Valmistame oma kätega omatehtud ionistori - superkondensaatori. Kuidas kasutatakse superkondensaatoreid hübriidautodes? Tehke ise võimas superkondensaator

Inimesed kasutasid kõigepealt kondensaatoreid elektri salvestamiseks. Siis, kui elektrotehnika läks laborikatsetest kaugemale, leiutati akud, millest sai peamine elektrienergia salvestamise vahend. Kuid 21. sajandi alguses tehakse taas ettepanek kasutada elektriseadmete toiteks kondensaatoreid. Kui võimalik see on ja kas akud jäävad lõpuks minevikku?

Põhjus, miks kondensaatorid akudega asendati, oli tingitud oluliselt suurematest elektrikogustest, mida nad on võimelised salvestama. Teine põhjus on see, et tühjenemise ajal muutub pinge aku väljundis väga vähe, nii et pinge stabilisaatorit kas pole vaja või see võib olla väga lihtsa konstruktsiooniga.

Peamine erinevus kondensaatorite ja patareide vahel seisneb selles, et kondensaatorid salvestavad otse elektrilaengut, samas kui akud muudavad elektrienergia keemiliseks energiaks, salvestavad selle ja muundavad keemilise energia seejärel tagasi elektrienergiaks.

Energia muundumisel läheb osa sellest kaduma. Seetõttu on isegi parimate akude efektiivsus mitte üle 90%, samas kui kondensaatorite puhul võib see ulatuda 99% -ni. Keemiliste reaktsioonide intensiivsus sõltub temperatuurist, seega toimivad akud külma ilmaga märgatavalt halvemini kui toatemperatuuril. Lisaks ei ole akudes toimuvad keemilised reaktsioonid täielikult pöörduvad. Siit tuleneb ka väike laadimis-tühjenemistsüklite arv (tuhandete suurusjärgus, enamasti on aku eluiga umbes 1000 laadimis-tühjenemistsüklit), aga ka “mäluefekt”. Tuletagem meelde, et "mäluefekt" seisneb selles, et aku tuleb alati tühjendada kuni teatud kogunenud energiani, siis on selle võimsus maksimaalne. Kui pärast tühjenemist jääb sellesse rohkem energiat, väheneb aku maht järk-järgult. "Mäluefekt" on iseloomulik peaaegu kõigile kaubanduslikult toodetud akude tüüpidele, välja arvatud happelised (sealhulgas nende sordid - geel ja AGM). Kuigi üldiselt on aktsepteeritud, et liitium-ioonakudel ja liitium-polümeerakudel seda pole, siis tegelikult on see ka neil, aga see lihtsalt avaldub vähemal määral kui teistel tüüpidel. Mis puutub happeakudesse, siis neil on plaadi sulfatsiooni efekt, mis põhjustab toiteallika pöördumatuid kahjustusi. Üks põhjusi on see, et aku püsib pikka aega laetuses alla 50%.

Seoses alternatiivenergiaga on "mäluefekt" ja plaadi sulfatsioon tõsised probleemid. Fakt on see, et energia tarnimist sellistest allikatest nagu päikesepaneelid ja tuuleturbiinid on raske ennustada. Selle tulemusena toimub akude laadimine ja tühjendamine kaootiliselt, mitteoptimaalses režiimis.

Kaasaegse elurütmi jaoks osutub täiesti lubamatuks, et akusid tuleb laadida mitu tundi. Näiteks, kuidas kujutate ette elektrisõidukiga pikka maad sõitmist, kui tühja aku tõttu olete mitu tundi laadimispunktis kinni? Aku laadimiskiirust piirab selles toimuvate keemiliste protsesside kiirus. Laadimisaega saate lühendada 1 tunnini, kuid mitte mõne minutini. Samal ajal piirab kondensaatori laadimiskiirust ainult laadija poolt antav maksimaalne vool.

Loetletud akude puudused on muutnud kiireloomuliseks hoopis kondensaatorite kasutamise.

Elektrilise topeltkihi kasutamine

Aastakümneid oli elektrolüütkondensaatoritel suurim võimsus. Nendes oli üks plaatidest metallfoolium, teine ​​elektrolüüt ja plaatide vaheliseks isolatsiooniks metalloksiid, mis kattis fooliumi. Elektrolüütkondensaatorite puhul võib võimsus ulatuda sajandikute faraadini, millest aku täielikuks väljavahetamiseks ei piisa.

Suure mahtuvuse, mõõdetuna tuhandetes faraadides, on võimalik saada nn elektrilisel topeltkihil põhinevate kondensaatoritega. Nende tööpõhimõte on järgmine. Tahkes ja vedelas faasis olevate ainete kokkupuutepinnale tekib teatud tingimustel elektriline topeltkiht. Moodustuvad kaks ioonikihti, mille laengud on vastupidised, kuid samas suurusjärgus. Kui olukorda väga lihtsustada, siis moodustub kondensaator, mille “plaadid” on näidatud ioonikihid, mille vaheline kaugus on võrdne mitme aatomiga.

Sellel efektil põhinevaid kondensaatoreid nimetatakse mõnikord ionistoriteks. Tegelikult ei viita see termin mitte ainult kondensaatoritele, milles hoitakse elektrilaengut, vaid ka muid elektrienergia salvestamise seadmeid - elektrienergia osalise muundamisega keemiliseks energiaks koos elektrilaengu salvestamisega (hübriidionistor), samuti elektrienergia salvestamiseks. kahekordsel elektrikihil põhinevad patareid (nn pseudokondensaatorid). Seetõttu on termin "superkondensaatorid" sobivam. Mõnikord kasutatakse selle asemel identset terminit "ultracapacitor".

Tehniline teostus

Superkondensaator koosneb kahest elektrolüüdiga täidetud aktiivsöe plaadist. Nende vahel on membraan, mis laseb elektrolüüdil läbi, kuid takistab aktiivsöeosakeste füüsilist liikumist plaatide vahel.

Tuleb märkida, et superkondensaatoritel endil pole polaarsust. Selle poolest erinevad need põhimõtteliselt elektrolüütkondensaatoritest, mida reeglina iseloomustab polaarsus, mille mittejärgimine põhjustab kondensaatori rikke. Polaarsust rakendatakse aga ka superkondensaatorite puhul. Selle põhjuseks on asjaolu, et superkondensaatorid lahkuvad tehase konveierilt juba laetuna ja märgistus näitab selle laengu polaarsust.

Superkondensaatori parameetrid

Üksiku superkondensaatori maksimaalne võimsus, mis on saavutatud artikli kirjutamise ajal, on 12 000 F. Masstoodanguna toodetud superkondensaatorite puhul ei ületa see 3000 F. Maksimaalne lubatud pinge plaatide vahel ei ületa 10 V. Kaubanduslikult toodetud superkondensaatorite puhul see näitaja jääb reeglina vahemikku 2,3 ​​– 2,7 V. Madala tööpinge korral on vaja kasutada stabilisaatorfunktsiooniga pingemuundurit. Fakt on see, et tühjenemise ajal muutub kondensaatoriplaatide pinge laias vahemikus. Koorma ja laadija ühendamiseks pingemuunduri ehitamine on mittetriviaalne ülesanne. Oletame, et peate toiteallikaks olema 60 W koormus.

Probleemi käsitlemise lihtsustamiseks jätame tähelepanuta pingemuunduri ja stabilisaatori kaod. Kui töötate tavalise 12 V akuga, siis peab juhtelektroonika taluma voolu 5 A. Sellised elektroonikaseadmed on laialt levinud ja odavad. Hoopis teine ​​olukord tekib aga superkondensaatori kasutamisel, mille pinge on 2,5 V. Siis võib muunduri elektroonikakomponente läbiv vool ulatuda 24 A-ni, mis eeldab uudseid lähenemisi vooluringitehnoloogiale ja kaasaegset elemendibaasi. Just muunduri ja stabilisaatori ehitamise keerukus võib seletada tõsiasja, et superkondensaatorid, mille seeriatootmine algas 20. sajandi 70ndatel, hakati alles nüüd laialdaselt kasutama erinevates valdkondades.

Superkondensaatoreid saab ühendada akudesse jada- või paralleelühenduste abil. Esimesel juhul suureneb maksimaalne lubatud pinge. Teisel juhul - võimsus. Maksimaalse lubatud pinge sellisel viisil suurendamine on üks võimalus probleemi lahendamiseks, kuid selle eest peate maksma mahtuvuse vähendamisega.

Superkondensaatorite mõõtmed sõltuvad loomulikult nende võimsusest. Tüüpiline 3000 F võimsusega superkondensaator on umbes 5 cm läbimõõduga ja 14 cm pikkusega silinder, 10 F võimsusega superkondensaatori mõõtmed on võrreldavad inimese küünega.

Head superkondensaatorid taluvad sadu tuhandeid laadimis-tühjenemise tsükleid, ületades selle parameetriga akusid umbes 100 korda. Kuid nagu elektrolüütkondensaatorid, seisavad superkondensaatorid silmitsi vananemisprobleemiga, mis on tingitud elektrolüüdi järkjärgulisest lekkimisest. Seni ei ole kogunenud täielikku statistikat superkondensaatorite sel põhjusel rikete kohta, kuid kaudsetel andmetel võib superkondensaatorite kasutusiga olla hinnanguliselt 15 aastat.

Kogunenud energia

Kondensaatorisse salvestatud energia hulk džaulides:

kus C on mahtuvus, väljendatuna faradides, U on pinge plaatidel, väljendatuna voltides.

Kondensaatorisse salvestatud energia kogus kWh-des on:

Seega suudab 3000 F võimsusega kondensaator, mille plaatidevaheline pinge on 2,5 V, salvestada vaid 0,0026 kWh. Kuidas seda võrrelda näiteks liitiumioonakuga? Kui võtta selle väljundpinge tühjenemisastmest sõltumatuks ja võrduks 3,6 V, siis 0,72 Ah mahutavusega liitiumioonakusse salvestatakse 0,0026 kWh energiat. Paraku väga tagasihoidlik tulemus.

Superkondensaatorite rakendamine

Avariivalgustussüsteemides on superkondensaatorite kasutamine patareide asemel tõeline erinevus. Tegelikult iseloomustab just seda rakendust ebaühtlane tühjenemine. Lisaks on soovitav, et avariilamp saaks kiiresti laetud ja selles kasutatav varutoiteallikas oleks töökindlam. Superkondensaatoril põhineva varutoiteallika saab integreerida otse T8 LED-lampi. Selliseid lampe toodavad juba mitmed Hiina ettevõtted.

Nagu juba märgitud, on superkondensaatorite arendamine suuresti tingitud huvist alternatiivsete energiaallikate vastu. Kuid praktiline rakendus piirdub siiski LED-lampidega, mis saavad energiat päikeselt.

Superkondensaatorite kasutamine elektriseadmete käivitamiseks areneb aktiivselt.

Superkondensaatorid on võimelised lühikese aja jooksul tarnima suures koguses energiat. Elektriseadmete käivitamisel superkondensaatorist toiteallika abil saab vähendada elektrivõrgu tippkoormust ja lõppkokkuvõttes vähendada sisselülitusvoolu marginaali, saavutades tohutu kulude kokkuhoiu.

Kombineerides mitu superkondensaatorit akusse, saame saavutada elektrisõidukites kasutatavate akudega võrreldava võimsuse. Kuid see aku kaalub mitu korda rohkem kui aku, mis on sõidukite jaoks vastuvõetamatu. Probleemi saab lahendada grafeenipõhiste superkondensaatorite abil, kuid praegu eksisteerivad need vaid prototüüpidena. Kuulsa Yo-mobile’i paljutõotav, ainult elektriga töötav versioon hakkab aga kasutama toiteallikana uue põlvkonna superkondensaatoreid, mida arendavad Vene teadlased.

Superkondensaatoritest on kasu ka tavaliste bensiini- või diiselmootoriga sõidukite akude vahetamisel – nende kasutamine sellistes sõidukites on juba reaalsus.

Vahepeal ellu viidud superkondensaatorite kasutuselevõtu projektidest võib edukaimaks pidada hiljuti Moskva tänavatele ilmunud uusi Venemaal toodetud trollibusse. Kontaktvõrgu pingevarustuse katkemisel või voolukollektorite "ära lendumisel" saab trolli sõita väikese kiirusega (umbes 15 km/h) mitusada meetrit kohta, kus see liiklust ei sega. teel. Selliste manöövrite energiaallikaks on superkondensaatorite aku.

Üldiselt suudavad superkondensaatorid praegu akusid tõrjuda ainult teatud "niššides". Kuid tehnoloogia areneb kiiresti, mis võimaldab eeldada, et lähitulevikus laieneb superkondensaatorite kasutusala märkimisväärselt.

Aleksei Vassiljev

Nõue vähendada raadiokomponentide suurust, suurendades samal ajal nende tehnilisi omadusi, tõi kaasa suure hulga seadmeid, mida tänapäeval kasutatakse kõikjal. See mõjutas täielikult kondensaatoreid. Niinimetatud ionistorid või superkondensaatorid on suure võimsusega elemendid (selle indikaatori vahemik on üsna lai vahemikus 0,01 kuni 30 farad), mille laadimispinge on 3 kuni 30 volti. Pealegi on nende suurused väga väikesed. Ja kuna meie vestluse teema on isetegemise ionistor, tuleb kõigepealt mõista elementi ennast, see tähendab, mis see on.

Ionistori disainifunktsioonid

Sisuliselt on see tavaline suure mahutavusega kondensaator. Kuid ionistoritel on suur takistus, kuna element põhineb elektrolüüdil. See on esimene. Teine on madal laadimispinge. Asi on selles, et selles superkondensaatoris asuvad plaadid üksteisele väga lähedal. Just see on pinge alandamise põhjuseks, kuid just sel põhjusel kondensaatori mahtuvus suureneb.

Tehase ionisaatorid on valmistatud erinevatest materjalidest. Katted on tavaliselt valmistatud fooliumist, mis on eraldatud eraldusefektiga kuivainega. Näiteks aktiivsüsi (suurte plaatide jaoks), metallioksiidid, polümeersed ained, millel on kõrge elektrijuhtivus.

Ionisaatori kokkupanek oma kätega

Ionisaatori oma kätega kokkupanek pole just kõige lihtsam, kuid kodus saab seda siiski teha. On mitmeid kujundusi, kus on esindatud erinevad materjalid. Pakume ühte neist. Selleks vajate:

• metallist kohvipurk (50 g);
• apteekides müüdavat aktiivsütt saab asendada purustatud süsiniku elektroodidega;
• kaks vaskplaadi ringi;
• vatt

Kõigepealt peate valmistama elektrolüüdi. Selleks peate esmalt purustama aktiivsöe pulbriks. Seejärel valmistage soolalahus, mille jaoks peate 100 g veele lisama 25 g soola, ja segage kõik hästi. Järgmisena lisatakse lahusele järk-järgult aktiivsöe pulber. Selle koguse määrab elektrolüüdi konsistents, see peaks olema sama paks kui kitt.

Pärast seda kantakse valmis elektrolüüt vasest ringidele (ühel küljel). Pange tähele, et mida paksem on elektrolüüdikiht, seda suurem on ionistori võimsus. Ja veel üks asi, kahele ringile kantud elektrolüüdi paksus peaks olema sama. Niisiis, elektroodid on valmis, nüüd tuleb need eraldada materjaliga, mis läbiks elektrivoolu, kuid ei lase läbi süsinikupulbrit. Selleks kasutatakse tavalist vatti, kuigi siin on palju võimalusi. Puuvillakihi paksus määrab metallist kohvipurgi läbimõõdu ehk kogu see elektroodi struktuur peaks sinna mugavalt ära mahtuma. Seega peate põhimõtteliselt valima elektroodide endi mõõtmed (vasest ringid).

Jääb vaid ühendada elektroodid ise klemmidega. See on kõik, oma kätega ja isegi kodus valmistatud ionistor on valmis. Sellel konstruktsioonil pole väga suurt mahtu - mitte üle 0,3 faradi ja laadimispinge on ainult üks volt, kuid see on tõeline ionistor.

Järeldus teema kohta

Mida saab selle elemendi kohta veel lisaks öelda? Kui võrrelda seda näiteks nikkel-metallhüdriidakuga, siis suudab ionistor hõlpsasti hoida kuni 10% aku võimsusest elektrienergiat. Lisaks toimub selle pingelangus lineaarselt ja mitte järsult. Kuid elemendi laetuse tase sõltub selle tehnoloogilisest eesmärgist.

Ionistor on kondensaator, mille plaadid on kahekordne elektrikiht elektroodi ja elektrolüüdi vahel. Selle seadme teine ​​nimi on superkondensaator, ultrakondensaator, kahekihiline elektrokeemiline kondensaator või ionix. Sellel on suur võimsus, mis võimaldab seda kasutada vooluallikana.

Superkondensaatori seade

Ionistori tööpõhimõte on sarnane tavalise kondensaatoriga, kuid need seadmed erinevad kasutatud materjalide poolest. Sellistes elementides kasutatakse vooderdusena poorseid materjale - aktiivsütt, mis on hea juht, või vahustatud metalle. See võimaldab nende pindala mitu korda suurendada ja kuna kondensaatori mahtuvus on otseselt võrdeline elektroodide pindalaga, suureneb see samal määral. Lisaks kasutatakse elektrolüüti dielektrikuna, nagu elektrolüütkondensaatorites, mis vähendab plaatide vahelist kaugust ja suurendab mahtuvust. Levinumad parameetrid on mitmed faradid pingel 5-10V.

Ionistorite tüübid

Selliseid seadmeid on mitut tüüpi:

• Täiuslikult polariseeritavate aktiivsöe elektroodidega. Elektrokeemilisi reaktsioone sellistes elementides ei toimu. Elektrolüüdina kasutatakse naatriumhüdroksiidi (30% KOH), väävelhappe (38% H2SO4) või orgaaniliste elektrolüütide vesilahuseid;
• Ühe plaadina kasutatakse ideaalselt polariseeritavat aktiivsöe elektroodi. Teine elektrood on nõrgalt või mittepolariseeritav (olenevalt konstruktsioonist anood või katood);
• Pseudokondensaatorid. Nendes seadmetes toimuvad plaatide pinnal pöörduvad elektrokeemilised reaktsioonid. Neil on suur võimsus.

Ionistori eelised ja puudused

Selliseid seadmeid kasutatakse patareide või akude asemel. Nendega võrreldes on sellistel elementidel eelised ja puudused.

Superkondensaatorite puudused:

• tavaliste elementide madal tühjendusvool ja ilma selle puuduseta konstruktsioonid on väga kallid;
• pinge seadme väljundis langeb tühjenemise ajal;
• väikese sisetakistusega suure võimsusega elementide lühise korral põlevad kontaktid läbi;
• vähendatud lubatud pinge ja tühjenemise kiirus võrreldes tavaliste kondensaatoritega;
• suurem isetühjenemisvool kui akudel.

Ultrakondensaatorite eelised:

• suurem kiirus, laadimis- ja tühjendusvool kui akudel;
• vastupidavus - pärast 100 000 laadimis-/tühjenemistsüklit testimisel ei täheldatud parameetrite halvenemist;
• kõrge sisetakistus enamikus konstruktsioonides, vältides isetühjenemist ja rikkeid lühise ajal;
• pikk kasutusiga;
• väiksem maht ja kaal;
• bipolaarsus - tootja märgib "+" ja "-", kuid see on tootmiskatsete ajal rakendatud laengu polaarsus;
• lai valik töötemperatuure ja vastupidavus mehaanilistele ülekoormustele.

Energiatihedus

Võime salvestada energiat superkondensaatorites on 8 korda väiksem kui pliiakudel ja 25 korda väiksem kui liitiumakudel. Energiatihedus sõltub sisetakistusest: mida väiksem see on, seda suurem on seadme erienergiamaht. Teadlaste hiljutised arengud võimaldavad luua elemente, mille energia salvestamise võime on võrreldav pliiakudega.

2008. aastal loodi Indias ionistor, mille plaadid valmistati grafeenist. Selle elemendi energiaintensiivsus on 32 (Wh)/kg. Võrdluseks autoakude energiamahutavus on 30-40 (Wh)/kg. Nende seadmete kiirendatud laadimine võimaldab neid kasutada elektrisõidukites.

2011. aastal lõid Korea disainerid seadme, milles kasutati lisaks grafeenile ka lämmastikku. See element andis kahekordse erienergia intensiivsuse.

Viide. Grafeen on 1 aatomi paksune süsinikukiht.

Ionistorite kasutamine

Superkondensaatorite elektrilisi omadusi kasutatakse erinevates tehnikavaldkondades.

Ühistransport

Elektribusse, mis kasutavad akude asemel ionistore, toodavad Hyundai Motor, Trolza, Belkommunmash ja mõned teised.

Need bussid sarnanevad ehituselt ilma trellideta trollibussidega ega vaja kontaktvõrku. Neid laetakse peatustes reisijate maha- ja pardalemineku ajal või marsruudi lõpp-punktides 5-10 minuti pärast.

Ionistoritega varustatud trollid suudavad mööda minna katkisetest kontaktliinidest ja liiklusummikutest ning ei vaja trassi lõpp-punktides depoodes ja parklates juhtmeid.

Elektriautod

Elektrisõidukite peamine probleem on pikad laadimisajad. Suure laadimisvoolu ja lühikese laadimisajaga ultrakondensaator võimaldab lühikeste seiskamiste ajal laadida.

Venemaal on välja töötatud Yo-mobile, mis kasutab akuna spetsiaalselt loodud ionistorit.

Lisaks võimaldab superkondensaatori paigaldamine paralleelselt akuga suurendada käivitamisel ja kiirendamisel elektrimootori tarbitavat voolu. Seda süsteemi kasutatakse KERS-is, vormel 1 autodes.

Koduelektroonika

Neid seadmeid kasutatakse fotovälkudes ja muudes seadmetes, mille puhul kiire laadimise ja tühjendamise võimalus on olulisem kui seadme suurus ja kaal. Näiteks vähidetektor laeb 2,5 minutiga ja töötab 1 minuti. Sellest piisab, et viia läbi uuringuid ja vältida olukordi, kus seade tühjade akude tõttu ei tööta.

Autopoodidest saate osta ionistore mahuga 1 farad, mida kasutatakse paralleelselt autoraadioga. Need tasandavad pingekõikumisi mootori käivitamisel.

DIY ionistor

Soovi korral saate superkondensaatori oma kätega valmistada. Sellisel seadmel on halvemad parameetrid ja see ei kesta kaua (kuni elektrolüüt kuivab), kuid annab aimu selliste seadmete tööst üldiselt.

Ionistori oma kätega valmistamiseks vajate:

• vask- või alumiiniumfoolium;
• sool;
• aktiivsüsi apteegist;
• vatt;
• juhtmete painduvad juhtmed;
• plastkarp korpuse jaoks.

Ultrakondensaatori tootmisprotseduur on järgmine:

• lõika kaks fooliumitükki nii suureks, et need mahuksid kasti põhjale;
• jootke juhtmed fooliumi külge;
• niisutage kivisütt veega, jahvatage pulbriks ja kuivatage;
• valmistada 25% soolalahus;
• sega söepulber soolalahusega pastaks;
• niisutage vatt soolalahusega;
• kandke pasta õhukese ühtlase kihina fooliumile;
• tee “võileib”: foolium söega üles, õhuke kiht vatti, foolium söega alla;
• asetage struktuur kasti.

Sellise seadme lubatud pinge on 0,5 V. Selle ületamisel algab elektrolüüsiprotsess ja ionistor muutub gaasiakuks.

Huvitav. Kui panete kokku mitu sellist konstruktsiooni, suureneb tööpinge, kuid võimsus langeb.

Ionistorid on paljulubavad elektriseadmed, mis tänu oma suurele laadimis- ja tühjenemiskiirusele suudavad asendada tavapäraseid akusid.

Video

Ionistorid on elektrokeemilised seadmed, mis on ette nähtud elektrienergia salvestamiseks. Neid iseloomustab suur laadimis-tühjenemiskiirus (kuni mitukümmend tuhat korda), erinevalt teistest akudest (laetavad akud ja galvaanilised elemendid) on neil väga pikk kasutusiga, madal lekkevool ja mis kõige tähtsam, ionistoritel on suur mahutavus ja väga väikesed mõõtmed. Ionistoreid kasutatakse laialdaselt personaalarvutites, autoraadios, mobiilseadmetes jne. Mõeldud mälu salvestamiseks, kui põhiaku eemaldatakse või seade on välja lülitatud. Viimasel ajal on ionistoreid sageli kasutatud päikesepatarei kasutavates autonoomsetes elektrisüsteemides.

Ionistorid hoiavad laengut ka väga kaua, olenemata ilmastikuoludest, on külma- ja kuumakindlad ning see ei mõjuta kuidagi seadme tööd. Mõnes elektroonilises vooluringis peab mälu salvestamiseks olema ionistori pingest kõrgem pinge, selle probleemi lahendamiseks ühendatakse ionistorid järjestikku ja ionistori mahtuvuse suurendamiseks paralleelselt. Viimast tüüpi ühendust kasutatakse peamiselt ionistori tööaja suurendamiseks, samuti koormusele antava voolu suurendamiseks, paralleelühenduses voolu tasakaalustamiseks ühendatakse iga ionistori külge takisti.

Ioniste kasutatakse sageli koos patareidega ja erinevalt neist ei karda lühiseid ja ümbritseva õhu temperatuuri järske muutusi. Juba praegu töötatakse välja spetsiaalseid suure võimsusega ja kuni 1 amprise voolutugevusega ionistore.Teatavasti ei ületa tänapäeval mälusalvestustehnoloogias kasutatavate ionistorite vool 100 milliamprit, see on üks ja kõige enam ionistorite oluline puudus, kuid seda kompenseerivad ülaltoodud ionistori eelised. Internetist võib leida palju nn superkondensaatoritel põhinevaid kujundusi – need on ka ionistorid. Ionistorid ilmusid üsna hiljuti - 20 aastat tagasi.

Teadlaste hinnangul on meie planeedi elektriline võimsus 700 mikrofaradi, võrrelda lihtsa kondensaatoriga... Ionistorid on peamiselt valmistatud puusöest, mis pärast aktiveerimist ja eritöötlust muutub poorseks, kaks metallplaati surutakse tihedalt vastu sektsiooni kivisüsi. Ionistori valmistamine kodus on väga lihtne, kuid poorse süsiniku saamine on peaaegu võimatu; peate kodus puusütt töötlema ja see on mõnevõrra problemaatiline, nii et lihtsam on osta ionistorit ja teha sellega huvitavaid katseid. Näiteks piisab ühe ionistori parameetritest (võimsus ja pinge), et LED põleks eredalt ja kauaks või töötaks

Supilusikatäis apteegist pärit aktiivsütt, paar tilka soolavett, plekkplaat ja plastpurk fotofilmi. Piisab teha DIY ionistor, elektriline kondensaator, mille mahtuvus on ligikaudu võrdne maakera elektrilise mahtuvusega .... Leydeni purk.

Võimalik, et üks Ameerika ajalehtedest kirjutas just sellisest seadmest 1777. aastal: „... Dr Franklin on leiutanud hambaorkikorpuse suuruse masina, mis on võimeline muutma Londoni Püha Pauli katedraali peotäieks tuhaks. ” Siiski kõigepealt kõigepealt.

Inimkond on elektrit kasutanud veidi üle kahe sajandi, kuid elektrinähtused on inimestele teada juba aastatuhandeid ning neil pole ammu praktilist tähtsust olnud. Alles 18. sajandi alguses, kui teadusest sai moekas meelelahutus, lõi saksa teadlane Otto von Guericke spetsiaalselt avalike katsete läbiviimiseks mõeldud “elektrofoorilise” masina, mille abil sai elektrit seni ennekuulmatutes kogustes.

Masin koosnes klaaskuulist, mille vastu nahatükk pöörledes hõõrus. Tema töö mõju oli suur: sädemed särisesid, nähtamatud elektrijõud rebisid daamide rätid jalast ja ajasid juuksed püsti. Eriti üllatas avalikkust kehade võime elektrilaenguid koguda.

1745. aastal valas Leidenist pärit hollandi füüsik Pieter van Musschenbroek (1692 - 1761) klaaspurki vee, pani sellesse traadijupi, nagu lille vaasi, ja, hoides seda hoolikalt peopesadega kinni, viis selle elektrofori masin. Pudel kogus nii palju elektrit, et traadijupist lendas "kõrvulukustava mürinaga" välja ere säde. Järgmine kord, kui teadlane traati sõrmega puudutas, sai ta löögi, millest ta kaotas teadvuse; Kui poleks õigel ajal kohale jõudnud assistent Kuneust, oleks asi võinud kurvalt lõppeda.

Nii loodi seade, mis suutis koguda miljoneid kordi rohkem laenguid kui ükski tol ajal tuntud keha. Seda kutsuti "Leydeni purgiks". See oli omamoodi kondensaator, mille üks plaat oli katsetaja peopesad, dielektrik oli klaasseinad ja teine ​​plaat oli vesi.

Uudis leiutisest levis kogu valgustatud Euroopas. Leydeni purki kasutati kohe Prantsuse kuninga Louis XV harimiseks. Etendused algasid. Ühes ajalukku läinud katses juhiti käest kinni hoidvate valvurite ketti läbi elektrivool. Kui elektrilahendus tabas, hüppasid kõik ühena püsti, nagu hakkaksid nad õhku marssima. Teises katses juhiti vool läbi 700 munga ketti...

Ameerikas tehtud katsed Leydeni purgiga võtsid praktilisema suuna. 1747. aastal pani neile alguse üks USA asutajatest, juba mainitud Benjamin Franklin. Tal tekkis mõte pakkida purk plekkfooliumisse ja selle maht suurenes kordades ning töö muutus turvalisemaks. Sellega katsetes tõestas Franklin, et elektrilahendus võib tekitada soojust ja tõsta termomeetri elavhõbedasammast. Ja asendades purgi tinafooliumiga kaetud klaasplaadiga, sai Franklin lame kondensaatori, mis oli kordades kergem isegi tema täiustatud Leydeni purgist.

Ajalugu vaikib seadmest, mis suudab salvestada nii palju energiat, et, nagu ajaleht kirjutas, saaks seda kasutada "Püha Pauluse katedraali tuhahunnikuks muutmiseks", kuid see ei tähenda, et B. Franklin ei saaks seda luua. .

Ja siin on aeg pöörduda tagasi selle juurde, kuidas seda teha DIY ionistor. Kui olete kõik vajaliku varunud, langetage plekkplaat kilepurgi põhja, kui olete selle külge jootnud isoleeritud juhtmejupi. Aseta peale filterpaberi padi, vala sellele kiht aktiivsütt ja peale soolase vee valamist kata oma “võileib” teise elektroodiga.

Ionistori töö skeem.

Teil on elektrokeemiline kondensaator - ionistor. See on huvitav, kuna aktiivsöe osakeste pooridesse tekib nn topeltelektriline kiht - kaks kihti erineva märgiga elektrilaenguid, mis asuvad üksteise lähedal, see tähendab omamoodi elektrokeemiline kondensaator. Kihtide vaheline kaugus arvutatakse angströmides (1 angstrom - 10-9 m). Ja kondensaatori mahtuvus, nagu teada, seda suurem, mida väiksem on plaatide vaheline kaugus.

Tänu sellele on kahekihilises kihis energiavaru mahuühiku kohta suurem kui kõige võimsamal lõhkeainel. See Leydeni purk!

Ionistor töötab järgmiselt. Välise pinge puudumisel on selle võimsus tühine. Kuid kondensaatori poolustele rakendatud pinge mõjul laetakse külgnevad kivisöe kihid. Lahuses olevad vastupidise märgiga ioonid sööstavad söeosakeste juurde ja moodustavad nende pinnale kahekordse elektrikihi.

Tööstuslik elektrokeemiline kondensaator (ionistor). Nööbisuuruses metallkorpuses on kaks kihti aktiivsütt, mis on eraldatud poorse tihendiga.

Skeem, kuidas seda teha DIY ionistor.

Plastpurgist ja aktiivsöest valmistatud omatehtud ionistori skeem:

1 - ülemine elektrood;

2 - ühendusjuhtmed;

3,5 - märja aktiivsöe kihid;

4 - poorne eraldustihend;

6 - alumine elektrood;

7 - keha.

Kui kondensaatori poolustele on ühendatud koormus, siis jooksevad söeosakeste sisepinnalt vastassuunalised laengud mööda juhtmeid üksteise poole ja nende poorides asuvad ioonid väljuvad.

See on kõik. nüüd saate aru, kuidas seda teha DIY ionistor.

Kaasaegsed ionistorid on kümnete ja sadade farade võimsusega. Tühjendatuna on need võimelised arendama suurt võimsust ja on väga vastupidavad. Massiühiku ja ruumalaühiku energiavaru poolest jäävad ionistorid akudele endiselt alla. Kui aga asendada aktiivsüsi kõige õhemate süsiniknanotorude või muu elektrit juhtiva ainega, võib ionistori energiaintensiivsus muutuda fantastiliselt suureks.

Benjamin Franklin elas ajal, mil nanotehnoloogiale isegi ei mõelnud, kuid see ei tähenda, et seda ei kasutatud. Nagu teatas Nobeli keemiapreemia laureaat Robert Curie, kasutasid iidsed käsitöölised Damaskuse terasest terade valmistamisel nanotehnoloogia meetodeid. Iidne damaskiteras püsis alati terav ja vastupidav tänu süsiniku erilisele koostisele metallkonstruktsioonis.

Franklin võiks superkondensaatori loomiseks kasutada teatud tüüpi nanomaterjale, nagu nanotorusid sisaldavad söestunud taimevarred. Kui paljud teist saavad aru, mis see on? Leydeni purk, ja kes proovib seda teha?