- Что такое и ионистор
- Разновидности суперконденсаторов
- Двухслойные конденсаторы
- Гибридный суперконденсатор
- Псевдоконденсаторы
- Принцип работы ионистора
- Разновидности суперконденсаторов
- Направления развития суперконденсаторов
- Технические характеристики
- Где применяют ионистор
- Схемы подключения
- Как зарядить ионистор
- Ионистор — устройство, применение, технические параметры
- Отличия суперконденсаторов от аккумуляторов
- Какая полярность ионистора
- Как сделать ионистор своими руками
- Самостоятельное изготовление элемента
- Срок службы ионистора
- Практическое применение суперконденсаторов
- Транспортные средства
- Тяжёлый и общественный транспорт
- Автомобили
- Автогонки
- Плотность энергии
- Положительные и отрицательные стороны
Что такое и ионистор
Ионисторы появились в массовой продаже сравнительно недавно. Их также можно назвать суперконденсаторами или ультраконденсаторами. Внешне они напоминают обычные конденсаторные элементы с более внушительной емкостью. Проще говоря, это смесь батареи и конденсатора. Технический узел устройства можно описать как конденсаторный электролизер с двойным электрическим слоем. В зарубежной литературе его часто называют EDLC, что расшифровывается как Electric Double Layer Capacitor.
Внешний вид элемента
Примечание! Патент на производство накопителя электроэнергии с двойным электрическим слоем получил американец К. Рейтмайер еще в прошлом веке. Сегодня такие элементы стали чрезвычайно популярны и получили название ионисторов.
Примерная схема здания
Несмотря на относительно новую технологию преобразования и хранения электрической энергии, такие устройства сейчас есть в продаже практически во всех магазинах электротоваров и электроники, а их производство налажено не только за рубежом, но и в России.
Разновидности суперконденсаторов
В настоящее время все ультраконденсаторы делятся на три основных типа:
- Двухслойный.
- Гибридный.
- Псевдоконденсаторы.
Двухслойные конденсаторы
Эти устройства представляют собой изделия, в конструкции которых используются электроды с наличием пор, покрытых углеродом с высокой проводимостью, между ними находится специальный сепаратор. За счет разделения зарядов на электродах образуется значительная величина потенциала, вследствие чего происходит накопление энергии.
Двойной слой в этой конструкции действует как поверхностный конденсатор. Благодаря электролиту два слоя объединяются в последовательную цепь.
Гибридный суперконденсатор
Этот тип накопителя энергии считается промежуточным между батареями и конденсаторами. В конструкции таких устройств используются электроды из разных материалов, вследствие чего емкость заряда накапливается по-разному.
Фактический процесс восстановления заряда происходит за счет реакции окислительно-восстановительного типа. Такая конструкция позволяет значительно увеличить внутреннюю емкость и повысить рабочее напряжение. Электроды состоят из комбинации сложных проводящих полимеров, которые в сочетании друг с другом обеспечивают материал с повышенными электрическими свойствами.
Псевдоконденсаторы
Эти устройства представляют собой изделия, которые в основном напоминают батарейки, они имеют два сплошных электрода.
В результате появилась возможность использовать конденсатор вместо аккумулятора. Принцип работы состоит из двух основных механизмов:
- рабочие циклы заряд-разряд;
- электростатические реакции, наблюдаемые в двухслойных единицах.
Принцип работы ионистора
Как уже было сказано, ионистор очень похож на конденсатор, но в отличие от него не имеет вокруг себя диэлектрического слоя. Пластинки представляют собой особые вещества, собирающие заряды противоположных знаков.
Известно, что емкостные характеристики конденсаторов, как и ионисторов, зависят от размеров обкладок. Рассматриваемый элемент имеет пластины из активированного угля или специально изготовленного вспененного угля. Это дает увеличенную площадь пластин.
Вас заинтересует Установка электросчетчика на улице
Простая схема, показывающая, как это работает
Ионистор имеет выводы, разделенные сепаратором, помещенным в электролиты. Это необходимо для предотвращения возможного короткого замыкания. Электролиты чаще всего представляют собой кислоты и основания в любом приемлемом агрегатном состоянии.
Примечание! Используя электролитический йод или серебро, можно получить качественный ионист со значительными емкостными свойствами, возможностью работы при низких температурах и малым саморазрядом.
При электрических и химических реакциях часть электронов отрывается от полюсов устройства и дает положительный заряд. Отрицательно заряженные ионы, находящиеся в электролите, притягиваются к этим полюсам со знаком плюс. В результате получается электрический слой.
Ионистор на плате магнитолы
Сам заряд сосредоточен на границах углеродных полюсов и электролитического вещества. Слой очень тонкий, всего 1-5 нанометров, и это значительно увеличивает мощность устройства.
Разновидности суперконденсаторов
Ионисторы делятся на три типа:
- Идеальный ионист. Название было дано ионному конденсатору, в котором угольные электроды были на 100% поляризованы. При полном отсутствии электрохимических процессов происходит накопление энергии за счет ионного переноса электронов с одного электрода на другой. Электролитом в «идеальных» ионисторах служат растворы основания КОН и серной кислоты H2SO4.
- Гибридные ионисторы представляют собой конденсаторы со слабополяризуемыми электродами. Накопление энергии в ДЭС происходит на поверхности одного из электродов.
- Псевдоионисторы обладают высокой удельной емкостью. На поверхности электродов происходят обратные электрохимические реакции.
Ионисторное устройство
Направления развития суперконденсаторов
Новые перспективные разработки ионисторов:
- Суперконденсаторы Graphene Skeleton Technology станут ключевыми игроками в EDLC. В ходе новых испытаний автопарка в Великобритании они используются для превращения дизельных автомобилей в гибриды, использующие энергию рекуперативного торможения. Гибридная автомобильная система, разработанная Adgero и Skeleton Technologies, называется UltraBoost. Во время торможения устройство становится генератором, восстанавливающим кинетическую энергию, которая в противном случае была бы потеряна в виде тела. В основе этой технологии лежит банк из пяти мощных суперконденсаторов на основе графена, известных как SkelMod.
- Британский стартап Zap & Go запускает зарядное устройство нового типа специально для деловых путешественников. Он использует графеновые суперконденсаторы для зарядки телефонов за пять минут.
- Eaton предлагает решения для суперконденсаторов размером с монету, больших элементов, малых цилиндрических элементов и модулей. Например, его модуль Supercapacitor XLR 48V обеспечивает накопление энергии для высокочастотных систем заряда/разряда в гибридных или электрических транспортных средствах, общественном транспорте, погрузочно-разгрузочных работах, тяжелом оборудовании и морских системах. Модули XLR состоят из 18 отдельных суперконденсаторов Eaton XL60, разработанных для обеспечения 48,6 В и 166 Ф с сопротивлением 5 мА для включения в системы, требующие до 750 В.
- Суперконденсаторы Maxwell Technologies используются для рекуперации энергии в пекинском метро. Китайская железнодорожная корпорация подвижного состава. (CRRC — SRI) использует модули Maxwell 48-V в двух комплектах энергосберегающих рекуперативных тормозных устройств для линии 8 системы, городской железнодорожной сети, которая проходит с севера на юг через китайскую столицу. Модули Maxwell на 48 В обеспечивают долгий срок службы до 10 лет и быструю зарядку/разрядку. Vishay предлагает 220 EDLC ENYCAP с номинальным напряжением 2,7 В. Его можно использовать в нескольких приложениях, включая резервное питание, поддержку перенапряжения, накопители энергии для сбора энергии, источники питания микро-ИБП и рекуперацию энергии.
- Технология Line предлагает LTC3350, резервный контроллер тока, который может заряжать и управлять последовательным устройством, состоящим из четырех суперконденсаторов. Разработанный для автомобильных и других транспортных приложений, LTC3350 предлагает следующие функции: Резервное питание путем зарядки блока до четырех суперконденсаторов в случае отключения электроэнергии. Может работать с входным напряжением от 4,5 В до 35 В и током зарядки в режиме ожидания более 10 А.
- Балансировка и защита от перенапряжения для серии суперконденсаторов.
- Мониторинг напряжения, тока и температуры в системе.
- Внутренние емкостные стабилизаторы напряжения, которые устраняют необходимость в балансировочных резисторах.
Разработчики ионисторов постоянно пытаются их модернизировать и увеличить удельную мощность. Очевидно, что в будущем батареи полностью заменят суперконденсаторы. Результаты исследований калифорнийских ученых показали, что ионисторы нового типа уже в несколько раз превосходят по своим функциональным возможностям аналоги.
Что такое суперконденсаторы
Ионисторы, суперконденсаторы, ультраконденсаторы — история создания и развития техники
7 июня 1962 года Роберт Райтмайер, химик из American Standard Oil Company (SOHIO), базирующейся в Кливленде, штат Огайо, подал заявку на патент, описывающий механизм хранения электрической энергии в конденсаторе с «двойным электрическим слоем».
Если в обычном конденсаторе алюминиевые пластины традиционно изолировались диэлектрическим слоем, то в предложенном изобретателем варианте вес располагался непосредственно на материале пластин. Электроды должны были иметь разную проводимость: один электрод должен был иметь ионную проводимость, а другой — электронную.
Таким образом, в процессе заряда конденсатора будет происходить разделение электронов и положительных центров в электронном проводнике и разделение катионов и анионов в ионном проводнике.
Электронный проводник предлагалось делать из пористого углерода, тогда ионным проводником мог быть водный раствор серной кислоты. Заряд в этом случае будет накапливаться на границе раздела этих специальных проводников (тот самый двойной слой). Разность потенциалов этих первых ионисторов могла достигать значения в 1 вольт, а емкость могла достигать единиц фарад, ведь теперь расстояние между обкладками было меньше 5 нанометров.
В 1971 году лицензия была передана японской компании NEC, которая в то время занималась всеми областями электронных коммуникаций. Японцам удалось вывести технологию на рынок электроники под названием «Суперконденсатор».
Спустя семь лет, в 1978 году, Panasonic в свою очередь выпустила «Gold Capacitor» («Золотой колпачок»), также завоевавший успех на этом рынке. Его успех был обеспечен удобством использования суперконденсаторов для питания энергозависимой памяти SRAM. Однако эти ионисторы имели высокое внутреннее сопротивление, что ограничивало возможность быстрого извлечения энергии, а потому существенно ограничивало область применения.
В 1982 году специалисты Американского исследовательского института Pinnacle (PRI) в Лос-Гатосе, штат Калифорния, работая над улучшением материалов для электродов и электролитов, разработали суперконденсаторы с чрезвычайно высокой плотностью энергии, появившиеся на рынке под названием «PRI Ultracapacitor».
Десять лет спустя, в 1992 году, Maxwell Laboratories (позже переименованная в Maxwell Technologies, Сан-Диего, Калифорния, США) начала разработку технологии PRI под названием «Boost Caps». Теперь цель состоит в том, чтобы сделать конденсаторы с высокой емкостью и низким сопротивлением, чтобы иметь возможность питать электрооборудование большой мощности.
В 1999 году тайваньская компания UltraCap Technologies Corp также начала сотрудничество с PRI, которая в то время разработала чрезвычайно крупную электродную керамику, а в 2001 году на рынок вышел первый тайваньский ультраконденсатор большой емкости. С этого момента началась активная разработка технологии во многих научно-исследовательских институтах мира.
На российском рынке тоже есть игроки, например (ООО «УКФ») — инжиниринговая компания, специализирующаяся на проектировании, разработке, производстве и практическом применении решений и систем на основе суперконденсаторов/ионисторов. Компания тесно сотрудничает с лучшими мировыми производителями и активно использует их опыт.
Использование ионисторов
Ионисторы на единицу фарад нашли заслуженное применение в качестве резервных источников питания в ряде устройств. Начиная с включения таймеров телевизоров и микроволновых печей, заканчивая сложными медицинскими приборами. Ионисторы обычно устанавливаются на карты памяти.
При смене батарейки в видео или фотоаппарате ионизатор поддерживает питание цепей памяти, отвечающих за настройки, то же самое касается музыкальных центров, компьютеров и другой подобной техники. Телефоны, электронные счетчики электроэнергии, системы охранной сигнализации, электронные измерительные приборы и медицинское оборудование – суперконденсаторы нашли применение повсеместно.
Рис. 2. Суперконденсаторы (ионисторы)
Небольшие ионисторы на основе органических электролитов имеют максимальное напряжение ок. 2,5 вольта. Для достижения более высоких допустимых напряжений ионисторы подключают к батареям, всегда используя шунтирующие резисторы.
К преимуществам ионисторов относятся: высокая скорость заряда-разряда, устойчивость к сотням тысяч циклов заряда по сравнению с аккумуляторами, малый вес по сравнению с электролитическими конденсаторами, низкая токсичность, разрядка до нуля.
Рис. 3. Источник бесперебойного питания на суперконденсаторах
Рис. 4. Суперконденсаторные автомобильные модули
Перспективы
При разработке ионисторов их удельная емкость все более возрастает, и, по всей вероятности, это рано или поздно приведет к полной замене аккумуляторов суперконденсаторами во многих областях техники.
Недавние исследования группы исследователей Калифорнийского университета в Риверсайде показали, что новый тип ионисторов на основе пористой структуры, где частицы оксида рутения нанесены на графен, почти вдвое превосходит лучшие аналоги.
Исследователи обнаружили, что поры в «графеновой пене» имеют наноразмеры и подходят для удержания частиц оксидов переходных металлов. Суперконденсаторы на основе оксида рутения в настоящее время являются наиболее многообещающими вариантами. Они безопасно работают на водном электролите, обеспечивают повышенное накопление энергии и удваивают пропускную способность по току по сравнению с лучшими конденсаторами, доступными на рынке.
Они запасают больше энергии на кубический сантиметр объема, поэтому было бы целесообразно заменить ими аккумуляторы. В первую очередь речь идет о носимой и имплантируемой электронике, но в будущем новинка может коснуться и персональных электромобилей.
Графен послойно наносится на частицы никеля, которые служат подложкой для углеродных нанотрубок, которые вместе с графеном образуют пористую углеродную структуру. В образующиеся нанопоры последнего из водного раствора проникают частицы оксида рутения диаметром менее 5 нм. Удельная емкость ионистора на основе полученной конструкции составляет 503 фарад на грамм, что соответствует удельной мощности 128 кВт/кг.
Масштабируемость этой структуры уже подготовила почву и заложила основу для создания идеального носителя энергии. Ионисторы на основе «пены графена» прошли первые испытания, где показали способность заряжаться более восьми тысяч раз без ухудшения характеристик.
Бывают ситуации, когда реализовать автономное электроснабжение на базе одной батареи не представляется возможным из-за образования больших кратковременных токов. При этом высоковольтный конденсатор большой емкости применялся вместе, пока вместо батареи или одновременно с ней не стали использовать ионистор.
Работа этого класса устройств основана на технологии создания двойного электрического слоя (ДЭС), это выгодно отличает его от устройств, где для накопления заряда используются химические реакции, как обратимые (аккумулятор), так и необратимые (аккумулятор).
Несмотря на то, что ионисторы появились относительно недавно, их производство налажено многими производителями как в нашей стране, так и за рубежом, выпускают эти радиодетали такие компании, как Palm, Epcos, Elna и так далее
Ионистор Максвелл
Технические характеристики
Наиболее важными техническими параметрами, на которые следует обратить внимание при знакомстве с устройством и его покупке, являются следующие:
- емкость в фарадах;
- внутреннее сопротивление в Омах;
- максимальный ток разряда в амперах;
- номинальное напряжение в вольтах;
- значения саморазряда и разряда.
Ионисторы вместо батареек
Важно! Последний параметр крайне важен для изучения. Для его расчета нужно использовать другие величины: t — время разряда в секундах, С — емкость в фарадах, V1 и V2 — начальный и конечный параметры диапазона напряжений, I — сила тока.
Читайте также: Как выбрать инфракрасный обогреватель
Где применяют ионистор
Такие устройства часто встречаются в схемах и платах для различных цифровых устройств. Они нужны там для создания автономного и резервного источника питания на случай разряда или выхода из строя основного аккумулятора, а также для других целей. Например, оперативная память, микроконтроллеры или электронные часы RTC могут питаться от ионистора. Это помогает сохранять программы в памяти и работать с системными часами даже при выключенном основном питании.
Например, при смене батарейки на аудиоплеере он должен быть полностью обесточен, а это стирает все пользовательские настройки в виде любимых частот, громкости (если аппарат цифровой) и т.п. Этого не происходит, т.к внутри есть ионист, который предотвращает сброс. Его емкостные характеристики несоизмеримо малы по сравнению с аккумуляторными, но их достаточно для поддержания питания основных микросхем в течение пары дней. Обычно за это время человек успевает вставить батарейки и все продолжает работать как положено.
Вас заинтересует подключение электродвигателя
Примечание! В случае самодельных схем такие устройства можно подключать как аварийный или резервный источник электроэнергии для небольших микросхем.
Элементы для солнечной батареи на основе ионисторов
В промышленных масштабах ионисторы используются в:
- медицинское оборудование;
- ветряные станции;
- устройства резервного питания;
- элементы хранения электроэнергии;
- бытовая техника и электроника;
- светильники и светильники со светодиодами;
- электронные замки.
Аккумуляторные суперконденсаторы
Схемы подключения
схема электродвигателя с пусковым конденсатором
Более распространенной стала схема, имеющая в сети пусковой конденсатор.
Эта схема имеет определенные нюансы:
- Пусковая обмотка и конденсатор включаются в момент запуска двигателя.
- Дополнительная обмотка работает недолго.
- В схему включено тепловое реле для защиты от перегрева вспомогательной обмотки.
Если необходимо обеспечить высокий крутящий момент при пуске, в цепь включают пусковой конденсатор, который подключают к рабочему. Стоит отметить, что мощность довольно часто определяется опытным путем для достижения наибольшего пускового момента. При этом по замерам значение емкости должно быть в 2-3 раза больше.
К основным моментам создания схемы питания электродвигателя можно отнести следующие:
- От источника тока 1 ветвь идет к рабочему конденсатору. Он работает постоянно, поэтому и получил такое название.
- Перед ним есть ветка, идущая к выключателю. Помимо выключателя, для запуска двигателя может использоваться еще один элемент.
- После выключателя устанавливается пусковой конденсатор. Он работает несколько секунд, пока ротор не наберет обороты.
- Оба конденсатора идут на двигатель.
Таким же образом можно подключить однофазный электродвигатель.
Стоит отметить, что рабочий конденсатор присутствует в схеме практически постоянно. Поэтому стоит помнить, что подключать их нужно параллельно.
Как зарядить ионистор
Для зарядки этого предмета вам нужен источник питания. Если он присутствует в цепи, и прибор работает исправно, ионистор заряжается сам и поддерживает напряжение, передаваемое от аккумулятора или электрической сети. Если вам нужно зарядить устройство самостоятельно, подойдет описанная ниже схема.
Пример подключения для зарядки
Устройство питается от 12-вольтового адаптера. Затем регулятор напряжения и тока используется для регулировки 5,5 В для зарядки элемента. Это напряжение подается на конденсатор через полевой МОП-транзистор, который действует как переключатель. Он закрывается только тогда, когда напряжение на ионисторе падает до 4,8 В.
Важно! При повышении напряжения транзистор открывается и зарядка прекращается.
Ионистор — устройство, применение, технические параметры
Бывают ситуации, когда реализовать автономное электроснабжение на базе одной батареи не представляется возможным из-за образования больших кратковременных токов. При этом высоковольтный конденсатор большой емкости применялся вместе, пока вместо батареи или одновременно с ней не стали использовать ионистор.
Работа этого класса устройств основана на технологии создания двойного электрического слоя (ДЭС), это выгодно отличает его от устройств, где для накопления заряда используются химические реакции, как обратимые (аккумулятор), так и необратимые (аккумулятор).
Несмотря на то, что ионисторы появились относительно недавно, их производство налажено многими производителями как в нашей стране, так и за рубежом, выпускают эти радиодетали такие компании, как Palm, Epcos, Elna и так далее
Ионистор Максвелл
Отличия суперконденсаторов от аккумуляторов
Вместо аккумуляторов часто используются суперконденсаторы. Стандартные конденсаторы способны накапливать небольшое количество тока. Суперконденсаторы могут хранить в тысячи, миллионы и миллиарды раз больший заряд. Такие устройства работают быстрее, чем аккумуляторы. Это связано с тем, что суперконденсатор создает статический заряд на твердых телах, в то время как батареи основаны на медленных химических реакциях.
Аккумуляторы отличаются большей плотностью энергии, а ионисторы — большей плотностью мощности. Суперконденсаторы способны работать при низких напряжениях, а для достижения более высоких напряжений их необходимо соединять последовательно. Эта опция необходима для более мощного оборудования.
Ионисторная технология может найти применение в энергетике и приборостроении. Одним из применений является использование в ветряных турбинах. Такие устройства помогают сгладить прерывистую силу ветра.
Портативные электронные устройства используют различные источники питания. В таких устройствах, как планшеты, смартфоны и ноутбуки, важно удельное энергопотребление. Чем больше этот показатель, тем выше мощность устройства при тех же физических параметрах.
Установка устройства с более высоким удельным энергопотреблением позволит увеличить время работы мобильного оборудования без увеличения параметров. Поэтому в смартфонах часто используются полимерные аккумуляторы, которые являются лидерами среди аккумуляторных блоков питания небольших размеров.
Батареи имеют ограниченный ресурс. При интенсивной эксплуатации ресурс устройства является критичным фактором, сокращающим жизненный цикл оборудования. Поэтому ионисторы являются более перспективными устройствами. Они являются идеальным накопителем энергии.
Ионистор подобен электролитическому конденсатору, но при тех же габаритах имеет большую емкость. Такие устройства могут накапливать большое количество энергии за короткое время, что позволит сократить время зарядки до минимума. Суперконденсаторы выдерживают несколько десятков тысяч циклов без видимой деградации.
Из-за малой токсичности материалов для изготовления ионисторов их легче утилизировать, чем аналогичные аналоги. Однако из-за большого тока саморазряда эти устройства не подходят для очень длительного хранения электроэнергии. Суперконденсаторы отлично подходят для беспроводных периферийных устройств. Здесь проявляются такие свойства, как экономичность и высокая скорость зарядки.
Беспроводное устройство на суперконденсаторе требует ежедневной зарядки. Но эта процедура займет несколько минут.
Какая полярность ионистора
Эти элементы не имеют характеристики полярности из-за их электрических свойств. Кроме того, отсутствие полярности является несомненным плюсом. Иногда производители указывают на своих устройствах стрелки для обозначения полярности или знаки «+» и «-». Это не полярность суперконденсатора, а полярность остаточного напряжения после первой пробной зарядки на заводе.
Примечание! Это означает, что после разряда на нагрузку можно впаивать элемент с любыми включениями. На работу схемы это никак не повлияет.
Как сделать ионистор своими руками
делать ионистор самостоятельно — неэффективная трата времени, но попробовать ради эксперимента можно. Для этого требуются две металлические пластины (обычно медные), которые плотно прилегают к слою активного угля с обеих сторон. Слой угля поровну разделен тонким слоем диэлектрика. Весь уголь пропитан электролитами.
Результат самодеятельности — отличный ионистор своими руками
К пластинам заранее припаиваются провода, чтобы было через что заряжать. При подаче тока на порах активированного угля начнет появляться двойной электрический слой. «Начинка» готовится просто: уголь растирается в пыль и смешивается с электролитическим составом до получения густой каши. Затем его распределяют по обезжиренным и очищенным тарелкам.
Вам будет интересно Цифровой электронный счетчик электроэнергии
Самостоятельное изготовление элемента
При необходимости иметь низковольтный блок питания с большой емкостью и нежелании платить немаленькую сумму за конденсатор-ионистор, его можно изготовить своими руками практически из подручных средств. Для самоделки вам понадобится:
- металлический тонкостенный цилиндр для корпуса (может подойти алюминиевая банка из-под газировки или пива);
- два медных диска небольшой толщины и диаметра по отношению к корпусу:
- активированный уголь или угольный стержень;
- раствор обычной поваренной соли (из расчета 25 грамм соли на 100 грамм воды).
Порядок работ на ручном изготовлении следующий: угольный порошок смешивают с соленой водой до консистенции пасты, наносят на оба медных диска в одинаковом количестве. Затем между дисками помещают вату для разделения электродов и предотвращения короткого замыкания между ними, заливают электролит (солевой раствор) и запаивают края стакана. Для удобства к медным дисковым электродам припаяны контактные провода. Самодельный конденсатор-ионистор готов к использованию. Его примерная емкость может быть от 0,3 до 0,5 Фарад.
Ионисторы – это автономные источники питания, которые не получили широкого распространения из-за ряда серьезных недостатков. Несмотря на это, в некоторых случаях использование ионистора будет отличным решением. Чтобы понять суть его работы, можно сначала попробовать сделать самому, а уже потом принимать решение о покупке.
Срок службы ионистора
Рассматриваемые элементы имеют достаточно длительный срок службы. Например, при номинальном напряжении 0,6 В прибор может работать до 40 000 ч. При этом за все это время будет наблюдаться лишь небольшое снижение емкости. Ожидаемый срок службы зависит от заявленного производителем, но не следует исключать влияние на ионистор фактора влажности, высокого напряжения и перепадов температуры.
Важно! Как правило, даты указаны для идеальных лабораторных условий.
Маркировка блока и индикация полярности
Итак, в этом материале было разобрано, как сделать ионистор своими руками, и где он нашел свое применение. Эти элементы, изобретенные сравнительно недавно, обсуждались как источник альтернативной энергии и прорыв, но так не получилось. Несмотря на это, область их применения очень широка.
Практическое применение суперконденсаторов
Современные ионисторы широко используются в таких областях, как:
- Средство передвижения;
- Бытовая электроника.
Транспортные средства
Суперконденсаторы недавно были интегрированы в транспортные средства, работающие от электричества.
Тяжёлый и общественный транспорт
Не так давно на улицы Минска вышли электробусы совместного производства южнокорейской компании Hyundai Motor и белорусской компании «Белкоммунмаш». Новый общественный транспорт оснащен электродвигателем, работающим от ионисторов на борту. Москвичей порадовали электробусы отечественного производства, вышедшие на городские маршруты в мае 2020 года.
Городской транспорт на ионисторах способен проехать путь до конечной станции с зарядкой на 2-х или 3-х остановках. Время зарядки занимает 2-3 минуты, чего достаточно для высадки и посадки пассажиров. Полная зарядка емкостной системы электроснабжения осуществляется на конечных станциях в течение 8-10 минут.
Автомобили
Мировые лидеры автомобилестроения постоянно совершенствуют свои электромобили
На международных выставках особое внимание уделяется машинам на суперконденсаторах
Автомобильный суперконденсатор
Недавно российские производители представили Ё-мобиль, в котором в качестве основного источника электроэнергии используются суперконденсаторы.
Дополнительная информация. В мототехнике, работающей на жидком топливе, все чаще применяют ионисторы для облегчения запуска двигателя при низких температурах.
СК для запуска двигателя
Автогонки
Автомобильные компании, выпускающие электромобили и их гибридные модификации, регулярно проводят автогонки с автомобилями с наддувом. Это делается для рекламы и продвижения своей продукции на мировом автомобильном рынке.
Плотность энергии
Ионисторы не отличаются повышенной плотностью энергии. Ионистор массой 500 г имеет плотность энергии 20 кДж/кг. Это почти в 8 раз меньше, чем у обычного кислотного аккумулятора. Однако этот параметр у суперконденсаторов в несколько десятков раз выше, чем у простых конденсаторов.
Положительные и отрицательные стороны
К несомненным достоинствам этих устройств можно отнести следующие характеристики:
- разрядка и зарядка устройства не занимает много времени, что позволяет использовать их в тех случаях, когда нет возможности установить аккумуляторы из-за длительной зарядки;
- по сравнению с аккумуляторными батареями ионисторы имеют значительно более полные циклы заряда-разряда устройства;
- для зарядки не требуется специального зарядного оборудования, поэтому обслуживание упрощается;
- радиодетали этого типа намного легче батареек и меньше по размерам;
- широкий диапазон рабочих температур — от -40 до 70С°;
- срок службы во много раз больше, чем у современных конденсаторов и аккумуляторов.
Как бы ни были хороши эти радиодетали, но есть у них и недостатки, несколько усложняющие эксплуатацию, а именно:
- относительно высокая цена ионисторов означает, что их использование в технике вызывает рост цены. По мнению специалистов, эта проблема будет решена в ближайшее время благодаря развитию новых технологий;
- низкие параметры номинального напряжения устройств, решением может быть последовательное соединение нескольких ячеек (принцип тот же, что и при соединении нескольких аккумуляторов). В этом случае на каждый компонент необходимо установить шунт в виде резистора;
- превышение температурного режима (нагрев более 70°С) вызывает ошибки;
- этот тип радиодеталей не позволяет накапливать достаточно энергии, кроме того, они имеют низкую плотность энергии (то есть не такие мощные, как аккумуляторы), что ограничивает область их применения. Параллельное соединение нескольких элементов позволяет частично справиться с этой проблемой.
Отдельно следует отметить, что суперконденсаторы относятся к числу элементов, подключение которых требует соблюдения полярности. Блок нельзя замыкать накоротко, так как это приведет к повышению температуры и необходимости замены радиоэлемента.