Mēs ar savām rokām izgatavojam paštaisītu jonistoru - superkondensatoru. Kā hibrīdautomašīnās izmanto superkondensatorus? Dari pats jaudīgs superkondensators

Cilvēki vispirms izmantoja kondensatorus, lai uzglabātu elektrību. Tad, kad elektrotehnika pārsniedza laboratorijas eksperimentus, tika izgudrotas baterijas, kas kļuva par galveno elektroenerģijas uzglabāšanas līdzekli. Bet 21. gadsimta sākumā atkal tiek ierosināts izmantot kondensatorus, lai darbinātu elektroiekārtas. Cik tas ir iespējams un vai baterijas beidzot kļūs par pagātni?

Iemesls, kāpēc kondensatori tika aizstāti ar baterijām, bija ievērojami lielāks elektroenerģijas daudzums, ko tie spēj uzglabāt. Vēl viens iemesls ir tas, ka izlādes laikā spriegums pie akumulatora izejas mainās ļoti maz, tāpēc sprieguma stabilizators vai nu nav nepieciešams, vai arī tas var būt ļoti vienkāršs.

Galvenā atšķirība starp kondensatoriem un baterijām ir tāda, ka kondensatori tieši uzglabā elektrisko lādiņu, bet akumulatori pārvērš elektrisko enerģiju ķīmiskajā enerģijā, uzglabā to un pēc tam pārvērš ķīmisko enerģiju atpakaļ elektroenerģijā.

Enerģijas transformāciju laikā daļa no tās tiek zaudēta. Tāpēc pat labāko akumulatoru efektivitāte ir ne vairāk kā 90%, savukārt kondensatoriem tā var sasniegt 99%. Ķīmisko reakciju intensitāte ir atkarīga no temperatūras, tāpēc akumulatori aukstā laikā darbojas ievērojami sliktāk nekā istabas temperatūrā. Turklāt ķīmiskās reakcijas akumulatoros nav pilnībā atgriezeniskas. Līdz ar to mazais uzlādes-izlādes ciklu skaits (tūkstošiem, visbiežāk akumulatora darbības laiks ir aptuveni 1000 uzlādes-izlādes ciklu), kā arī “atmiņas efekts”. Atgādināsim, ka “atmiņas efekts” ir tāds, ka akumulators vienmēr ir jāizlādē līdz noteiktam uzkrātās enerģijas daudzumam, tad tā jauda būs maksimāla. Ja pēc izlādes tajā paliek vairāk enerģijas, tad akumulatora jauda pakāpeniski samazināsies. "Atmiņas efekts" ir raksturīgs gandrīz visiem komerciāli ražotiem akumulatoru veidiem, izņemot skābos (ieskaitot to šķirnes - želeju un AGM). Lai gan vispārpieņemts, ka litija jonu un litija polimēru akumulatoriem tā nav, patiesībā arī ir, tikai tas izpaužas mazākā mērā nekā citos veidos. Kas attiecas uz skābes akumulatoriem, tiem piemīt plākšņu sulfācijas efekts, kas rada neatgriezeniskus strāvas avota bojājumus. Viens no iemesliem ir tas, ka akumulators ilgstoši saglabājas uzlādes stāvoklī, kas ir mazāks par 50%.

Attiecībā uz alternatīvo enerģiju “atmiņas efekts” un plākšņu sulfācija ir nopietnas problēmas. Fakts ir tāds, ka ir grūti prognozēt enerģijas piegādi no tādiem avotiem kā saules paneļi un vēja turbīnas. Rezultātā akumulatoru uzlāde un izlāde notiek haotiski, neoptimālā režīmā.

Mūsdienu dzīves ritmam absolūti nepieņemami izrādās, ka baterijas jālādē vairākas stundas. Piemēram, kā jūs iedomājaties braukt lielu attālumu ar elektrisko transportlīdzekli, ja izlādējies akumulators vairākas stundas liek jums iestrēgt uzlādes punktā? Akumulatora uzlādes ātrumu ierobežo tajā notiekošo ķīmisko procesu ātrums. Jūs varat samazināt uzlādes laiku līdz 1 stundai, bet ne līdz dažām minūtēm. Tajā pašā laikā kondensatora uzlādes ātrumu ierobežo tikai maksimālā strāva, ko nodrošina lādētājs.

Uzskaitītie akumulatoru trūkumi ir likuši to vietā steidzami izmantot kondensatorus.

Izmantojot elektrisko dubulto slāni

Daudzus gadu desmitus elektrolītiskajiem kondensatoriem bija vislielākā jauda. Tajās viena no plāksnēm bija metāla folija, otra bija elektrolīts, bet izolācija starp plāksnēm bija metāla oksīds, kas pārklāja foliju. Elektrolītiskajiem kondensatoriem jauda var sasniegt faradas simtdaļas, kas nav pietiekami, lai pilnībā nomainītu akumulatoru.

Lielu kapacitāti, ko mēra tūkstošos faradu, var sasniegt ar kondensatoriem, kuru pamatā ir tā sauktais elektriskais dubultais slānis. To darbības princips ir šāds. Elektriskais dubultslānis noteiktos apstākļos parādās vielu saskarsmē cietajā un šķidrajā fāzē. Veidojas divi jonu slāņi ar pretēju zīmju, bet vienāda lieluma lādiņiem. Ja situāciju ļoti vienkāršojam, tad veidojas kondensators, kura “plāksnes” ir norādītie jonu slāņi, kuru attālums ir vienāds ar vairākiem atomiem.

Kondensatorus, kuru pamatā ir šis efekts, dažreiz sauc par jonistoriem. Faktiski šis termins attiecas ne tikai uz kondensatoriem, kuros tiek glabāts elektriskais lādiņš, bet arī uz citām ierīcēm elektroenerģijas uzglabāšanai - ar daļēju elektriskās enerģijas pārvēršanu ķīmiskajā enerģijā kopā ar elektriskā lādiņa uzglabāšanu (hibrīdjonistors), kā arī baterijas, kuru pamatā ir dubults elektriskais slānis (tā sauktie pseidokapacitori). Tāpēc piemērotāks ir termins “superkondensatori”. Dažreiz tā vietā tiek izmantots identisks termins “ultrakondensators”.

Tehniskā realizācija

Superkondensators sastāv no divām aktīvās ogles plāksnēm, kas piepildītas ar elektrolītu. Starp tām ir membrāna, kas ļauj elektrolītam iziet cauri, bet neļauj aktīvās ogles daļiņām fiziski pārvietoties starp plāksnēm.

Jāatzīmē, ka pašiem superkondensatoriem nav polaritātes. Ar to tie būtiski atšķiras no elektrolītiskajiem kondensatoriem, kuriem, kā likums, ir raksturīga polaritāte, kuras neievērošana noved pie kondensatora atteices. Tomēr polaritāte tiek piemērota arī superkondensatoriem. Tas ir saistīts ar faktu, ka superkondensatori atstāj rūpnīcas montāžas līniju jau uzlādēti, un marķējums norāda uz šīs uzlādes polaritāti.

Superkondensatora parametri

Atsevišķa superkondensatora maksimālā jauda, ​​kas sasniegta rakstīšanas laikā, ir 12 000 F. Sērijveidā ražotiem superkondensatoriem tā nepārsniedz 3000 F. Maksimālais pieļaujamais spriegums starp plāksnēm nepārsniedz 10 V. Komerciāli ražotiem superkondensatoriem šis rādītājs parasti ir 2,3 – 2,7 V robežās. Zemam darba spriegumam nepieciešams izmantot sprieguma pārveidotāju ar stabilizatora funkciju. Fakts ir tāds, ka izlādes laikā spriegums uz kondensatora plāksnēm mainās plašā diapazonā. Sprieguma pārveidotāja izveidošana, lai savienotu slodzi un lādētāju, nav triviāls uzdevums. Pieņemsim, ka jums ir nepieciešams darbināt 60 W slodzi.

Lai vienkāršotu jautājuma izskatīšanu, mēs neņemsim vērā zudumus sprieguma pārveidotājā un stabilizatorā. Ja strādājat ar parastu 12 V akumulatoru, tad vadības elektronikai jāspēj izturēt 5 A strāvu. Šādas elektroniskās ierīces ir plaši izplatītas un lētas. Bet pavisam cita situācija rodas, izmantojot superkondensatoru, kura spriegums ir 2,5 V. Tad strāva, kas plūst caur pārveidotāja elektroniskajām sastāvdaļām, var sasniegt 24 A, kas prasa jaunas pieejas ķēžu tehnoloģijā un modernu elementu bāzi. Tieši pārveidotāja un stabilizatora uzbūves sarežģītība var izskaidrot to, ka superkondensatori, kuru sērijveida ražošana sākās 20. gadsimta 70. gados, tikai tagad ir sākuši plaši izmantot dažādās jomās.

Superkondensatorus var pievienot akumulatoriem, izmantojot virknes vai paralēlus savienojumus. Pirmajā gadījumā palielinās maksimālais pieļaujamais spriegums. Otrajā gadījumā - jauda. Maksimālā pieļaujamā sprieguma palielināšana šādā veidā ir viens no problēmas risināšanas veidiem, taču par to būs jāmaksā, samazinot kapacitāti.

Superkondensatoru izmēri dabiski ir atkarīgi no to jaudas. Tipisks superkondensators ar jaudu 3000 F ir cilindrs, kura diametrs ir aptuveni 5 cm un garums 14 cm. Ar jaudu 10 F, superkondensatora izmēri ir salīdzināmi ar cilvēka nagu.

Labi superkondensatori var izturēt simtiem tūkstošu uzlādes-izlādes ciklu, šajā parametrā pārsniedzot baterijas aptuveni 100 reizes. Taču, tāpat kā elektrolītiskie kondensatori, arī superkondensatori saskaras ar novecošanas problēmu pakāpeniskas elektrolīta noplūdes dēļ. Līdz šim nav uzkrāta pilnīga statistika par superkondensatoru atteici šī iemesla dēļ, taču saskaņā ar netiešajiem datiem superkondensatoru kalpošanas laiks ir aptuveni 15 gadi.

Uzkrātā enerģija

Kondensatorā uzkrātās enerģijas daudzums, izteikts džoulos:

kur C ir kapacitāte, kas izteikta farados, U ir spriegums uz plāksnēm, izteikts voltos.

Kondensatorā uzkrātais enerģijas daudzums, kas izteikts kWh, ir:

Tādējādi kondensators ar jaudu 3000 F ar spriegumu starp plāksnēm 2,5 V spēj uzglabāt tikai 0,0026 kWh. Kā to var salīdzināt, piemēram, ar litija jonu akumulatoru? Ja pieņemsim, ka tā izejas spriegums ir neatkarīgs no izlādes pakāpes un vienāds ar 3,6 V, tad litija jonu akumulatorā ar ietilpību 0,72 Ah tiks uzkrāts enerģijas daudzums 0,0026 kWh. Diemžēl ļoti pieticīgs rezultāts.

Superkondensatoru pielietojums

Avārijas apgaismojuma sistēmas ir tādas, kur superkondensatoru izmantošana bateriju vietā rada patiesas atšķirības. Faktiski tieši šim lietojumam ir raksturīga nevienmērīga izlāde. Turklāt ir vēlams, lai avārijas lampa tiktu ātri uzlādēta un tajā izmantotajam rezerves barošanas avotam būtu lielāka uzticamība. Uz superkondensatoru balstītu rezerves barošanas avotu var integrēt tieši T8 LED lampā. Šādas lampas jau ražo vairāki Ķīnas uzņēmumi.

Kā jau minēts, superkondensatoru attīstība lielā mērā ir saistīta ar interesi par alternatīviem enerģijas avotiem. Bet praktiskais pielietojums joprojām ir ierobežots ar LED lampām, kas saņem enerģiju no saules.

Aktīvi attīstās superkondensatoru izmantošana elektroiekārtu iedarbināšanai.

Superkondensatori spēj piegādāt lielu enerģijas daudzumu īsā laika periodā. Iedarbinot elektroiekārtas no superkondensatora, var samazināt maksimālās slodzes elektrotīklā un galu galā samazināt ieslēgšanas strāvas rezervi, tādējādi panākot milzīgu izmaksu ietaupījumu.

Apvienojot akumulatorā vairākus superkondensatorus, varam sasniegt jaudu, kas salīdzināma ar elektromobiļos izmantotajām baterijām. Bet šis akumulators svērs vairākas reizes vairāk nekā akumulators, kas ir nepieņemami transportlīdzekļiem. Problēmu var atrisināt, izmantojot uz grafēna bāzes izgatavotus superkondensatorus, taču tie pašlaik pastāv tikai kā prototipi. Tomēr daudzsološā slavenā Yo-mobile versija, kas tiek darbināta tikai ar elektrību, kā enerģijas avotu izmantos jaunās paaudzes superkondensatorus, kurus izstrādā Krievijas zinātnieki.

Superkondensatori nāks par labu arī akumulatoru nomaiņai parastajos benzīna vai dīzeļa transportlīdzekļos – to izmantošana šādos transportlīdzekļos jau ir realitāte.

Tikmēr par veiksmīgākajiem no realizētajiem superkondensatoru ieviešanas projektiem var uzskatīt jaunos Krievijā ražotos trolejbusus, kas nesen parādījās Maskavas ielās. Pārtraucot sprieguma padevi kontakttīklam vai "aizlidojot" strāvas kolektoriem, trolejbuss ar mazu ātrumu (ap 15 km/h) var braukt vairākus simtus metru līdz vietai, kur tas netraucēs satiksmei. uz ceļa. Enerģijas avots šādiem manevriem ir superkondensatoru baterija.

Kopumā pagaidām superkondensatori var izspiest baterijas tikai noteiktās “nišās”. Taču tehnoloģija strauji attīstās, kas ļauj sagaidīt, ka tuvākajā nākotnē superkondensatoru pielietojuma joma ievērojami paplašināsies.

Aleksejs Vasiļjevs

Prasība samazināt radio komponentu izmērus, vienlaikus palielinot to tehniskos parametrus, izraisīja daudzu ierīču parādīšanos, kuras mūsdienās tiek izmantotas visur. Tas pilnībā ietekmēja kondensatorus. Tā sauktie jonistori vai superkondensatori ir elementi ar lielu jaudu (šī indikatora diapazons ir diezgan plašs no 0,01 līdz 30 faradiem) ar uzlādes spriegumu no 3 līdz 30 voltiem. Turklāt to izmēri ir ļoti mazi. Un tā kā mūsu sarunas tēma ir jonistors, ko dari pats, vispirms ir jāsaprot pats elements, tas ir, kas tas ir.

Jonistora dizaina iezīmes

Būtībā tas ir parasts kondensators ar lielu jaudu. Bet jonistoriem ir augsta pretestība, jo elementa pamatā ir elektrolīts. Šis ir pirmais. Otrais ir zemais uzlādes spriegums. Lieta tāda, ka šajā superkondensatorā plāksnes atrodas ļoti tuvu viena otrai. Tas ir tieši iemesls samazinātam spriegumam, bet tieši šī iemesla dēļ kondensatora kapacitāte palielinās.

Rūpnīcas jonizatori ir izgatavoti no dažādiem materiāliem. Pārsegus parasti izgatavo no folijas, ko atdala sausa viela ar atdalošu efektu. Piemēram, aktivētā ogle (lielām plāksnēm), metālu oksīdi, polimēru vielas, kurām ir augsta elektrovadītspēja.

Jonizatora montāža ar savām rokām

Jonizatora salikšana ar savām rokām nav tā vienkāršākā lieta, taču to joprojām var izdarīt mājās. Ir vairāki modeļi, kuros ir dažādi materiāli. Mēs piedāvājam vienu no tiem. Lai to izdarītu, jums būs nepieciešams:

• metāla kafijas burka (50 g);
• aktivēto ogli, ko pārdod aptiekās, var aizstāt ar sasmalcinātas ogles elektrodiem;
• divi vara plāksnes apļi;
• vate

Pirmkārt, jums ir jāsagatavo elektrolīts. Lai to izdarītu, vispirms aktīvā ogle jāsasmalcina pulverī. Pēc tam pagatavo fizioloģisko šķīdumu, kuram 100 g ūdens jāpievieno 25 g sāls, un visu kārtīgi samaisa. Pēc tam šķīdumam pakāpeniski pievieno aktīvās ogles pulveri. Tās daudzumu nosaka elektrolīta konsistence, tai jābūt tikpat biezai kā tepei.

Pēc tam gatavo elektrolītu uzklāj uz vara apļiem (vienā pusē). Lūdzu, ņemiet vērā, ka jo biezāks ir elektrolīta slānis, jo lielāka ir jonistora jauda. Un vēl viena lieta, uzklātā elektrolīta biezumam uz diviem apļiem jābūt vienādam. Tātad, elektrodi ir gatavi, tagad tie ir jāatdala ar materiālu, kas laiž cauri elektrisko strāvu, bet nelaistu cauri oglekļa pulverim. Šim nolūkam tiek izmantota parasta vate, lai gan šeit ir daudz iespēju. Kokvilnas slāņa biezums nosaka metāla kafijas burkas diametru, tas ir, visai šai elektrodu struktūrai tajā ērti jāiekļaujas. Tādējādi principā jums būs jāizvēlas pašu elektrodu izmēri (vara apļi).

Atliek tikai savienot pašus elektrodus ar spailēm. Tas ir, jonistors, kas izgatavots ar savām rokām un pat mājās, ir gatavs. Šim dizainam nav ļoti lielas jaudas - ne augstāka par 0,3 faradiem, un uzlādes spriegums ir tikai viens volts, taču tas ir īsts jonistors.

Secinājums par tēmu

Ko vēl papildus var teikt par šo elementu? Ja salīdzinām to, piemēram, ar niķeļa-metāla hidrīda akumulatoru, tad jonistors var viegli noturēt elektroenerģijas padevi līdz pat 10% no akumulatora jaudas. Turklāt tā sprieguma kritums notiek lineāri, nevis pēkšņi. Bet elementa uzlādes līmenis ir atkarīgs no tā tehnoloģiskā mērķa.

Jonistors ir kondensators, kura plāksnes ir dubults elektriskais slānis starp elektrodu un elektrolītu. Vēl viens šīs ierīces nosaukums ir superkondensators, ultrakondensators, divslāņu elektroķīmiskais kondensators vai jonikss. Tam ir liela ietilpība, kas ļauj to izmantot kā strāvas avotu.

Superkondensatora ierīce

Jonistora darbības princips ir līdzīgs parastajam kondensatoram, taču šīs ierīces atšķiras pēc izmantotajiem materiāliem. Kā oderējums šādos elementos tiek izmantoti poraini materiāli - aktīvā ogle, kas ir labs vadītājs, vai putoti metāli. Tas ļauj daudzkārt palielināt to laukumu un, tā kā kondensatora kapacitāte ir tieši proporcionāla elektrodu laukumam, tā palielinās tikpat lielā mērā. Turklāt elektrolīts tiek izmantots kā dielektriķis, tāpat kā elektrolītiskajos kondensatoros, kas samazina attālumu starp plāksnēm un palielina kapacitāti. Visizplatītākie parametri ir vairāki faradi ar spriegumu 5-10V.

Jonistoru veidi

Ir vairāki šādu ierīču veidi:

• Ar lieliski polarizējamiem aktīvās ogles elektrodiem. Elektroķīmiskās reakcijas šādos elementos nenotiek. Kā elektrolītu izmanto nātrija hidroksīda (30% KOH), sērskābes (38% H2SO4) vai organisko elektrolītu ūdens šķīdumus;
• Kā viena plāksne tiek izmantots lieliski polarizējams aktīvās ogles elektrods. Otrais elektrods ir vāji vai nepolarizējams (anods vai katods, atkarībā no konstrukcijas);
• Pseidokondensatori. Šajās ierīcēs uz plākšņu virsmas notiek atgriezeniskas elektroķīmiskās reakcijas. Viņiem ir liela ietilpība.

Jonistoru priekšrocības un trūkumi

Šādas ierīces tiek izmantotas bateriju vai akumulatoru vietā. Salīdzinot ar tiem, šādiem elementiem ir priekšrocības un trūkumi.

Superkondensatoru trūkumi:

• zema izlādes strāva kopējos elementos, un konstrukcijas bez šī trūkuma ir ļoti dārgas;
• spriegums ierīces izejā samazinās izlādes laikā;
• īssavienojuma gadījumā lieljaudas elementos ar zemu iekšējo pretestību kontakti izdeg;
• samazināts pieļaujamais spriegums un izlādes ātrums salīdzinājumā ar parastajiem kondensatoriem;
• lielāka pašizlādes strāva nekā akumulatoros.

Ultrakondensatoru priekšrocības:

• lielāks ātrums, uzlādes un izlādes strāva nekā akumulatoros;
• izturība - pārbaudot pēc 100 000 uzlādes/izlādes cikliem, parametru pasliktināšanās netika novērota;
• augsta iekšējā pretestība lielākajā daļā dizainu, novēršot pašizlādes un atteices īssavienojuma laikā;
• ilgs kalpošanas laiks;
• mazāks tilpums un svars;
• bipolaritāte - ražotājs atzīmē "+" un "-", bet tā ir ražošanas testu laikā pielietotā lādiņa polaritāte;
• plašs darba temperatūru diapazons un izturība pret mehāniskām pārslodzēm.

Enerģijas blīvums

Spēja uzkrāt enerģiju superkondensatoros ir 8 reizes mazāka nekā svina akumulatoriem un 25 reizes mazāka nekā litija akumulatoriem. Enerģijas blīvums ir atkarīgs no iekšējās pretestības: jo mazāka tā ir, jo lielāka ir ierīces īpatnējā enerģijas jauda. Zinātnieku jaunākie sasniegumi ļauj radīt elementus, kuru spēja uzkrāt enerģiju ir salīdzināma ar svina akumulatoriem.

2008. gadā Indijā tika izveidots jonistors, kurā plāksnes tika izgatavotas no grafēna. Šī elementa enerģijas intensitāte ir 32 (Wh)/kg. Salīdzinājumam auto akumulatoru enerģijas ietilpība ir 30-40 (Wh)/kg. Šo ierīču paātrinātā uzlāde ļauj tās izmantot elektriskajos transportlīdzekļos.

2011. gadā korejiešu dizaineri radīja ierīci, kurā papildus grafēnam tika izmantots arī slāpeklis. Šis elements nodrošināja divkāršu īpatnējo enerģijas intensitāti.

Atsauce. Grafēns ir 1 atoma biezs oglekļa slānis.

Jonistoru pielietojums

Superkondensatoru elektriskās īpašības tiek izmantotas dažādās tehnoloģiju jomās.

Sabiedriskais transports

Elektrobusus, kuros akumulatoru vietā izmanto jonistori, ražo Hyundai Motor, Trolza, Belkommunmash un daži citi.

Šie autobusi pēc uzbūves ir līdzīgi trolejbusiem bez restēm un tiem nav nepieciešams kontakttīkls. Tās tiek uzlādētas pieturvietās pasažieru izkāpšanas un iekāpšanas laikā vai maršruta beigu punktos 5-10 minūšu laikā.

Ar jonistoriem aprīkotie trolejbusi spēj apiet pārrautas kontaktlīnijas un sastrēgumus un neprasa vadus depo un stāvvietās maršruta galapunktos.

Elektriskās automašīnas

Galvenā elektrisko transportlīdzekļu problēma ir ilgi uzlādes laiki. Ultrakondensators ar lielu uzlādes strāvu un īsu uzlādes laiku ļauj uzlādēt īsas apstāšanās laikā.

Krievijā ir izstrādāts Yo-mobile, kurā kā akumulators tiek izmantots īpaši izveidots jonistors.

Turklāt superkondensatora uzstādīšana paralēli akumulatoram ļauj palielināt elektromotora patērēto strāvu palaišanas un paātrinājuma laikā. Šī sistēma tiek izmantota KERS, Formula 1 automašīnās.

Elektronika

Šīs ierīces tiek izmantotas zibspuldzēs un citās ierīcēs, kurās spēja ātri uzlādēt un izlādēties ir svarīgāka par ierīces izmēru un svaru. Piemēram, vēža detektors uzlādējas 2,5 minūtēs un darbojas 1 minūti. Tas ir pietiekami, lai veiktu izpēti un novērstu situācijas, kad ierīce nedarbojas izlādētu akumulatoru dēļ.

Automašīnu veikalos varat iegādāties jonistorus ar jaudu 1 farads lietošanai paralēli automašīnas radio. Tie izlīdzina sprieguma svārstības dzinēja iedarbināšanas laikā.

DIY jonistors

Ja vēlaties, varat izgatavot superkondensatoru ar savām rokām. Šādai ierīcei būs sliktāki parametri un tā nekalpos ilgi (līdz elektrolīts izžūs), bet sniegs priekšstatu par šādu ierīču darbību kopumā.

Lai ar savām rokām izgatavotu jonistoru, jums ir nepieciešams:

• vara vai alumīnija folija;
• sāls;
• aktīvā ogle no aptiekas;
• vate;
• elastīgi vadi vadiem;
• plastmasas kaste korpusam.

Ultrakondensatora ražošanas procedūra ir šāda:

• sagrieziet divus folijas gabalus tik lielus, lai tie ietilptu kastes apakšā;
• pielodēt vadus pie folijas;
• samitrina ogles ar ūdeni, sasmalcina pulverī un nosusina;
• sagatavo 25% sāls šķīdumu;
• samaisa ogļu pulveri ar sāls šķīdumu līdz pastai;
• samitriniet vate ar sāls šķīdumu;
• uzklājiet pastu plānā, vienmērīgā kārtā uz folijas;
• pagatavo "sviestmaizi": folija ar ogli uz augšu, plāns vates slānis, folija ar kokogli uz leju;
• novietojiet struktūru kastē.

Šādas ierīces pieļaujamais spriegums ir 0,5 V. Kad tas tiek pārsniegts, sākas elektrolīzes process, un jonistors pārvēršas par gāzes akumulatoru.

Interesanti. Ja jūs saliekat vairākas šādas konstrukcijas, darba spriegums palielināsies, bet jauda samazināsies.

Jonistori ir daudzsološas elektriskās ierīces, kas, pateicoties augstajam uzlādes un izlādes ātrumam, var aizstāt parastās baterijas.

Video

Jonistori ir elektroķīmiskas ierīces, kas paredzētas elektroenerģijas uzglabāšanai. Tiem ir raksturīgs liels uzlādes-izlādes ātrums (līdz pat vairākiem desmitiem tūkstošu reižu), tiem ir ļoti ilgs kalpošanas laiks atšķirībā no citiem akumulatoriem (akumulatoriem un galvaniskajiem elementiem), zema noplūdes strāva, un pats galvenais, jonistoriem var būt liela ietilpība un ļoti mazi izmēri. Jonistori tiek plaši izmantoti personālajos datoros, automašīnu radio, mobilajās ierīcēs utt. Paredzēts atmiņas saglabāšanai, kad ir izņemts galvenais akumulators vai ierīce ir izslēgta. Pēdējā laikā jonistori bieži tiek izmantoti autonomās energosistēmās, kurās izmanto saules baterijas.

Jonistori arī uzglabā lādiņu ļoti ilgu laiku, neatkarīgi no laikapstākļiem, tie ir izturīgi pret salu un karstumu, un tas nekādi neietekmēs ierīces darbību. Dažās elektroniskajās shēmās, lai saglabātu atmiņu, ir nepieciešams spriegums, kas ir lielāks par jonistoru spriegumu; lai atrisinātu šo problēmu, jonistori ir savienoti virknē, un, lai palielinātu jonistoru kapacitāti, tie ir savienoti paralēli. Pēdējais pieslēguma veids galvenokārt tiek izmantots, lai palielinātu jonistoru darbības laiku, kā arī palielinātu slodzei pievadīto strāvu, lai līdzsvarotu strāvu paralēlā savienojumā, katram jonistoram tiek pievienots rezistors.

Jonistori bieži tiek izmantoti ar baterijām, un atšķirībā no tiem nebaidās no īssavienojumiem un pēkšņām apkārtējās vides temperatūras izmaiņām. Jau šobrīd tiek izstrādāti speciāli jonistori ar lielu jaudu un strāvu līdz 1 ampēram.Kā zināms, jonistoru strāva, kas mūsdienās tiek izmantota tehnoloģijās atmiņas glabāšanai nepārsniedz 100 miliamperus, tas ir viens un visvairāk nozīmīgs jonistoru trūkums, taču to kompensē iepriekš uzskaitītās jonistoru priekšrocības. Internetā var atrast daudzus dizainus, kuru pamatā ir tā sauktie superkondensatori – tie arī ir jonistori. Jonistori parādījās pavisam nesen - pirms 20 gadiem.

Pēc zinātnieku domām, mūsu planētas elektriskā kapacitāte ir 700 mikrofaradu, salīdziniet ar vienkāršu kondensatoru... Jonistori galvenokārt ir izgatavoti no ogles, kas pēc aktivācijas un īpašas apstrādes kļūst poraina, divas metāla plāksnes tiek cieši piespiestas pret nodalījumu ar ogles. Jonistora izgatavošana mājās ir ļoti vienkārša, taču porainu oglekli iegūt ir gandrīz neiespējami; ogles ir jāapstrādā mājās, un tas ir nedaudz problemātiski, tāpēc vieglāk ir iegādāties jonistoru un ar to veikt interesantus eksperimentus. Piemēram, viena jonistora parametri (jauda un spriegums) ir pietiekami, lai gaismas diode iedegtos spilgti un ilgstoši vai darbotos

Ēdamkarote aktīvās ogles no aptiekas, daži pilieni sālīta ūdens, skārda šķīvis un plastmasas burka ar fotofilmu. Pietiek darīt DIY jonistors, elektriskais kondensators, kura kapacitāte ir aptuveni vienāda ar zemeslodes elektrisko kapacitāti .... Leidenas burka.

Iespējams, ka kāds no amerikāņu laikrakstiem 1777. gadā rakstīja tieši par šādu ierīci: “...Doktors Franklins ir izgudrojis zobu bakstāmā korpusa izmēra mašīnu, kas spēj pārvērst Londonas Svētā Pāvila katedrāli pelnu saujā. ” Tomēr vispirms vispirms.

Cilvēce elektrību izmanto jau nedaudz vairāk kā divus gadsimtus, bet elektriskās parādības cilvēkiem ir zināmas jau tūkstošiem gadu un praktiski sen nav bijušas nozīmīgas. Tikai 18. gadsimta sākumā, kad zinātne kļuva par modernu izklaidi, vācu zinātnieks Otto fon Gēriks speciāli publisku eksperimentu veikšanai radīja “elektroforu” mašīnu, ar kuras palīdzību saņēma elektrību līdz šim nedzirdētā daudzumā.

Mašīna sastāvēja no stikla lodītes, pret kuru griežoties berzējās ādas gabals. Viņas darba efekts bija lielisks: sprakšķēja dzirksteles, neredzami elektriskie spēki norāva dāmām šalles un sacēla matus stāvus. Sabiedrību īpaši pārsteidza ķermeņu spēja uzkrāt elektriskos lādiņus.

1745. gadā holandiešu fiziķis no Leidenes Pīters van Musšenbruks (1692 - 1761) ielēja stikla burkā ūdeni, ielika iekšā stieples gabalu, piemēram, ziedu vāzē, un, uzmanīgi satvēris to ar plaukstām, aiznesa uz elektrofora mašīna. Pudele savāca tik daudz elektrības, ka no stieples gabala ar "apdullinošu rūkoņu" izlidoja spilgta dzirkstele. Nākamajā reizē, kad zinātnieks pieskārās vadam ar pirkstu, viņš saņēma sitienu, no kura viņš zaudēja samaņu; Ja nebūtu asistenta Kuneusa, kurš ieradās laikā, lieta varētu beigties bēdīgi.

Tādējādi tika radīta ierīce, kas spēja uzkrāt miljoniem reižu vairāk lādiņu nekā jebkurš tajā laikā pazīstamais ķermenis. To sauca par "Leidenas burku". Tas bija sava veida kondensators, kura viena no plāksnēm bija eksperimentētāja plaukstas, dielektriķis bija stikla sienas, bet otrā plāksne bija ūdens.

Ziņas par izgudrojumu izplatījās visā apgaismotajā Eiropā. Leidenas burka nekavējoties tika izmantota franču karaļa Luija XV izglītošanai. Sākās priekšnesumi. Vienā no eksperimentiem, kas iegāja vēsturē, elektriskā strāva tika izlaista caur sargu ķēdi, kas sadevās rokās. Kad trāpīja elektriskā izlāde, visi kā viens uzlēca kājās, it kā grasītos maršēt gaisā. Citā eksperimentā strāva tika izlaista caur 700 mūku ķēdi...

Eksperimenti ar Leidenas burku Amerikā ieņēma praktiskāku virzienu. 1747. gadā tās aizsāka viens no ASV dibinātājiem, jau minētais Bendžamins Franklins. Viņam radās ideja ietīt burku skārda folijā, un tās ietilpība palielinājās vairākas reizes, un darbs kļuva drošāks. Eksperimentos ar to Franklins pierādīja, ka elektriskā izlāde var radīt siltumu un paaugstināt dzīvsudraba kolonnu termometrā. Un, nomainot burku ar stikla plāksni, kas pārklāta ar skārda foliju, Franklins saņēma plakanu kondensatoru, daudzkārt vieglāku par pat viņa uzlaboto Leidenas burku.

Vēsture klusē par ierīci, kas spēj uzkrāt tik daudz enerģijas, ka, kā rakstīja laikraksts, ar to varētu "pārvērst Sv. Pāvila katedrāli par pelnu kaudzi", taču tas nenozīmē, ka B. Franklins to nevarēja izveidot. .

Un ir pienācis laiks atgriezties pie tā, kā rīkoties DIY jonistors. Ja esat uzkrājis visu nepieciešamo, nolaidiet skārda plāksni līdz plēves kannas apakšai pēc tam, kad pielodējat tai izolētas stieples gabalu. Virsū uzliek filtrpapīra spilventiņu, uzlej aktīvās ogles kārtu un, uzlejot sālītu ūdeni, pārklāj savu “sviestmaizi” ar citu elektrodu.

Jonistora darbības shēma.

Jums ir elektroķīmiskais kondensators - jonistors. Tas ir interesanti, jo aktīvās ogles daļiņu porās parādās tā sauktais dubultais elektriskais slānis - divi dažādu zīmju elektrisko lādiņu slāņi, kas atrodas tuvu viens otram, tas ir, sava veida elektroķīmiskais kondensators. Attālums starp slāņiem tiek aprēķināts angstromos (1 angstroms - 10-9 m). Un kondensatora kapacitāte, kā zināms, jo lielāka, jo mazāks ir attālums starp plāksnēm.

Pateicoties tam, enerģijas rezerve uz tilpuma vienību dubultā slānī ir lielāka nekā jaudīgākajai sprāgstvielai. Šis Leidenas burka!

Jonistors darbojas šādi. Ja nav ārējā sprieguma, tā jauda ir niecīga. Bet kondensatora poliem pievadītā sprieguma ietekmē tiek uzlādēti blakus esošie ogļu slāņi. Pretējas zīmes joni šķīdumā steidzas pie ogļu daļiņām un veido dubultu elektrisko slāni uz to virsmas.

Rūpnieciskais elektroķīmiskais kondensators (jonistors). Pogas izmēra metāla korpusā ir divi aktīvās ogles slāņi, kas atdalīti ar porainu starpliku.

Shēma, kā to izdarīt DIY jonistors.

Pašdarināta jonistora diagramma, kas izgatavota no plastmasas burkas un aktīvās ogles:

1 - augšējais elektrods;

2 - savienojošie vadi;

3,5 - mitrās aktīvās ogles slāņi;

4 - poraina atdalīšanas blīve;

6 - apakšējais elektrods;

7 - ķermenis.

Ja kondensatora poliem ir pievienota slodze, tad pretēji lādiņi no ogļu daļiņu iekšējās virsmas virzīsies pa vadiem viens pret otru, un joni, kas atrodas to porās, iznāks ārā.

Tas ir viss. tagad jūs saprotat, kā to izdarīt DIY jonistors.

Mūsdienu jonistoru jauda ir desmitiem un simtiem faradu. Izlādējoties, tie spēj attīstīt lielu jaudu un ir ļoti izturīgi. Enerģijas rezerves uz masas un tilpuma vienību ziņā jonistori joprojām ir zemāki par akumulatoriem. Bet, ja aktivēto ogli nomainīsi ar plānākajām oglekļa nanocaurulītēm vai citu elektriski vadošu vielu, jonistoru enerģijas intensitāte var kļūt fantastiski liela.

Bendžamins Franklins dzīvoja laikā, kad par nanotehnoloģiju pat nedomāja, taču tas nenozīmē, ka tās netika izmantotas. Kā ziņoja Nobela prēmijas laureāts ķīmijā Roberts Kirī, izgatavojot asmeņus no Damaskas tērauda, ​​senie amatnieki, paši to nezinot, izmantoja nanotehnoloģiju metodes. Senais damaskas tērauds vienmēr palika ass un izturīgs, pateicoties īpašajam oglekļa sastāvam metāla konstrukcijā.

Franklins varētu izmantot dažus nanomateriālus, piemēram, pārogļotus augu stublājus, kas satur nanocaurules, lai izveidotu superkondensatoru. Cik daudzi no jums saprot, kas tas ir? Leidenas burka, un kurš to mēģinās darīt?