Cumpărați un ionistor pentru a porni motorul. Supercondensatori sau ionistori în loc de baterie. Noua tehnologie Yo-mobile. Exemple de instalare de supercondensatoare

Bateriile în jurul construcției „Gigafactoriei de baterii” a lui Elon Musk pentru producția de baterii litiu-ion nu s-a domolit încă, întrucât a apărut un mesaj despre un eveniment care ar putea ajusta semnificativ planurile „revoluționarului miliardar”.
Acesta este un comunicat de presă recent al companiei. Sunvault Energy Inc.., care împreună cu Compania de energie Edison a reușit să creeze cel mai mare supercondensator de grafen din lume, cu o capacitate de 10 mii (!) Farad.
Această cifră este atât de fenomenală încât experții autohtoni sunt în dubiu - în inginerie electrică, chiar și 20 de microfaradi (adică 0,02 milifaradi), aceasta este mult. Cu toate acestea, nu există nicio îndoială - directorul Sunvault Energy este Bill Richardson, fostul guvernator al New Mexico și fost ministru energia SUA. Bill Richardson este o persoană cunoscută și respectată: a servit ca ambasador al SUA la ONU, a lucrat câțiva ani în think tank-ul lui Kissinger și McLarty și pentru succesul său în eliberarea americanilor capturați de militanți în diverse „puncte fierbinți” , a fost chiar nominalizat pentru Premiul Nobel pace. În 2008, a fost unul dintre candidații de la partid democratic la preşedinţia Statelor Unite, dar a lăsat locul lui B. Obama.

Astăzi, Sunvault este în plină expansiune, după ce a format o societate mixtă cu Edison Power Company numită Supersunvault, iar consiliul de administrație al noii firme include nu numai oameni de știință (unul dintre directori este biochimist, altul este un oncolog întreprinzător), ci și oameni faimosi cu bun perspicac pentru afaceri. Remarc că numai în ultimele două luni, compania a mărit de zece ori capacitatea supercondensatorilor săi - de la o mie la 10.000 Farași și promite să o mărească și mai mult, astfel încât energia stocată în condensator să fie suficientă pentru a alimenta întreaga casă. , adică Sunvault este gata să acționeze direct un concurent al lui Elon Musk, care plănuiește să lanseze super baterii de tip Powerwall cu o capacitate de aproximativ 10 kWh.

Avantajele tehnologiei grafen și sfârșitul Gigafactory.

Aici este necesar să ne amintim diferența principală dintre condensatori și baterii - dacă primii se încarcă și se descarcă rapid, dar acumulează puțină energie, atunci bateriile sunt invers. Notă principalele avantaje ale supercondensatorilor cu grafenV.

1. încărcare rapidă Condensatorii se încarcă de aproximativ 100-1000 de ori mai repede decât bateriile.

2. Ieftinătate: dacă bateriile obișnuite litiu-ion costă aproximativ 500 de dolari per 1 kWh de energie stocată, atunci un supercondensator costă doar 100, iar până la sfârșitul anului creatorii promit să reducă costul la 40 de dolari. În compoziția sa, acesta este carbonul obișnuit - unul dintre cele mai comune elemente chimice de pe Pământ.

3. compactitatea şi densitatea energetică şi. Noul supercondensator cu grafen impresionează nu numai prin capacitatea sa fantastică, depășind mostrele cunoscute de aproximativ o mie de ori, ci și prin compactitatea sa - are dimensiunea unei cărți mici, adică de o sută de ori mai compactă decât condensatoarele utilizate în prezent. pe 1 Farad.

4. Siguranța și respectarea mediului. Sunt mult mai sigure decât bateriile care se încălzesc, conțin substanțe chimice periculoase și uneori chiar explodează.Grafenul în sine este o substanță biodegradabilă, adică pur și simplu se dezintegrează la soare și nu strică mediul. Este inactiv din punct de vedere chimic și nu dăunează mediului.

5. Simplitatea noii tehnologii de producere a grafenului. Teritorii și investiții uriașe, masă de muncitori, substanțe otrăvitoare și periculoase utilizate în procesul tehnologic al bateriilor litiu-ion - toate acestea contrastează puternic cu simplitatea uimitoare a noii tehnologii. Cert este că grafenul (adică cel mai subțire film de carbon monoatomic) de la Sunvault se obține... folosind un CD-ROM obișnuit, pe care se toarnă o porțiune de suspensie de grafit. Apoi discul este introdus într-o unitate DVD convențională și ars de un laser conform unui program special - iar stratul de grafen este gata! Se raportează că această descoperire a fost făcută din întâmplare - un student Maher El-Kadi, care a lucrat în laboratorul chimistului Richard Kaner. Apoi a ars discul folosind programul LightScribe, rezultând un strat de grafen.
În plus, potrivit CEO-ului Sunvault, Gary Monahan, la o conferință de pe Wall Street, firma lucrează la dispozitive de stocare a energiei cu grafen și ar putea fi produse prin imprimare convențională pe o imprimantă 3D- și acest lucru va face producția lor nu numai ieftină, ci și practic accesibilă publicului. Iar atunci când sunt combinați cu panouri solare cu costuri reduse (astazi reduse la 1,3 USD per watt), supercondensatorii cu grafen vor oferi milioanelor de oameni șansa de a deveni independenți energetic prin deconectarea completă de la rețeaua electrică și chiar mai mult - să devină ei înșiși furnizori de energie electrică și , prin distrugerea „monopolurilor naturale.
Astfel, nu există nicio îndoială: grafen supercondensatorii sunt descoperire revoluționară în stocarea energiei și . Și aceasta este o veste proastă pentru Elon Musk - construcția unei fabrici în Nevada îl va costa aproximativ 5 miliarde de dolari, ceea ce nu ar fi ușor de „recapturat” chiar și fără astfel de concurenți. Se pare că, dacă construcția uzinei din Nevada este deja în curs de desfășurare și probabil că va fi finalizată, atunci celelalte trei pe care le-a planificat Musk este puțin probabil să fie așezate.

Acces pe piata? Nu de îndată ce ne-am dori.

Natura revoluționară a acestei tehnologii este evidentă. Un alt lucru nu este clar - când va intra pe piață? Deja astăzi, proiectul voluminos și scump Gigafactory al lui Elon Musk arată ca un dinozaur al industrialismului. Cu toate acestea, oricât de revoluționară, necesară și prietenoasă cu mediul ar fi o nouă tehnologie, asta nu înseamnă că va ajunge la noi într-un an sau doi. Lumea capitalului nu poate evita frământările financiare, dar reușește destul de mult să le evite pe cele tehnologice. În astfel de cazuri, încep să funcționeze acordurile din culise între marii investitori și actori politici. Merită să reamintim că Sunvault este o companie situată în Canada, iar în consiliul de administrație sunt incluse persoane care, deși au legături extinse în elita politică a Statelor Unite, încă nu fac parte din nucleul său petrodolar, care este mai mult sau mai puțin. clar luptat împotriva.Se pare că a început deja.
Ceea ce este cel mai important pentru noi este Oportunități deschise de tehnologiile energetice emergente: independență energetică pentru țară, iar în viitor - pentru fiecare dintre cetățenii săi. Desigur, supercondensatorii cu grafen sunt mai mult o tehnologie „hibridă”, de tranziție; nu vă permite să obțineți direct energie, spre deosebire de tehnologii magneto-gravitaționale care promit să schimbe complet însăși paradigma științifică și chipul întregii lumi. În cele din urmă, există tehnologii financiare revolutionare care sunt de fapt tabuizate de mafia globală a petrodolarului. Totuși, aceasta este o descoperire foarte impresionantă, cu atât mai interesantă cu cât se întâmplă în „biharul fiarei petrodolarului” - în Statele Unite.
Cu doar șase luni în urmă, am scris despre succesul italienilor în tehnologia fuziunii la rece, dar în acest timp am aflat despre tehnologia impresionantă LENR a companiei americane SolarTrends și descoperirea germanului Gaya-Rosch, iar acum despre adevăratul tehnologie revoluționară de stocare a grafenului. Chiar și această scurtă listă arată că problema nu este că guvernului nostru, sau oricărui alt guvern, îi lipsește capacitatea de a reduce facturile pe care le primim la gaz și electricitate, sau chiar calculul netransparent al tarifelor.
Rădăcina răului se află în ignoranța celor care plătesc facturile și lipsa de dorință de a schimba ceva în cei care le emit. . Doar pentru locuitorii energiei I, aceasta este electricitate. În realitate, energia este putere.

Publicația științifică Science a raportat despre o descoperire tehnologică realizată de oamenii de știință australieni în domeniul creării de supercondensatori.

Angajații Universității Monash, cu sediul în Melbourne, au reușit să schimbe tehnologia de producție a supercondensatorilor din grafen, astfel încât producția să fie produse cu o atractivitate comercială mai mare decât analogii existenți anterior.

Experții vorbesc de multă vreme despre calitățile magice ale supercondensatorilor pe bază de grafen, iar testele în laboratoare au dovedit în mod repetat că aceștia sunt mai buni decât cei convenționali. Astfel de condensatoare cu prefixul „super” îi așteaptă pe creatorii de electronice moderne, companiile de automobile și chiar pe constructorii de surse alternative de energie.

Ciclul de viață uriaș, precum și capacitatea supercondensatorului de a se încărca în cel mai scurt timp posibil, permit proiectanților să rezolve probleme complexe de proiectare cu ajutorul lor diferite dispozitive. Dar până la acel moment, indicatorul scăzut al energiei lor specifice a stat în calea marșului triumfal al condensatorilor cu grafen. În medie, un ionistor sau un supercondensator avea un indice de energie specific de ordinul 5–8 W*h/kg, ceea ce, pe fondul descărcării rapide, a făcut ca produsul grafen să fie dependent de necesitatea de a asigura reîncărcare foarte des.

Personalul australian de la Departamentul de Cercetare pentru Ingineria Materialelor din Melbourne, condus de profesorul Dan Lee, a reușit să crească de 12 ori densitatea specifică de energie a unui condensator cu grafen. Acum această cifră pentru noul condensator este de 60Wh/kg, iar acesta este deja un motiv pentru a vorbi despre o revoluție tehnică în acest domeniu. Inventatorii au reușit să depășească, de asemenea, problema descărcării rapide a supercondensatorului cu grafen, asigurându-se că acum se descarcă mai lent decât chiar și o baterie standard.

O descoperire tehnologică i-a ajutat pe oamenii de știință să obțină un rezultat atât de impresionant: au luat o peliculă adaptivă de gel de grafen și au creat un electrod foarte mic din el. Inventatorii au umplut spațiul dintre foile de grafen cu un electrolit lichid, astfel încât între ele sa format o distanță subnanometru. Un astfel de electrolit este prezent și în condensatoarele convenționale, unde acționează ca un conductor de electricitate. Aici, el a devenit nu numai un conductor, ci și o barieră în calea contactului dintre foile de grafen. Această mișcare a făcut posibilă obținerea unei densități mai mari a condensatorului, menținând în același timp structura poroasă.

Același electrod compact a fost creat folosind o tehnologie familiară producătorilor de hârtie, cunoscută tuturor. Această metodă este destul de ieftină și simplă, ceea ce face posibil să fii optimist cu privire la posibilitatea producției comerciale de noi supercondensatori.

Jurnaliştii s-au grăbit să asigure lumea că omenirea a fost stimulată să dezvolte dispozitive electronice complet noi. Inventatorii înșiși, prin gura profesorului Lee, au promis că vor ajuta supercondensatorul cu grafen să depășească foarte repede calea de la laborator la fabrică.

Ne place sau nu, era mașinilor electrice se apropie în mod constant. Și în prezent, o singură tehnologie împiedică descoperirea și captarea pieței de către vehiculele electrice, tehnologia de stocare a energiei electrice și. În ciuda tuturor realizărilor oamenilor de știință în această direcție, majoritatea mașinilor electrice și hibride au baterii litiu-ion în design. baterii reîncărcabile, care au lor pozitive și laturile negative, și poate oferi un kilometraj al vehiculului cu o singură taxă doar pentru o distanță scurtă, suficient doar pentru deplasarea în interiorul orașului. Toți principalii producători auto din lume înțeleg această problemă și caută modalități de a crește eficiența vehiculelor electrice, ceea ce va crește raza de deplasare cu o singură încărcare a bateriei.

O modalitate de a îmbunătăți eficiența mașinilor electrice este colectarea și reutilizarea energiei și aceasta se transformă în căldură atunci când mașina frânează și când mașina trece peste denivelările de pe suprafața drumului. Au fost deja dezvoltate metode pentru a recupera o astfel de energie și, dar eficiența colectării și reutilizarii acesteia este extrem de scăzută datorită vitezei reduse a bateriilor. Timpii de decelerare sunt de obicei în secunde și acest lucru este prea rapid pentru bateriile care durează ore să se încarce. Prin urmare, pentru acumularea de energie „rapidă”, sunt necesare alte abordări și dispozitive de stocare, al căror rol este cel mai asemănător cu condensatoarele de mare capacitate, așa-numitele supercondensatoare.

Din păcate, supercondensatorii nu sunt încă pregătiți să meargă pe „drumul mare”, în ciuda faptului că sunt capabili să se încarce și să se descarce rapid, capacitatea lor este încă relativ scăzută. În plus, fiabilitatea supercondensatoarelor lasă, de asemenea, mult de dorit, materialele folosite în electrozii supercondensatorilor sunt constant distruse ca urmare a ciclurilor repetate de încărcare-descărcare. Și acest lucru este greu de acceptat, având în vedere că pe întreaga durată de viață a unei mașini electrice, numărul de cicluri de funcționare a supercondensatorului ar trebui să fie de multe milioane de ori.

Santhakumar Kannappan și un grup de colegi de la Institutul de Știință și Tehnologie din Gwangju, Coreea, au o soluție la problema de mai sus, bazată pe unul dintre cele mai uimitoare materiale ale timpului nostru - grafenul. Cercetătorii coreeni au dezvoltat și fabricat prototipuri de supercondensatoare pe bază de grafen foarte eficienți, care au parametri capacitivi care nu sunt inferiori celor ai bateriilor litiu-ion, dar care sunt capabili să acumuleze și să elibereze încărcătura electrică foarte rapid. În plus, chiar și prototipurile de supercondensatoare cu grafen sunt capabile să reziste la multe zeci de mii de cicluri de funcționare fără a-și pierde caracteristicile.
Trucul care a făcut posibilă obținerea unor astfel de performanțe impresionante este obținerea unei forme speciale de grafen, care are o suprafață efectivă uriașă. Cercetătorii au obținut această formă de grafen amestecând particule de oxid de grafen cu hidrazină în apă și zdrobindu-l pe toate folosind ultrasunete. Pulberea de grafen rezultată a fost ambalată în tablete în formă de disc și uscată la o temperatură de 140 de grade Celsius și o presiune de 300 kg/cm timp de cinci ore.

Materialul rezultat s-a dovedit a fi foarte poros; pentru un gram dintr-un astfel de material grafen, aria sa efectivă corespunde suprafeței unui teren de baschet. În plus, natura poroasă a acestui material permite lichidului electrolitic ionic EBIMF 1 M să umple complet întregul volum al materialului, ceea ce duce la o creștere a capacității electrice a supercondensatorului.

Măsurarea caracteristicilor supercondensatorilor experimentali a arătat că capacitatea lor electrică este de aproximativ 150 Faradi pe gram, densitatea de stocare a energiei este de 64 wați pe kilogram, iar densitatea curentului electric este de 5 amperi pe gram. Toate aceste caracteristici sunt comparabile cu cele ale bateriilor litiu-ion, care au o densitate de stocare a energiei de 100 până la 200 de wați pe kilogram. Dar acești supercondensatori au un avantaj imens, pot încărca complet sau pot renunța la toată încărcarea acumulată în doar 16 secunde. Și de data aceasta este cea mai mare timp rapidîncărcare-descărcare astăzi.

Acest set de caracteristici impresionante, plus tehnologia simplă de fabricație a supercondensatorilor cu grafen, ar putea justifica afirmația cercetătorilor, care au scris că „dispozitivele lor de stocare a energiei cu supercondensatori grafen sunt gata pentru producția în masă chiar acum și pot apărea în următoarele generații de mașini electrice. ."

O echipă de oameni de știință de la Universitatea Rice și-a adaptat metoda de producție a grafenului asistată cu laser pentru a face electrozi de supercondensator.

De la descoperirea sa, grafenul, o formă de carbon cu grosimea unui atom, a fost considerat, printre altele, ca o alternativă la electrozii de cărbune activat utilizați în supercondensatoare, condensatoare de mare capacitate, cu curenți de scurgere inerenți mici. Dar timpul și cercetările au arătat că electrozii de grafen nu funcționează mult mai bine decât electrozii microporoși de cărbune activ, iar acest lucru a dus la o scădere a entuziasmului și la limitarea unui număr de studii.

Cu toate acestea, electrozi de grafen au unele avantaje incontestabile față de electrozii de carbon poros.

Supercondensatoare cu grafen poate funcționa la frecvențe mai mari, iar flexibilitatea grafenului face posibilă crearea de dispozitive de stocare a energiei extrem de subțiri și flexibile pe baza acestuia, care sunt perfect potrivite pentru utilizarea în electronice portabile și flexibile.

Cele două avantaje menționate mai sus ale supercondensatorilor cu grafen au condus la cercetări suplimentare de către o echipă de oameni de știință de la Universitatea Rice. Ei și-au adaptat metoda de producere a grafenului folosind un laser pentru a face electrozi de supercondensator.

„Ceea ce am reușit să realizăm este comparabil cu performanța micro-supercondensatorilor care sunt disponibili pe piața electronică”, spune James Tour, un om de știință care a condus echipa de cercetare. „Cu metoda noastră, putem obține supercondensatori care au orice formă spațială. Când trebuie să împachetăm electrozi de grafen într-o zonă destul de mică, îi pliem ca pe o bucată de hârtie.”

Pentru producerea de electrozi de grafen, oamenii de știință au folosit metoda laser(grafem indus de laser, LIG), în care un fascicul laser de mare putere este îndreptat către o țintă realizată dintr-un material polimeric ieftin.

Parametrii luminii laser sunt aleși în așa fel încât să ardă toate elementele din polimer, cu excepția carbonului, care se formează sub forma unui film poros de grafen. Acest grafen poros, după cum au arătat studiile, are o suprafață efectivă suficient de mare, ceea ce îl face un material ideal pentru electrozii de supercondensator.

Ceea ce face descoperirile grupului Rice atât de convingătoare este ușurința de a produce grafen poros.

„Electrozii de grafen sunt foarte ușor de fabricat. Nu necesită o cameră curată, iar procesul utilizează lasere industriale convenționale care funcționează cu succes în podelele fabricii și chiar în aer liber”, spune James Tour.

Pe lângă ușurința producției, supercondensatorii cu grafen au demonstrat performanțe foarte impresionante. Aceste dispozitive de stocare a energiei au rezistat la mii de cicluri de încărcare-descărcare fără pierderi de capacitate electrică. Mai mult, capacitatea electrică a unor astfel de supercondensatoare a rămas practic neschimbată după ce supercondensatorul flexibil a fost deformat de 8.000 de ori la rând.

„Am demonstrat că tehnologia pe care am dezvoltat-o ​​permite producerea de supercondensatori subțiri și flexibili care pot deveni componente electronice flexibile sau surse de alimentare pentru electronice portabile care pot fi încorporate direct în îmbrăcăminte sau articole de zi cu zi”, a spus James Tour.

Oamenii au folosit mai întâi condensatori pentru a stoca electricitate. Apoi, când ingineria electrică a depășit experimentele de laborator, au fost inventate bateriile, care au devenit principalul mijloc de stocare a energiei electrice. Dar, la începutul secolului al XXI-lea, se propune din nou utilizarea condensatoarelor pentru alimentarea echipamentelor electrice. Cât de posibil este acest lucru și vor deveni în sfârșit un lucru din trecut?

Motivul pentru care condensatorii au fost înlocuiți de baterii s-a datorat cantităților mult mai mari de energie electrică pe care acestea sunt capabile să le stocheze. Un alt motiv este că la descărcare, tensiunea la ieșirea bateriei se modifică foarte puțin, astfel încât un stabilizator de tensiune fie nu este necesar, fie poate avea un design foarte simplu.

Principala diferență dintre condensatori și baterii este că condensatoarele stochează direct sarcina electrică, în timp ce bateriile convertesc energia electrică în energie chimică, o stochează și apoi transformă energia chimică înapoi în energie electrică.

Când energia este convertită, o parte din ea se pierde. Prin urmare, chiar și cele mai bune baterii au o eficiență de cel mult 90%, în timp ce la condensatoare poate ajunge la 99%. Intensitatea reacțiilor chimice depinde de temperatură, așa că bateriile funcționează considerabil mai rău pe vreme rece decât la temperatura camerei. În plus, reacțiile chimice din baterii nu sunt complet reversibile. De aici și numărul mic de cicluri de încărcare-descărcare (de ordinul a câteva mii, cel mai adesea durata de viață a bateriei este de aproximativ 1000 de cicluri de încărcare-descărcare), precum și „efectul de memorie”. Amintiți-vă că „efectul de memorie” este că bateria trebuie să fie întotdeauna descărcată la o anumită cantitate de energie acumulată, atunci capacitatea sa va fi maximă. Dacă, după descărcare, rămâne mai multă energie în el, atunci capacitatea bateriei va scădea treptat. „Efectul de memorie” este caracteristic pentru aproape toate tipurile de baterii disponibile în comerț, cu excepția celor acide (inclusiv soiurile lor - gel și AGM). Deși este general acceptat că nu este caracteristic bateriilor litiu-ion și litiu-polimer, de fapt și ele îl au, pur și simplu se manifestă într-o măsură mai mică decât la alte tipuri. În ceea ce privește bateriile acide, efectul de sulfatare a plăcilor se manifestă în acestea, provocând daune ireversibile sursei de alimentare. Unul dintre motive este rămânerea îndelungată a bateriei într-o stare de încărcare mai mică de 50%.

În ceea ce privește energia alternativă, „efectul de memorie” și sulfatarea plăcii sunt probleme serioase. Faptul este că aprovizionarea cu energie din surse precum panourile solare și morile de vânt este greu de prevăzut. Ca urmare, încărcarea și descărcarea bateriilor au loc haotic, într-un mod neoptimal.

Pentru ritmul modern al vieții, este absolut inacceptabil ca bateriile să fie încărcate timp de câteva ore. De exemplu, cum vă imaginați că conduceți o distanță lungă într-o mașină electrică dacă o baterie descărcată vă va face să așteptați câteva ore la un punct de încărcare? Rata de încărcare a unei baterii este limitată de viteza proceselor chimice care au loc în ea. Puteți reduce timpul de încărcare la 1 oră, dar nu la câteva minute. În același timp, rata de încărcare a condensatorului este limitată doar de curentul maxim pe care îl poate furniza încărcătorul.

Dezavantajele enumerate ale bateriilor au făcut ca este relevantă utilizarea condensatoarelor.

Folosind un strat dublu electric

Timp de multe decenii, condensatoarele electrolitice au avut cea mai mare capacitate. În ele, una dintre plăci era o folie metalică, cealaltă era un electrolit, iar izolația dintre plăci era oxid metalic, care acoperea folia. Pentru condensatoarele electrolitice, capacitatea poate ajunge la sutimi de farad, ceea ce nu este suficient pentru a înlocui complet bateria.

Comparația modelelor diferitelor tipuri de condensatoare (Sursa: Wikipedia)

Capacitatea mare, măsurată în mii de faradi, vă permite să obțineți condensatoare bazate pe așa-numitul strat electric dublu. Principiul muncii lor este următorul. Un strat electric dublu ia naștere în anumite condiții la limita substanțelor în faza solidă și lichidă. Se formează două straturi de ioni cu sarcini de semn opus, dar de aceeași mărime. Dacă simplificăm foarte mult situația, atunci se formează un condensator, ale cărui „plăci” sunt straturile indicate de ioni, distanța dintre care este egală cu mai mulți atomi.

Supercondensatoare de diferite capacități fabricate de Maxwell

Condensatoare bazate pe acest efect, sunt uneori numiți ionistori. De fapt, acest termen se aplică nu numai condensatoarelor în care este stocată o sarcină electrică, ci și altor dispozitive pentru stocarea energiei electrice - cu o conversie parțială a energiei electrice în energie chimică împreună cu conservarea unei sarcini electrice (ionistor hibrid), precum și pentru bateriile pe bază de dublu strat electric (așa-numitii pseudocondensatori). Prin urmare, termenul „supercondensatori” este mai potrivit. Uneori se folosește în schimb termenul identic „ultracondensator”.

Implementare tehnica

Supercondensatorul este format din două plăci de cărbune activ, umplute cu electrolit. Între ele se află o membrană, care permite trecerea electrolitului, dar împiedică mișcarea fizică a particulelor de cărbune activ între plăci.

Trebuie remarcat faptul că supercondensatorii în sine nu au polaritate. În acest sens, ele sunt fundamental diferite de condensatoarele electrolitice, care, de regulă, sunt caracterizate de polaritate, nerespectarea căreia duce la defectarea condensatorului. Cu toate acestea, polaritatea se aplică și supercondensatorilor. Acest lucru se datorează faptului că supercondensatorii părăsesc linia de asamblare din fabrică deja încărcată, marcajul înseamnă polaritatea acestei încărcări.

Parametrii supercondensatorilor

Capacitatea maximă a unui singur supercondensator, atinsă în momentul scrierii, este de 12.000 F. Pentru supercondensatoarele produse în masă, aceasta nu depășește 3.000 F. Tensiunea maximă admisă între plăci nu depășește 10 V. Pentru supercondensatoarele produse în masă , acest indicator, de regulă, se află în intervalul 2, 3 - 2,7 V. Tensiunea scăzută de funcționare necesită utilizarea unui convertor de tensiune cu funcție de stabilizator. Faptul este că în timpul descărcării, tensiunea de pe plăcile condensatorului variază într-o gamă largă. Construirea unui convertor de tensiune pentru a conecta sarcina și încărcător sunt o sarcină nebanală. Să presupunem că trebuie să alimentați o sarcină cu o putere de 60 W.

Pentru a simplifica luarea în considerare a problemei, neglijăm pierderile în convertorul de tensiune și stabilizatorul. În cazul în care lucrați cu o baterie convențională cu o tensiune de 12 V, atunci electronica de control trebuie să reziste la un curent de 5 A. Astfel de dispozitive electronice sunt răspândite și ieftine. Dar o situație complet diferită se dezvoltă atunci când se folosește un supercondensator, a cărui tensiune este de 2,5 V. Apoi, curentul care circulă prin componentele electronice ale convertorului poate ajunge la 24 A, ceea ce necesită noi abordări ale circuitelor și o bază de element modern. Complexitatea construcției convertorului și stabilizatorului este cea care poate explica faptul că supercondensatorii, a căror producție în serie a fost începută în anii 70 ai secolului XX, au devenit abia acum utilizate pe scară largă în diferite domenii.

Schema schematică a unei surse de alimentare neîntreruptibile
tensiune pe supercondensatoare, componentele principale sunt implementate
pe un singur microcircuit fabricat de LinearTechnology

Supercondensatorii pot fi conectați la baterii folosind o conexiune în serie sau paralelă. În primul caz, tensiunea maximă admisă crește. În al doilea caz - capacitatea. Creșterea tensiunii maxime admisibile în acest fel este o modalitate de a rezolva problema, dar va trebui să plătiți pentru aceasta cu o scădere a capacității.

Dimensiunile supercondensatoarelor depind în mod natural de capacitatea lor. Un supercondensator tipic de 3000 F este un cilindru cu diametrul de aproximativ 5 cm și lungimea de 14 cm. La 10 F, supercondensatorul are aproximativ dimensiunea unei unghii umane.

Supercondensatorii buni sunt capabili să reziste la sute de mii de cicluri de încărcare-descărcare, depășind bateriile în acest parametru de aproximativ 100 de ori. Dar, ca și condensatorii electrolitici, supercondensatorii se confruntă cu problema îmbătrânirii din cauza scurgerii treptate a electrolitului. Până în prezent, nu s-a acumulat nicio statistică completă a defecțiunii supercondensatoarelor din acest motiv, dar, conform datelor indirecte, durata de viață a supercondensatorilor poate fi estimată la aproximativ 15 ani.

Energie stocată

Cantitatea de energie stocată într-un condensator, exprimată în jouli:

E=CU2/2,
unde C este capacitatea, exprimată în faradi, U este tensiunea de pe plăci, exprimată în volți.

Cantitatea de energie stocată în condensator, exprimată în kWh, este:

W = CU 2 /7200000

Prin urmare, un condensator cu o capacitate de 3000 F cu o tensiune între plăci de 2,5 V este capabil să stocheze doar 0,0026 kWh. Cum poate fi corelat acest lucru, de exemplu, cu o baterie litiu-ion? Dacă luăm tensiunea de ieșire independentă de gradul de descărcare și egală cu 3,6 V, atunci cantitatea de energie 0,0026 kWh va fi stocată într-o baterie litiu-ion cu o capacitate de 0,72 Ah. Din păcate, un rezultat foarte modest.

Aplicarea supercondensatorilor

Sistemele de iluminat de urgență sunt în cazul în care utilizarea supercondensatoarelor în loc de baterii este un mare câștig. De fapt, pentru această aplicație este caracteristică descărcarea neuniformă. În plus, este de dorit ca corpul de iluminat de urgență să fie încărcat rapid și ca sursa de alimentare de rezervă utilizată în el să fie mai fiabilă. O sursă de alimentare de rezervă supercapacitor poate fi integrată direct în lampa cu LED T8. Astfel de lămpi sunt deja produse de o serie de firme chineze.

Downlight cu LED la pământ alimentat
din panouri solare, stocare energie
în care se realizează într-un supercondensator

După cum sa menționat deja, dezvoltarea supercondensatorilor este în mare măsură asociată cu interesul pentru sursele alternative de energie. Dar aplicarea practică este încă limitată la lămpile LED care primesc energie de la soare.

O astfel de direcție precum utilizarea supercondensatorilor pentru pornirea echipamentelor electrice se dezvoltă activ.

Supercondensatorii sunt capabili să furnizeze cantități mari de energie într-o perioadă scurtă de timp. Prin alimentarea echipamentelor electrice la pornire cu un supercondensator, puteți reduce sarcinile de vârf pe rețeaua de alimentare și, în cele din urmă, puteți reduce spațiul liber pentru curenții de pornire, realizând economii uriașe de costuri.

Prin combinarea mai multor supercondensatori într-o baterie, putem obține o capacitate comparabilă cu bateriile utilizate în vehiculele electrice. Dar această baterie va cântări de câteva ori mai mult decât bateria, ceea ce este inacceptabil pentru vehicule. Problema poate fi rezolvată folosind supercondensatoare pe bază de grafen, dar până acum există doar ca prototipuri. Cu toate acestea, o versiune promițătoare a celebrului „Yo-mobile”, alimentată doar de electricitate, va folosi o nouă generație de supercondensatori, care sunt dezvoltate de oamenii de știință ruși, ca sursă de energie.

Supercondensatorii vor beneficia și la înlocuirea bateriilor în vehiculele convenționale pe benzină sau diesel - utilizarea lor în astfel de cazuri vehicule este deja o realitate.

Până în prezent, cele mai de succes dintre proiectele implementate pentru introducerea supercondensatorilor pot fi considerate noi troleibuze de fabricație rusă, care au intrat recent pe străzile Moscovei. Când alimentarea cu tensiune a rețelei de contact este întreruptă sau când colectoarele de curent „zboară”, troleibuzul poate conduce cu o viteză mică (aproximativ 15 km/h) de câteva sute de metri până la un loc în care nu va interfera cu traficul. drumul. Sursa de energie pentru astfel de manevre pentru el este o baterie de supercondensatori.

În general, în timp ce supercondensatorii pot înlocui bateriile doar în anumite „nișe”. Dar tehnologiile se dezvoltă rapid, ceea ce ne permite să ne așteptăm că în viitorul apropiat domeniul de aplicare al supercondensatorilor se va extinde semnificativ.

Este posibil să folosiți condensatori în vehicule în loc de baterii capricioase, de scurtă durată și care necesită întreținere? Se dovedește că este posibil, iar avantajele condensatorului în fața bateriei sunt suficiente pentru a abandona bateriile și, dacă nu complet, atunci măcar să suplimenteze capacitatea bateriei, care se reduce foarte mult la frig, cu capacitatea a condensatorului. Despre avantajele și dezavantajele ambelor surse de energie electrică vom vorbi în acest articol.

Cu doar câțiva ani în urmă, unul sau doi condensatori farad erau considerați exotici și erau expuși doar la expozițiile iubitorilor de muzică bogați. Acum, acești condensatori pot fi cumpărați de la orice stand de autoacustică, iar condensatoarele chiar mai mari nu sunt greu de găsit în magazinele specializate care vând sisteme audio Hi-Fi de mare rezistență (despre muzică pe mașină sau motocicletă).

Și ceea ce mă bucură în mod deosebit este că, în prezent, industria rusă, încă cu câțiva ani înaintea producătorilor estici și occidentali, a stăpânit producția la scară mică a celui mai recent tip de supercondensatori, a căror capacitate este de zeci de mii. de farazi!

Un pic de teorie.

După cum știți, condensatorul constă din sarcini separate - pozitive, pe un electrod al plăcii și sarcini negative pe cealaltă. Fără a intra în multe detalii, voi observa doar că energia (capacitatea) pe care un condensator este capabil să o ia depinde direct de aria plăcilor electrodului, precum și de distanța dintre ele. Și cu cât această zonă este mai mare și cu cât distanța dintre plăci este mai mică, cu atât este mai favorabilă pentru acumularea unei sarcini mai mari.

Rezultă de aici că prin creșterea primei condiții și scăderea celei de-a doua, se poate obține succesul în această chestiune. Dar e la fel de simplu. Și cum este în realitate? În cei mai noi condensatori, materialul poros de carbon este folosit pentru a face electrodul negativ și aici este toată distracția. Datorită acestui material, o placă plată aparent obișnuită, datorită structurii sale poroase, pare să aibă o a doua dimensiune (aria plăcilor crește). Din aceasta, zona de acumulare a sarcinilor crește semnificativ!

Am realizat o creștere a suprafeței plăcilor, rămâne de lucrat cu distanța. Noul nume pentru cei mai noi supercondensatori este condensatori electrici cu strat dublu. Particularitatea lor este că electricitatea se acumulează într-o zonă specială, adică la interfața dintre electrolit și solid. Din aceasta, distanța dintre aria de poziție a sarcinilor negative și pozitive este mult redusă, până la 2-3 ordine de mărime!

Din toate cele de mai sus, putem spune în sfârșit că este timpul ca aceste super tancuri să-și ia locul sub capota mașinii, dar în ce calitate? Există mai multe opțiuni, dar luați în considerare cele mai realiste.

Utilizarea unui condensator ca sursă principală de energie electrică pentru motor (tracțiune electrică).

Autobuzul electric Luzhok călătorește destul de repede. Fumul care iese din încălzitorul interior pe benzină este vizibil de jos.

Mai recent, nimeni nu a luat în serios bateriile pentru mașinile electrice. Dar mașinile electrice încep deja să inunde lumea, de exemplu, un taxi electric funcționează deja la Londra. Asta înseamnă că calea condensatoarelor este extrem de clară, mai ales dacă iei în calcul avantajele acestora față de baterie, dar despre avantaje puțin mai târziu. Permiteți-mi doar să spun că un exemplu „în direct”, care funcționează cu electricitate de la condensatoare de tracțiune, poate fi văzut în fotografia din stânga. Acesta este un autobuz ecologic și, mai exact, un autobuz electric numit Luzhok, care este fabricat în serii mici în orașul Troitsk de lângă Moscova (la uzina Esma). Numai că aici, pentru a încălzi interiorul pe vreme rece, trebuie să porniți aragazul, care funcționează pe benzină, dar asta, după cum se spune, este fleacuri.

Autobuzul electric este folosit pentru a transporta turiști pe distanțe scurte (până la 10 km), de exemplu, prin teritoriul parcurilor și rezervațiilor, care sunt supuse unor restricții stricte de mediu. Luzhok va efectua primele zboruri comerciale prin teritoriul Centrului Expozițional All-Russian din Moscova. O încărcare a condensatoarelor este suficientă undeva pentru 8-10 km. Apoi 10-15 minute de încărcare și din nou pe drum (bateriile ar trebui încărcate cel puțin 20 de ore). De exemplu, dacă mergeți la muncă, care în orașele mici poate fi doar pe o rază de 5 - 10 km, atunci o astfel de mașină ar fi cea mai bună, mai ales pentru călătoriile de zi cu zi. La urma urmei, ciclul de încărcare și descărcare a condensatorilor, spre deosebire de baterie, este aproape nesfârșit. În plus, mașina nu este la fel de grea ca un autobuz, ceea ce înseamnă că kilometrajul pe încărcare poate crește.

Pe lângă autobuze, compania produce câteva Gazele, mai multe încărcătoare și o mașină electrică pentru transportul mărfurilor în jurul uzinei. Principala diferență între toată această tehnologie de condensator și tehnologia bateriei este că poate fi folosită non-stop, deoarece este nevoie de câteva minute pentru a le încărca. Și, deși se descarcă rapid, durata de viață a condensatoarelor depășește de zece ori durata de viață a bateriilor.

Utilizarea unui condensator ca ajutor pentru baterie la pornirea pe vreme rece.

Utilizarea unui nou tip de condensatoare în mașini ca forță de tracțiune este, desigur, utilă și interesantă, dar nu cea mai relevantă. Este mult mai util să le folosiți ca forță electrică pe termen scurt de mare capacitate și, în primul rând, să porniți motorul mașinii. Inginerii îl folosesc deja. echipament militar, iar testele și îmbunătățirile sunt efectuate în mod constant asupra echipamentelor armatei. De exemplu, două baterii puternice reîncărcabile de 190 Amp/ore fiecare, într-un îngheț de minus 45 de grade, sunt capabile să deruleze doar cincisprezece secunde a demarorului Kamaz (și, în consecință, a motorului Kamaz înghețat). Dar dacă conectați în paralel un condensator cu o capacitate de numai 0,18 kF, atunci demarorul motorului Kamaz va face deja mai multe astfel de scroll-uri la rece! Diferența este evidentă, acest lucru este util în special pentru echipamentele utilizate în nordul îndepărtat, de exemplu, echipamente militare și de construcții.

Desigur, pentru șoferii care trăiesc în climat mai calde, beneficiile condensatoarelor care nu se tem de frig nu sunt atât de utile. Dar principalul lucru este diferit. Condensatorii nu sunt periculoși pentru o densitate mare de curent și rezistă la un număr mare de cicluri de încărcare-descărcare și chiar nu necesită deloc întreținere. Dar cel mai important lucru este că condensatorul va dubla durata de viață a bateriei. La urma urmei, atunci când există o singură baterie (mai ales nu una nouă), este considerată inutilizabilă dacă începe să facă față prost sarcinilor de pornire, mai ales pe vreme rece. Dar asociată cu un condensator conectat în paralel, vechea baterie va servi atâta timp cât este capabilă să o reîncarce. Și după cum am spus, bateria se transformă într-un ficat lung.

În plus, împreună cu un condensator coleg, capacitatea bateriei mașinii sau motocicletei dumneavoastră poate fi redusă la jumătate. Pentru o mașină de pasageri cu un motor de 1,5 - 1,8 cuburi, 25 Ah vor fi de ajuns și doar 60 Ah pentru un camion. Și nu se va mai putea folosi o baterie de tip starter, care este concepută pentru curenți mari, ci să se folosească una obișnuită, care are de obicei o durată de viață de 2-3 ori mai mare. Ca urmare, combinația dintre o baterie plus un condensator va crește semnificativ durata de viață a acestei perechi. Și pentru a nu schimba bateria mașinii timp de 15 ani, mulți oameni visează la acest lucru, iar până în acest moment, oamenii de obicei schimbă mașina cu una mai proaspătă. Deci, se dovedește că un astfel de cuplu (baterie și condensator) este suficient pentru întreaga viață a mașinii. Dar cel mai important, șoferii vor uita de pornirea dificilă în frig și astfel de cuvinte „frate, dă-mi lumină, nu pot porni” pot fi uitate (cum să aprind în siguranță o țigară din mașina altcuiva).

Ce se poate spune până la urmă. Supercondensatorii din noua generație încă se produc în loturi mici, costă de două ori mai mult decât o baterie obișnuită și probabil că nu își vor găsi cumpărătorii în curând, cel puțin pe cei casnici. Puțini condensatori merg la consumatorii străini, dar acest lucru nu este un sprijin prea mare pentru industria noastră. Dar dacă se dorește, și sponsori normali, pentru publicitate și dezvoltarea unei producții de masă mai ieftine, această afacere poate fi înființată într-un mod normal. Totul este posibil. Până la urmă, nimeni nu a vrut să cumpere nici baterii scumpe de nouă generație, la începutul producției. Și acum producătorii de mașini electrice le cumpără la tonă, iar acesta este doar începutul. Cred că condensatoarele noi vor fi în curând la mare căutare, iar dacă nu înlocuiesc complet bateriile, vor deveni asistenți de încredere. Așteaptă și vezi. Noroc tuturor!

Astăzi, tehnologia bateriilor a avansat semnificativ și a devenit mai avansată decât în ​​ultimul deceniu. Dar totuși, deocamdată, bateriile rămân consumabile, pentru că au o resursă mică.

Ideea de a folosi un condensator pentru stocarea energiei nu este nouă și primele experimente au fost efectuate cu condensatoare electrolitice. Capacitatea condensatoarelor electrolitice poate fi semnificativă - sute de mii de microfaradi, dar totuși nu este suficientă perioadă lungă de timp pentru a alimenta, deși nu o sarcină mare, în plus, există un curent de scurgere semnificativ, datorită caracteristicilor de proiectare.

Tehnologiile moderne nu stau pe loc și a fost inventat un ionistor, acesta este un condensator, are o capacitate foarte mare - de la unități de farazi la zeci de mii de farazi. Ionistorii cu o capacitate de un farad sunt utilizați în electronicele portabile pentru a furniza energie neîntreruptă circuitelor cu curent scăzut, cum ar fi un microcontroler. Și ionistorii cu o capacitate de zeci de mii de farazi sunt folosiți împreună cu bateriile pentru a alimenta diferite motoare electrice. În această combinație, ionistorul face posibilă reducerea sarcinii bateriilor, ceea ce crește semnificativ durata de viață a bateriei și, în același timp, crește curentul de pornire pe care sistemul hibrid de putere a motorului este capabil să îl furnizeze.

Era nevoie de alimentarea senzorului de temperatură, pentru a nu schimba bateria din el. Senzorul este alimentat de o baterie AA și pornește pentru a trimite date către stația meteo o dată la 40 de secunde. În momentul trimiterii, senzorul consumă în medie 6 mA timp de 2 secunde.

A fost o idee de a folosi o baterie solară și un ionistor. Pe baza caracteristicilor de consum identificate ale senzorului, au fost luate următoarele elemente:
1. Baterie solară 5 volți și curent aproximativ 50 mA (baterie solară de fabricație sovietică de aproximativ 15 ani)
2. Supercondensator: Panasonic 5,5 Volți și 1 farad capacitate.
3. Ionisoare 2 buc: DMF 5.5 Volti si o capacitate totala de 1 farad.
4. Diodă Schottky cu o cădere de tensiune directă la un curent scăzut de 0,3 V.
Dioda Schottky este necesară pentru a preveni descărcarea capacității prin panoul solar.
Ionistorii sunt conectați în paralel, iar capacitatea totală este de 2 faradi.

Fotografie 1.

Experimentul #1– Am conectat un microcontroler cu display LCD monocrom și un consum total de curent de 500 μA. Deși a funcționat microcontrolerul cu display, am observat că vechile celule solare erau extrem de ineficiente, curentul de încărcare la umbră era insuficient pentru a încărca măcar puțin supercondensatorii, tensiunea la bateria solară de 5 volți la umbră era mai mică decât 2 volți. (Din anumite motive, microcontrolerul cu afișaj nu este afișat în fotografie).

Experimentul #2
Pentru a crește șansele de succes, am achiziționat noi celule solare de pe piața radio cu un rating de 2 V, un curent de 40 mA și 100 mA, fabricate în China, umplute cu rășină optică. Pentru comparație, aceste baterii la umbră au dat deja 1,8 volți, deși nu un curent de încărcare mare, dar totuși un ionistor de încărcare vizibil mai bun.
După ce am lipit deja structura cu o nouă baterie, diodă Schottky și condensatoare, am pus-o pe pervaz, astfel încât condensatorul să fie încărcat.
În ciuda faptului că lumina soarelui nu a căzut direct pe baterie, după 10 minute condensatorul a fost încărcat la 1,95 V. Am luat senzorul de temperatură, am scos bateria din acesta și am conectat ionistorul cu bateria solară la contactele compartimentului bateriei. .

Fotografie 2.

Senzorul de temperatură a început imediat să funcționeze și a transmis temperatura camerei către stația meteo. După ce m-am asigurat că senzorul funcționează, am fixat pe el un condensator cu o baterie solară și l-am atârnat pe loc.
Ce sa întâmplat mai departe?
În toate orele de lumină, senzorul a funcționat corect, dar odată cu apariția orei întunecate din zi, după o oră, senzorul a încetat să transmită date. Evident, încărcarea stocată nu a fost suficientă nici măcar pentru o oră de funcționare a senzorului și apoi s-a dovedit de ce ...

Experimentul #3
Am decis să modific ușor designul astfel încât ionistorul (a returnat ansamblul de 2 ionistori farad) să fie complet încărcat. Am asamblat o baterie de trei elemente, a ieșit 6 volți și un curent de 40 mA (în plin soare). Această baterie la umbră a dat deja până la 3,7 V în loc de precedentul 1,8 V (foto 1) și un curent de încărcare de până la 2 mA. În consecință, ionistorul se încărca până la 3,7 V și avea deja mult mai multă energie stocată în comparație cu Experimentul nr. 2.

Foto 3.

Totul ar fi bine, dar acum avem până la 5,5 V la ieșire, iar senzorul este alimentat de 1,5 V. Este nevoie de un convertor DC/DC, care la rândul său introduce pierderi suplimentare. Convertorul pe care îl aveam în stoc a consumat aproximativ 30 μA și a dat la ieșire 4,2 V. Până acum nu am reușit să găsesc convertorul potrivit pentru a alimenta senzorul de temperatură deja din designul modernizat. (Va trebui să luați un convertor și să repetați experimentul).

Despre pierderile de energie:
S-a menționat mai sus că ionistorii au un curent de autodescărcare, în acest caz, pentru un ansamblu de 2 farad, acesta a fost de 50 μA, și pierderi în convertorul DC/DC de ordinul a 4% (eficiență declarată 96%) și a acestuia. Aici se adaugă 30 μA la relanti. Dacă nu ținem cont de pierderile de conversie, avem deja un consum de ordinul a 80 μA.
Este necesar să se acorde o atenție deosebită economisirii energiei, deoarece s-a stabilit experimental că un ionistor cu o capacitate de 2 farazi încărcat la 5,5 V și descărcat la 2,5 V are, ca să spunem așa, o capacitate de „baterie” de 1 mA. Cu alte cuvinte, consumând 1 mA de la ionistor timp de o oră, îl vom descărca de la 5,5 V la 2,5 V.

Despre rata de încărcare în lumina directă a soarelui:
Curentul primit de la bateria solară este mai mare, cu atât bateria este mai bine iluminată de lumina directă a soarelui. În consecință, rata de încărcare a ionistorului crește semnificativ.

Fotografie 4.

Se vede din citirile multimetrului (0,192 V, citiri inițiale), după 2 minute condensatorul a fost încărcat la 1,161 V, după 5 minute la 3,132 V, iar după alte 10 minute 5,029 V. În 17 minute, ionistorul a fost încărcat. cu 90%. Trebuie remarcat faptul că iluminarea matricei solare a fost neuniformă pe tot parcursul timpului și a fost prin geamul dublu și filmul protector al bateriei.

Raportul tehnic al experimentului nr. 3
Specificații de aspect:
- Baterie solară 12 elemente, 6 V, curent 40 mA (la expunere la soare complet), (la umbra de vreme înnorată 3,7 V și curent 1 mA cu sarcină pe supercondensator).
- Ionistorii sunt conectați în paralel, capacitatea totală este de 2 Farad, tensiunea admisă este de 5,5 V, curentul de autodescărcare este de 50 μA;
- O diodă Schottky cu o cădere de tensiune directă de 0,3 V este utilizată pentru a decupla sursa de alimentare a bateriei solare și a ionistorului.
- Dimensiuni aspect 55 x 85 mm ( un card de plastic VISA).
Din acest aspect a fost posibilă alimentarea:
Microcontroler cu display LCD (consum de curent 500 μA la 5,5 V, timp de funcționare fără baterie solară, aproximativ 1,8 ore);
Senzor de temperatura, ore de zi cu baterie solara, consum de 6 mA timp de 2 secunde la fiecare 40 de secunde;
LED-ul a aprins timp de 60 de secunde la un curent mediu de 60 mA fără baterie solară;
Am incercat si un convertor de tensiune DC/DC (pentru o alimentare stabila), cu care am reusit sa iau 60 mA si 4 V timp de 60 de secunde (cand ionistorul este incarcat pana la 5,5 V, fara baterie solara).
Datele obținute indică faptul că ionistorii din acest design au o capacitate aproximativă de 1 mA (fără reîncărcare de la o baterie solară cu o descărcare de până la 2,5 V).

Concluzii:
Acest design vă permite să stocați energie în condensatoare pentru alimentarea neîntreruptă a dispozitivelor microconsumătoare. Capacitatea acumulată de 1 mA la 2 faradi de capacitate ar trebui să fie suficientă pentru a asigura funcționarea microprocesorului de putere redusă în întuneric timp de 10 ore. În acest caz, curentul total de pierderi și consumul de sarcină nu trebuie să depășească 100 μA. În timpul zilei, ionistorul este reîncărcat dintr-o baterie solară chiar și la umbră și este capabil să alimenteze sarcina în modul pulsat cu un curent de până la 100 mA.

Răspunzând la întrebarea din titlul articolului - Poate un ionistor să înlocuiască o baterie?
- poate înlocui, dar până acum cu restricții semnificative privind consumul de curent și modul de funcționare la sarcină.

Defecte:

• capacitate redusă de stocare a energiei (aproximativ 1 mA pentru fiecare 2 farazi de capacitate supercondensator)
• curent semnificativ de auto-descărcare al condensatoarelor (pierdere estimată de 20% din capacitate pe zi)
• dimensiunile structurii sunt determinate de bateria solară și capacitatea totală a ionistorilor.

• absența elementelor chimice care pot fi purtate (baterii)
• interval de temperatură de funcționare de la -40 la +60 grade Celsius
• simplitatea designului
• costuri nu mari

Fotografie 5.

Pe o parte a plăcii se află o baterie solară, pe cealaltă parte este un ansamblu de ionistori și un convertor DC/DC.

Specificații:

• Baterie solară 12 elemente, 6 V, curent 60 mA (cu expunere la soare complet);
• Capacitate totală ionistori 4; 6 sau 16 Farad, tensiune admisibilă 5,5 V, curent total de autodescărcare, respectiv, 120 \ 140 \ (necunoscut încă) μA;
• Diodă Schottky dublă cu o cădere de tensiune directă de 0,15 V, utilizată pentru decuplarea sursei de alimentare a bateriei solare și a ionistorului;
• Dimensiuni aspect: 55 x 85 mm (card plastic VISA);
• Capacitate calculată fără reîncărcare de la panouri solare la instalarea condensatoarelor 4; 6 sau 16 Farad este de aproximativ 2\3\8 mA.

P.S. Dacă observați o greșeală de scriere, o eroare sau o inexactitate în calcule - scrieți-ne un mesaj personal și vom corecta totul prompt.

Va urma…

Printre cele mai recente inovații în știință și tehnologie, este necesar să remarcăm apariția unui nou tip de condensator - un ionistor, care este numit și supercondensator. Ce fel de animal este acesta și poate fi folosit într-un DVR auto și alte dispozitive electronice ca sursă de alimentare de rezervă?

Se știe dintr-un curs de fizică școlar că un condensator poate stoca energie prin acumularea unei sarcini de electricitate. Aceasta este doar valoarea acestei încărcări este foarte mică, deci este suficientă doar pentru o scânteie bună într-un scurtcircuit. De asemenea, școlarii folosesc condensatoare metal-hârtie de 400 ... 1000 volți AC pentru a se bate cu curent electric, încărcându-l în prealabil într-o priză de 220 V. Și, practic, condensatorii sunt folosiți ca componentă radio în dispozitivele electronice.

Dar la sfârșitul secolului trecut în laboratoare secrete a fost inventat tip nou un condensator care folosește un electrolit și alte substanțe chimice dificile în loc de o bandă de metal. Datorită acestui design, un nou tip de condensator cu dimensiuni mici are o capacitate uriașă, care poate fi deja folosită pentru a acumula o încărcare suficientă pentru funcționarea pe termen scurt a dispozitivelor electronice cu consum redus de curent. Se numește ionistor deoarece funcționează datorită transportului ionilor în mediul chimic dintre electrozi.

În vremea noastră, ionistorii sunt folosiți ca sursă de alimentare de rezervă. De exemplu, pe Aliexpress pentru 5 ... 10 dolari puteți cumpăra un ionistor de 5 volți, care se încarcă complet în doar 10 ... 100 de secunde. Cu toate acestea, poate alimenta o lanternă LED medie timp de 20 până la 30 de minute.

Prezentare generală a ionistorului chinezesc

Acum să vedem dacă un supercondensator poate înlocui o baterie într-un DVR auto? Nu există componente în regulator care ar consuma mult curent - servo, motoare electrice, lămpi puternice de iluminat. Prin urmare, consumul de curent este destul de mic - 50 ... 100 mA. Ionistorul medie va putea asigura funcționarea DVR-ului timp de 3 ... 10 minute. Acest lucru este mai mult decât suficient pentru a finaliza videoclipul și a finaliza corect lucrarea.

Deci, dacă ezitați să cumpărați un DVR cu un supercondensator în loc de o baterie încorporată, atunci toate îndoielile sunt în zadar. Acest dispozitiv va îndeplini toate funcțiile necesare în mașina dumneavoastră, chiar dacă rețeaua de bord este oprită în cazul unui accident. Cu toate acestea, acest tip de înregistrator nu poate fi folosit ca o cameră video portabilă obișnuită în afara mașinii - înregistrarea video în aer liber va necesita o sursă de alimentare externă.