Ионистор что это такое и где применяется

Что такое ионисторы, где они применяются и в чем их особенность

Ионистор (он же суперконденсатор) – это своеобразный гибрид самого обычного конденсатора и привычного нам аккумулятора. В этом материале будет подробно рассказано про сам ионистор, а также про его область применения в современной электронике.

Устройство ионистора

За границей ионистор называют EDLC (Electric Double Layer Capacitor), что переводится на русский как «конденсатор с двойным электрическим слоем». И вся работа изделия базируется на электрохимических процессах.

Ионистор отличается от обычного конденсатора тем, что между электродами отсутствует привычный диэлектрик. Вместо этого, сами электроды реализованы из материалов с противоположными типами носителей заряда.

Вы, безусловно, знаете, что емкость конденсатора напрямую зависит от площади обкладок. По этой причине в ионисторах применены электроды из вспененного углерода или активированного угля.

При этом разделение электродов в ионисторе реализовано за счет применения сепаратора. И вся внутренняя полость заполнена электролитом, который выполнен на основе растворов кислот и щелочей и при этом имеет твердую кристаллическую структуру.

Так за счет применения твердого электролита RbAg4I5 (рубидий, серебро, йод) можно реализовать ионистор с минимальным саморазрядом, высокой емкостью и с высокой устойчивостью к воздействию отрицательных температур.

На текущий момент ионисторов с твердым кристаллическим электролитом на основе растворов щелочей и кислот уже не найдешь, так как они сняты с производства по причине высокой токсичности компонентов.

Как работает ионистор

Протекающая электрохимическая реакция заставляет часть электронов оторваться от электродов. В результате этого электрод становится носителем положительного заряда.

Отрицательные ионы, которые присутствуют в электролите, начинают притягиваться электродами с положительным зарядом.

Весь этот процесс является условием для образования так называемого электрического слоя. И весь запасенный заряд начинает храниться в пограничной области раздела между электродом и электролитом. И толщина сформированного анионами и катионами слоя равняется от 1 до 5 нм.

В чем преимущества и недостатки ионисторов

К плюсам суперконденсаторов можно отнести следующие моменты:

1. Минимальное время зарядки и разрядки. То есть ионистор способен как зарядиться, так и отдать весь накопленный заряд практически мгновенно.

2. Повышенное количество циклов заряд/разряд (составляет более 100 000).

3. Не требует обслуживания.

4. Скромный вес и малые размеры.

5. Процесс зарядки не требует использования сложных зарядных устройств.

На этом с плюсами заканчиваем и переходим к минусам изделия.

К минусам относят следующие явления

1. Достаточно высокая стоимость. Ионистор стоит существенно дороже, чем обычные конденсаторы и аккумуляторы.

2. Изделие рассчитано на довольно низкое напряжение. Эта особенность суперконденсатора и величина рабочего напряжения зависит от того, какой тип электролита в нем применен. При этом для того чтобы увеличить рабочее напряжение, ионисторы соединяют последовательно. Но при таком раскладе нужно также каждый суперконденсатор шунтировать резистором, так как необходимо выровнять напряжение на отдельном ионисторе.

3. При превышении рабочей температуры в +70 градусов по Цельсию изделие довольно быстро разрушится.

4. Суперконденсатор – это полярный элемент, поэтому при его установке следует строго соблюдать полярность.

Обозначение ионисторов на схеме

На схемах ионистор обозначается точно так же, как и обычный электролитический конденсатор и поэтому различить их между собой можно только по наличию или отсутствию сопутствующей надписи.

Допустим, если рядом со схематическим обозначением будет присутствовать надпись 0,47F 5,5V, то сразу становится понятно, что перед вами суперконденсатор. Так как обычные конденсаторы на такие низкие напряжения и на такие емкости не производят.

Где применяются ионисторы

Сейчас суперконденсаторы стали активно использоваться в современной цифровой аппаратуре. Так в некоторых изделиях ионисторы играют роль резервного питания для энергозависимой памяти, микроконтроллеров, электронных часов и т. п. Из чего можно сделать вывод, что суперконденсаторы нашли довольно широкое применение.

Заключение

В этом материале мы поговорили об ионисторах, которые впервые появились в 1960 году в США, а с 1978 года выпускались в СССР под маркировкой К58-1. Статья оказалась полезна и интересна? Тогда оцените ее и не забудьте подписаться на канал. Спасибо за ваше внимание!

Источник

Может ли ионистор заменить аккумулятор?

Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть фото Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть картинку Ионистор что это такое и где применяется. Картинка про Ионистор что это такое и где применяется. Фото Ионистор что это такое и где применяется

На сегодняшний день аккумуляторные технологии значительно продвинулись и стали более совершенными по сравнению с прошлым десятилетием. Но все же, пока что аккумуляторные батареи остаются расходным материалом, потому как имеют небольшой ресурс.

Мысль о том, чтобы использовать, конденсатор для накопления и хранения энергии не нова и первые эксперименты проводились с электролитическими конденсаторами. Ёмкость у электролитических конденсаторов бывает значительной – сотни тысяч микрофарад, но все же ее недостаточно для того, чтобы длительное время питать хоть и не большую нагрузку, притом присутствует значительный ток утечки, обусловленный особенностями конструкции.

Современные технологии не стоят на месте, и был изобретен ионистор, это конденсатор, имеет сверхбольшую емкость – от единиц фарад и до десятков тысяч фарад. Ионисторы емкостью единицы фарад используются в портативной электронике, для обеспечения бесперебойного питания слаботочных цепей, например микроконтроллера. А ионисторы емкостью десятки тысяч фарад используются совместно с аккумуляторами для питания различных электродвигателей. В такой комбинации ионистор позволяет уменьшить нагрузку на аккумуляторные батареи, что значительно увеличивает их срок службы аккумулятора и одновременно увеличивает стартовый ток, который способна отдать гибридная система питания двигателя.

Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть фото Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть картинку Ионистор что это такое и где применяется. Картинка про Ионистор что это такое и где применяется. Фото Ионистор что это такое и где применяется

Появилась необходимость запитать датчик температуры, таким образом, чтобы не менять в нем батарейку. Датчик питается от батареи типоразмера АА и включается для отправки данных на погодную станцию один раз в 40 секунд. В момент отправки датчик потребляет в среднем 6 мА в течение 2 секунд.

Возникла идея использовать солнечную батарею и ионистор. Исходя из выявленных характеристик потребления датчика, были взяты следующие элементы:
1. Солнечная батарея 5 Вольта и ток примерно 50 мА (Солнечная батарея Советского производства возрастом примерно 15 лет)
2. Ионистор: Panasonic 5.5 Вольт и емкостью 1 фарад.
3. Ионисторы 2 шт: DMF 5.5 Вольт и общей емкостью 1 фарад.
4. Диод Шотки с прямым падением напряжения при малом токе 0.3 В.
Диод Шотки необходим для того чтобы предотвратить разряд емкости через солнечную батарею.
Ионисторы соединены параллельно, и общая емкость составляет 2 фарады.

Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть фото Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть картинку Ионистор что это такое и где применяется. Картинка про Ионистор что это такое и где применяется. Фото Ионистор что это такое и где применяется
Фото 1.

Эксперимент №1 – Подключил микроконтроллер с монохромным ЖК-дисплеем и общим током потребления 500 мкА. Хотя микроконтроллер с дисплеем и заработали, но я заметил, что старые солнечные элементы крайне не эффективны, ток заряда в тени был недостаточным для того, чтобы хоть сколько-нибудь зарядить ионисторы, напряжение на 5ти вольтовой солнечной батареи в тени было меньше 2 вольт. (По некоторым обстоятельствам микроконтроллер с дисплеем на фото не показаны).

Эксперимент №2
Для повышения шанса на успех я приобрел на радиорынке новые солнечные элементы номиналами 2 В, током 40 мА и 100 мА, китайского производства залитые оптической смолой. Для сравнения данные батареи в тени уже выдавали 1,8 вольт, при этом не большой ток заряда, но все же заметно лучше заряжающий ионистор.
Спаяв конструкцию уже с новой батареей, диодом шотки и конденсаторами я положил ее на подоконник для того, чтобы конденсатор зарядился.
Притом, что солнечный свет напрямую не попадал на батарею, уже через 10 минут конденсатор зарядился до 1,95 В. Взял датчик температуры, вынул из него батарею и подключил ионистор с солнечной батареей к контактам батарейного отсека.

Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть фото Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть картинку Ионистор что это такое и где применяется. Картинка про Ионистор что это такое и где применяется. Фото Ионистор что это такое и где применяется
Фото 2.

Датчик температуры сразу же заработал и передал на метеостанцию комнатную температуру. Убедившись, что датчик работает, закрепил на него конденсатор с солнечной батареей и повесил на место.
Что же было дальше?
Все светлое время суток датчик исправно работал, но с наступлением темного времени суток, уже через час, датчик перестал передавать данные. Очевидно, что запасенного заряда не хватало даже на час работы датчика и потом выяснилось почему…

Эксперимент №3
Решил немного доработать конструкцию таким образом, чтобы ионистор (вернул сборку ионисторов 2 фарады) был полностью заряжен. Собрал батарею из трех элементов, получилось 6 вольт и ток 40 мА (при полном освещении солнцем). Данная батарея в тени уже давала до 3,7 В вместо предыдущей 1,8 В (фото 1) и ток заряда до 2 мА. Соответственно ионистор заряжаясь до 3,7 В и имел уже значительно больше запасенной энергии в сравнении с Экспериментом №2.

Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть фото Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть картинку Ионистор что это такое и где применяется. Картинка про Ионистор что это такое и где применяется. Фото Ионистор что это такое и где применяется
Фото 3.

Все бы хорошо, но мы теперь имеем на выходе до 5,5 В, а датчик питается от 1,5 В. Необходим DC\DC преобразователь, что в свою очередь вносит дополнительные потери. Тот преобразователь, который у меня был в наличии, потреблял порядка 30 мкА и на выходе давал 4,2 В. Пока мне не удалось найти нужный преобразователь, для того чтобы запитать датчик температуры уже от модернизированной конструкции. (Нужно будет подобрать преобразователь и повторить опыт).

О потерях энергии:
Выше упоминалось, что ионисторы имеют ток саморазряда, в данном случае у сборки 2 фарада он составлял 50 мкА, так же сюда добавляются потери в DC\DC преобразователе порядка 4% (заявленная эффективность 96%) и его холостой ход 30 мкА. Если не брать во внимание потери на преобразование, мы уже имеем потребление порядка 80 мкА.
Отнестись к энергосбережению необходимо особо внимательно, потому как экспериментальным путем установлено, что ионистор емкостью 2 фарады заряженный до 5,5 В и разряженный до 2,5 В имеет так скажем «аккумуляторную» емкость 1 мА. Иначе говоря – потребляя 1 мА с ионистора в течении часа, мы его разрядим с 5,5 В до 2,5 В.

О скорости заряда прямым солнечным светом:
Ток, получаемый от солнечной батареи тем выше, чем лучше батарея освещена прямыми солнечными лучами. Соответственно скорость заряда ионистора увеличивается в разы.

Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть фото Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть картинку Ионистор что это такое и где применяется. Картинка про Ионистор что это такое и где применяется. Фото Ионистор что это такое и где применяется
Фото 4.

Из показаний мультиметра видно (0.192 В, начальные показания), через 2 минуты конденсатор зарядился до 1,161 В, через 5 минут до 3,132 В и еще через 10 минут 5,029 В. В течении 17 минут ионистор был заряжен на 90%. Нужно отметить, что освещение солнечной батареи было неравномерным в течении всего времени и происходило через двойное оконное стекло и защитную пленку батареи.

Технический отчет по Эксперименту №3
Технические характеристики макета:
— Солнечная батарея 12 элементов, 6 В, ток 40 мА (при полной засветке солнцем), (в тени пасмурной погоды 3,7 В и ток 1 мА с нагрузкой на ионистор).
— Ионисторы соединены параллельно, суммарная емкость 2 Фарад, допустимое напряжение 5,5 В, ток саморазряда 50 мкА;
— Диод Шотки с падением прямого напряжения 0,3 В, используется для развязки по питанию солнечную батарею и ионистор.
— Размеры макета 55 х 85 мм (пластиковая карта VISA).
От данного макета удалось запитать:
Микроконтроллер с ЖК-дисплеем (ток потребления 500 мкА при 5,5 В, время работы без солнечной батареи, приблизительно 1,8 часа);
Датчик температуры, время работы световой день с солнечной батареей, потребление 6 мА в течении 2 секунд каждые 40 секунд;
Светодиод светился 60 сек при среднем токе 60 мА без солнечной батареи;
Так же был испробован DC\DC преобразователь напряжения (для стабильного питания), с которым удалось получить 60 мА и 4 В, в течении 60 секунд (при заряде ионистора до 5,5 В, без солнечной батареи).
Полученные данные говорят о том, что ионисторы в данной конструкции имеют приблизительную емкость 1 мА (без подпитки от солнечной батареи с разрядом до 2,5 В).

Выводы:
Данная конструкция позволяет накапливать энергию в конденсаторах для беспрерывного питания микропотребляющих устройств. Накопленная емкость 1 мА на 2 фарады емкости конденсатора должно хватить для обеспечения работоспособности микропроцессора с низким потреблением в темное время суток в течение 10 часов. При этом суммарный ток потерь и потребления нагрузкой не должен превышать 100 мкА. Днем ионистор подзаряжается от солнечной батареи даже в тени и способен питать нагрузку в импульсном режиме током до 100 мА.

Отвечаем на вопрос в заголовке статьи — Может ли ионистор заменить аккумулятор?
– может заменить, но пока со значительными ограничениями по току потребления и режиму работы нагрузки.

Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть фото Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть картинку Ионистор что это такое и где применяется. Картинка про Ионистор что это такое и где применяется. Фото Ионистор что это такое и где применяется
Фото 5.

С одной стороны платы располагаются солнечная батарея, с другой стороны сборка ионисторов и DC\DC преобразователь.

P. S. Если вы заметили опечатку, ошибку или неточность в расчетах — напишите нам личным сообщением, и мы оперативно все исправим.

Источник

Ионистор — устройство, применение, технические параметры

Бывают ситуации, когда реализовать автономное питание на основе одной аккумуляторной батареи не представляется возможным из-за образования больших кратковременных токов. В этом случае совместно использовался высоковольтный конденсатор большой емкости, пока не стали применять ионистор вместо аккумулятора или одновременно с ним.

В работе этого класса приборов заложена технология, благодаря которой создается двойной электрический слой (EDLC), этим они выгодно отличаются от устройств, где для накопления заряда эксплуатируются химические реакции, как обратимые (аккумулятор), так и необратимые (батарея).

Несмотря на то, что ионисторы появились относительно недавно, их изготовление налажено многими производителями как в нашей стране, так и за рубежом, эти радиодетали выпускают такие компании, как: Palm, Epcos, Elna и т.д.

Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть фото Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть картинку Ионистор что это такое и где применяется. Картинка про Ионистор что это такое и где применяется. Фото Ионистор что это такое и где применяется
Ионисторы Maxwell

Что такое и ионистор

Ионисторы появились в массовой продаже сравнительно недавно. Также они могут называться суперконденсаторами или ультраконденсаторами. Внешне они похожи на обычные конденсирующие элементы, обладающие более внушительной емкостью. Если говорить проще, то это смесь аккумуляторной батареи и конденсатора. Техническое устройство прибора можно описать, как конденсирующий электролитический элемент с двойным электрическим слоем. В зарубежной литературе его принято обозначать EDLC, что расшифровывается как Electric Double Layer Capacitor.

Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть фото Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть картинку Ионистор что это такое и где применяется. Картинка про Ионистор что это такое и где применяется. Фото Ионистор что это такое и где применяется
Внешний вид элемента

К сведению! Патент на производство приспособления, которое сохраняло электроэнергию с двойным электрическим слоем, получил американец К. Райтмаер еще в прошлом веке. Сегодня такие элементы стали крайне популярными и называются ионисторами.

Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть фото Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть картинку Ионистор что это такое и где применяется. Картинка про Ионистор что это такое и где применяется. Фото Ионистор что это такое и где применяется
Примерная схема строения

Несмотря на достаточно новую технологию преобразования и хранения электрической энергии, такие устройства сегодня доступны к продаже практически в любых магазинах электрики и электроники, а их производство налажено не только за рубежом, но и в России.

Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть фото Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть картинку Ионистор что это такое и где применяется. Картинка про Ионистор что это такое и где применяется. Фото Ионистор что это такое и где применяется Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть фото Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть картинку Ионистор что это такое и где применяется. Картинка про Ионистор что это такое и где применяется. Фото Ионистор что это такое и где применяется Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть фото Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть картинку Ионистор что это такое и где применяется. Картинка про Ионистор что это такое и где применяется. Фото Ионистор что это такое и где применяется Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть фото Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть картинку Ионистор что это такое и где применяется. Картинка про Ионистор что это такое и где применяется. Фото Ионистор что это такое и где применяется Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть фото Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть картинку Ионистор что это такое и где применяется. Картинка про Ионистор что это такое и где применяется. Фото Ионистор что это такое и где применяется Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть фото Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть картинку Ионистор что это такое и где применяется. Картинка про Ионистор что это такое и где применяется. Фото Ионистор что это такое и где применяется Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть фото Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть картинку Ионистор что это такое и где применяется. Картинка про Ионистор что это такое и где применяется. Фото Ионистор что это такое и где применяется Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть фото Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть картинку Ионистор что это такое и где применяется. Картинка про Ионистор что это такое и где применяется. Фото Ионистор что это такое и где применяется Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть фото Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть картинку Ионистор что это такое и где применяется. Картинка про Ионистор что это такое и где применяется. Фото Ионистор что это такое и где применяется Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть фото Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть картинку Ионистор что это такое и где применяется. Картинка про Ионистор что это такое и где применяется. Фото Ионистор что это такое и где применяется Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть фото Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть картинку Ионистор что это такое и где применяется. Картинка про Ионистор что это такое и где применяется. Фото Ионистор что это такое и где применяется

Сдерживающая технология

Суперконденсатор состоит из двух слоев графена с слоем электролита посередине. Пленка сильная, чрезвычайно тонкая и способна выпустить большое количество энергии за короткий промежуток времени, но тем не менее, есть определенные пока неразрешенные проблемы, которые сдерживают технический прогресс в этом направлении. Недостатки ионистора перед перезаряжаемыми батареями:



Принцип работы ионистора

Как уже было сказано, ионистор сильно напоминает конденсатор, но в отличие от него он не имеет диэлектрического слоя вокруг себя. Обкладки представляют собой особые вещества, которые копят заряды противоположных знаков.

Известно, что емкостные характеристики конденсаторов, как и ионисторов, зависят от величины обкладок. Рассматриваемый элемент обладает обкладками из активированного угля или специально подготовленного вспененного углерода. Это обеспечивает повышенную площадь обкладок.

Вам это будет интересно Монтаж и подключение теплого пола

Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть фото Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть картинку Ионистор что это такое и где применяется. Картинка про Ионистор что это такое и где применяется. Фото Ионистор что это такое и где применяется
Простая схема, демонстрирующая принцип работы

Ионистор обладает выводами, которые сепарированы разделителем, помещенным в электролиты. Нужно это для предотвращения вероятных коротких замыканий. Электролиты чаще всего представляют собой кислоты и щелочи в любом приемлемом агрегатном состоянии.

Обратите внимание! При использовании электролитического йода или серебра можно получить качественный ионистор со значительными емкостными характеристиками, способностью работать при низких температурах и малым саморазрядом.

Во время протекания электрических и химических реакций часть электронов отделяется от полюсов приспособления и обеспечивает создание положительного заряда. Отрицательно заряженные ионы, которые находятся в электролите, притягиваются этими полюсами со знаком «плюс». В результате получается электрический слой.

Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть фото Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть картинку Ионистор что это такое и где применяется. Картинка про Ионистор что это такое и где применяется. Фото Ионистор что это такое и где применяется
Ионистор на плате магнитолы

Сам же заряд сосредотачивается на границах углеродных полюсов и электролитического вещества. Слой очень тонкий, всего 1-5 нанометров в толщину, а это значительно повышает емкость приспособления.



Материалы на основе графена

Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть фото Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть картинку Ионистор что это такое и где применяется. Картинка про Ионистор что это такое и где применяется. Фото Ионистор что это такое и где применяется

Ионистор характеризуется способностью быстрого заряда, гораздо быстрее, чем у традиционной батареи, но он не способен хранить столько же энергии, как батарея, так как имеет более низкую плотность энергии. Повышение эффективности у них достигается благодаря использованию графеновых и углеродных нанотрубок. Они помогут в будущем ионисторам полностью вытеснить электрохимические батареи. Нанотехнология сегодня является источником многих нововведений, особенно в е-мобиле.

Графен увеличивает емкость ионисторов. Этот революционный материал состоит из листов, толщина которых может быть ограничена толщиной атома углерода и атомная структура которого является ультраплотной. Такие характеристики способны заменить кремний в электронике. Пористый сепаратор помещается между двумя электродами. Однако вариации механизма хранения и выбор материала электрода приводят к различным классификациям ионисторов большой емкости:



Технические характеристики

Основными техническими параметрами, на которые следует обратить внимание при ознакомлении с прибором и его покупке, являются следующие:

Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть фото Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть картинку Ионистор что это такое и где применяется. Картинка про Ионистор что это такое и где применяется. Фото Ионистор что это такое и где применяется
Ионисторы вместо АКБ
Важно! Последний параметр крайне важен для изучения. Для его расчета нужно воспользоваться и другими величинами: t — временем разряда в секундах, С — емкостью в фарадах, V1 и V2 — начальным и конечным параметрами диапазона напряжений, а также I — силой тока.


Где применяют ионистор

Зачастую такие приспособления встречаются в схемах и платах различных цифровых девайсов. Нужны они там для создания автономного и резервного источников питания в случае разрядки или отказа основной батареи, а также для других целей. К примеру, от ионистора может питаться оперативная память, микроконтроллеры или электронные часы RTC. Это помогает держать в памяти программы и работать с системными часами даже при отключенном основном питании.

Например, при смене батареек на аудиоплеере он должен быть полностью обесточен, а это стирает все пользовательские настройки в виде любимых частот, громкости (если устройство цифровое) и т. д. Этого не происходит, так как внутри есть ионистор, предотвращающий сброс. Его емкостные характеристики несоизмеримо малы по сравнению с аккумуляторными, но их вполне хватает для поддержания питания основных микросхем в течение пары суток. Обычно за это время человек успевает вставить батарейки, и все продолжает работать, как положено.

Вам это будет интересно Питание галогенных ламп 12 В

Обратите внимание! Что касается самодельных схем, то такие приспособления можно подключать в качестве аварийного или резервного источника электроэнергии для небольших микросхем.

Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть фото Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть картинку Ионистор что это такое и где применяется. Картинка про Ионистор что это такое и где применяется. Фото Ионистор что это такое и где применяется
Элементы для солнечной батареи на основе ионисторов

В промышленных масштабах ионисторы применяются в:

Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть фото Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть картинку Ионистор что это такое и где применяется. Картинка про Ионистор что это такое и где применяется. Фото Ионистор что это такое и где применяется
Аккумуляторные суперконденсаторы

Гибкие устройства на основе полимеров

Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть фото Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть картинку Ионистор что это такое и где применяется. Картинка про Ионистор что это такое и где применяется. Фото Ионистор что это такое и где применяется

Ионистор набирает и сохраняет энергию с высокой скоростью, образуя электрохимические двойные слои зарядов или посредством поверхностных окислительно-восстановительных реакций, что приводит к высокой плотности мощности с длительной циклической стабильностью, низкой стоимостью и защитой окружающей среды. PDMS и ПЭТ являются в основном используемыми субстратами при реализации гибких суперконденсаторов. В случае пленки PDMS может создавать гибкие и прозрачные тонкопленочные ионисторы в часах с высокой циклической стабильностью после 10 000 циклов при изгибе.

Однослойные углеродные нанотрубки могут быть дополнительно включены в пленку PDMS для дальнейшего улучшения механической, электронной и термической стабильности. Аналогичным образом, проводящие материалы, такие как графен и УНТ, также покрываются пленкой ПЭТ для достижения, как высокой гибкости, так и электропроводности. Помимо ПДМС и ПЭТ другие полимерные материалы также привлекают растущие интересы и синтезируются различными методами. Например, локализованное импульсное лазерное облучение использовалось для быстрого преобразования первичной поверхности в электрическую проводящую пористую углеродную структуру с заданной графикой.

Природные полимеры, такие как нетканые материалы из древесных волокон и бумаги, также могут использоваться в качестве подложек, которые являются гибкими и легкими. УНТ наносится на бумагу для получения гибкого УНТ бумажного электрода. Из-за высокой гибкости бумажной подложки и хорошего распределения УНТ удельная емкость и плотность мощности и энергии меняется менее чем на 5% после изгиба на 100 циклов при радиусе изгиба 4,5 мм. Кроме того, из-за более высокой механической прочности и лучшей химической стабильности бактериальные наноцеллюлозные бумаги также используться для изготовления гибких суперконденсаторов, например для кассетного плеера walkman.

Как зарядить ионистор

Для зарядки этого элемента нужен источник питания. Если он имеется в схеме, и прибор работает корректно, то ионистор заряжается сам по себе и поддерживает напряжение, передаваемое от аккумулятора или электрической сети. Если необходимо зарядить приспособление самостоятельно, то подойдет схема, описная ниже.

Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть фото Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть картинку Ионистор что это такое и где применяется. Картинка про Ионистор что это такое и где применяется. Фото Ионистор что это такое и где применяется
Пример подключения для зарядки

Прибор запитывают от 12-вольтного адаптера. Затем используется стабилизатор напряжения и тока для регулирования 5,5 В для зарядки элемента. Это напряжение подается на конденсатор через полевой MOSFET-транзистор, который действует в роли переключателя. Он замыкается только тогда, когда напряжение в ионисторе падает до 4,8 В.

Важно! Если напряжение повышается, то транзистор размыкается, и зарядка прекращается.

Какая полярность ионистора

Эти элементы не обладают характеристикой полярности в силу своих электротехнических свойств. К тому же отсутствие полярности — явный плюс. Иногда производители указывают на своих приспособлениях стрелочки для обозначения полюса или знаки «+» и «-». Это не полярность ионистора, а обозначение полярности остаточного напряжения после первой тестовой зарядки на заводе-изготовителе.

Обратите внимание! Это означает, что после разряда на нагрузку можно припаивать элемент с любыми включениями. На работоспособность схемы это никак не повлияет.

Как сделать ионистор своими руками

Делать ионистор самостоятельно — неэффективная трата времени, но ради эксперимента попробовать можно. Для него нужны две металлические пластинки (обычно это медь), которые плотно прилегают к слою из активированного угля с обеих сторон. Слой угля в равных долях делится тонкой пластинкой диэлектрика. Весь уголь пропитывают электролитами.

Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть фото Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть картинку Ионистор что это такое и где применяется. Картинка про Ионистор что это такое и где применяется. Фото Ионистор что это такое и где применяется
Результат самодеятельности — большой ионистор своими руками

На пластинки заранее припаивают провода, чтобы было через что заряжать. Двойной электрический слой при подаче питания начнет появляться на порах активированного угля. Готовят «начинку» просто: уголь толкут в пыль и смешивают с электролитическим составом до получения консистенции густой каши. Впоследствии ее намазывают на обезжиренные и очищенные пластины.

Вам это будет интересно Как устроен однофазный трансформатор

Историческая справка

В 1957 году ранние версии суперконденсаторов разрабатывались инженерами в General Electric, но они не имели коммерческих приложений из-за низкой эффективности. В 1966 компания Standard Oil случайно при работе над топливными элементами открыла эффект двухслойного конденсатора, который позволял суперконденсатору эффективно функционировать. Компания не стала коммерциализировать изобретение, но получила лицензию на NEC. В 1978 она продала эту технологию как «суперконденсатор» для компьютеров. В СССР впервые EDLC были представлены в 1978 в публикации журнала Радио No 5 серии КИ1— 1с ёмкостью от 0, 2 до 50, 0 Ф.

Первые суперконденсаторы для мощного оборудования были созданы в 1982 PRI Ultracapacitor. Только в 1990 годах был достигнут прогресс в материалах и методах производства, который привёл к повышению производительности и снижению себестоимости ионисторов. Они продолжают развиваться и переходят в промышленную аккумуляторную технологию с использованием специальных электродов и электролита.

Срок службы ионистора

Рассматриваемые элементы обладают достаточно большими сроками службы. К примеру, при номинальном напряжении в 0,6 В прибор может работать до 40 000 ч. При этом за все это время будет наблюдаться лишь незначительное снижение емкости. Предполагаемый срок службы завит от заявленного производителем, но не следует исключать воздействие на ионистор фактора влажности, повышенного напряжения и перепадов температур.

Важно! Обычно указывают сроки для идеальных лабораторных условий.

Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть фото Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть картинку Ионистор что это такое и где применяется. Картинка про Ионистор что это такое и где применяется. Фото Ионистор что это такое и где применяется
Маркировка прибора и указание полярности

Таким образом, в этом материале было разобрано, как сделать ионистор своими руками, и где он нашел свое применение. Эти элементы, изобретенные сравнительно недавно, обсуждали, как источник альтернативной энергии и прорыв, но таковым они не стали. Несмотря на это, область применения их весьма широка.

Сравнение конденсаторов

Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть фото Ионистор что это такое и где применяется. Смотреть картинку Ионистор что это такое и где применяется. Картинка про Ионистор что это такое и где применяется. Фото Ионистор что это такое и где применяется

Ионисторы идеальны, когда требуется быстрая зарядка для удовлетворения краткосрочных потребностей в мощности. Гибридная батарея удовлетворяет обе потребности и снижает напряжение, что обеспечивает более длительный срок службы. В приведенной ниже таблице показано сравнение характеристик и основных материалов в конденсаторах.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *