerektiğini varsayalım.

Konunun dikkate alınmasını kolaylaştırmak için voltaj dönüştürücüdeki kayıpları ve dengeleyiciyi ihmal edin. Geleneksel bir batarya ile 12 V voltajı ile çalıştığınız durumlarda, kontrol elektroniği 5'te akıma dayanmalıdır. Bu tür elektronik cihazlar, genellikle yaygın ve maliyetlidir. Ancak, supercapacitor kullanırken durum tamamen tutarlıdır, üzerindeki voltaj, konvertörün elektronik bileşenlerinden akan akım 24 A'ya ulaşabilir, bu da zamanlamaya yeni yaklaşımlar ve modern bir eleman tabanı gerektirir. Bir dönüştürücü ve bir stabilizatör inşa etmek zordur. Seri kaynağının, 20. yüzyılın 70'sinde başladığında, yalnızca şimdi çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılmaya başlamıştır.

Kesintisiz güç kaynağı kavramı
süperkacitörlerde voltaj, ana düğümler uygulanır
bir Microshem'de Linearteknoloji Üretti

Süperlikatörler, seri veya paralel bir bağlantı kullanarak pillere bağlanabilir. İlk durumda, izin verilen maksimum voltaj artar. İkinci durumda - konteyner. Bu şekilde izin verilen maksimum voltajın arttırılması, sorunu çözmenin yollarından biridir, ancak bunun için ödemek kabı azaltmak zorunda kalacaktır.

Süperkapasitörlerin boyutları doğal olarak kabına bağlıdır. 3000 F kapasiteli tipik bir süper komplekter, yaklaşık 5 cm çapında bir silindirdir ve bir uzunlukta 14 cm uzunluğundadır. Kapasite 10 F olarak, supercapacitor, insan çivisi ile karşılaştırılabilir boyutlara sahiptir.

İyi süper kompleksatörler, yüz binlerce şarj deşarj çevresine dayanabilir, bu parametre akümetülatörlerini yaklaşık 100 kez dayanabilir. Ancak, elektrolitik kapasitörlerde olduğu gibi, süper komplekasitörler için elektrolitlerin kademeli olarak sızması nedeniyle yaşlanma sorunu vardır. Şimdiye kadar, şimdiye kadar, süper kompleksitörlerin bu nedenle başarısızlığının eksiksiz istatistiklerini, biriktirilmez, ancak dolaylı verilere göre, süper papazitörlerin kullanım ömrü yaklaşık 15 yıldır tahmin edilebilir.

Birikmiş enerji

Kondenserde depolanan enerji miktarı, joule'da ifade edilen:

E \u003d cu 2/2,
C, farades içinde ifade edilen bir konteyner olduğunda, u, voltajlarda ifade edilen kaplamadaki stresdir.

KWh'de ifade edilen kondansatörde depolanan enerji miktarı:

W \u003d Cu 2/7200000

Dolayısıyla, 2,5 V plakaları arasında voltajlı 3000 F kapasiteli kapasitör, sadece 0.0026 kWh'de stokta bulunabilir. Bu, örneğin bir lityum iyon pil ile nasıl korele olabilir? Çıktı voltajını tahliye derecesinden bağımsız olarak alırsak ve 3.6 V'a eşittir, daha sonra 0.0026 kWh enerji miktarı 0.72 AH kapasiteli bir lityum iyon aküde istiflenecektir. Ne yazık ki, çok mütevazı bir sonuç.

Uygulama Süper Ekonomiörleri

Acil durum aydınlatma sistemleri, bataryalar yerine superkapacitors kullanmanın maddi bir kazanç verdiği yerdir. Aslında, okunmamış boşalma ile karakterize edilen bu uygulama içindir. Ek olarak, acil durum lambasının şarj edilmesinin hızlı bir şekilde gerçekleşmesi ve içinde kullanılan yedek güç kaynağının büyük ölçüde güvenilir olması arzu edilir. Supercapacitor tabanlı yedek güç kaynağı doğrudan yapılabilir lED lamba T8. Bu tür lambalar zaten bir dizi Çin firması tarafından üretilir.

Güçlü toprak LED lamba
güneş panellerinden, enerji birikimi
supertacacitor'da gerçekleştirilen

Daha önce belirtildiği gibi, süper papacitörlerin gelişimi büyük ölçüde alternatif enerji kaynaklarına ilgi ile ilişkilidir. Ancak pratik uygulama hala güneşten enerji alan LED lambalarla sınırlıdır.

Böyle bir yön, elektrikli ekipmanı başlatmak için süper komplekalizörlerin kullanımı olarak aktif olarak gelişmektedir.

Süper eşleştiriciler kısa bir süre içinde çok miktarda enerji verebilir. Elektrik teçhizatını süperapacitordan başlayarak, elektrik devresindeki en yüksek yükü azaltabilir ve büyük bir maliyet tasarrufu sağlayan, akımlar için beslemeyi azaltabilirsiniz.

Bataryada birkaç süper komplekatöre bağlanarak, elektrikli taşıtlarda kullanılan pillerle karşılaştırılabilir bir kaba ulaşabiliriz. Ancak bu pil, araçlar için kabul edilemez olan birkaç kez daha fazla pil ağırlığındadır. Grafen tabanlı süper-polapacitörler kullanılarak sorunu çözmek mümkündür, ancak yine de prototipler olarak var olurlar. Bununla birlikte, ünlü "E-Mobile" nın vaat eden versiyonu, yalnızca elektrikten çalışan, gelişmenin Rus bilim adamları tarafından yürütülen bir güç kaynağı olarak yeni nesil süper komplekalizörleri kullanacaktır.

Süperkapacitörler ayrıca geleneksel benzin veya dizel yakıt makinelerinde pilleri değiştirirken faydalanacaktır - bu tür araçlardaki kullanımları zaten bir gerçektir.

Bu arada, uygulamalı projelerin süper -apacitörlerin tanıtılması için en başarılı olanı, son zamanlarda Moskova'nın sokaklarına geldiği, Rus üretiminin yeni troleybüsleri olarak kabul edilebilir. Gerilim temas ağına durdurulduğunda veya mevcut kollektörlerin "uçan" ile durduğunda, troleybüs, harekete müdahale etmeyeceği yere birkaç yüz metre (yaklaşık 15 km / sa) hızını sürebilir. yolda. Bu tür manevralarla enerji kaynağı, süper kompleksatörlerin bataryasıdır.

Genel olarak, süper papacitors, pilleri sadece ayrı "nişlerde" olarak ayarlayabilir. Ancak teknoloji hızla büyüyor, bu da yakın gelecekte süper -apacitörlerin kullanım alanının önemli ölçüde genişlemesini beklemeyi mümkün kılar.