Суперконденсаторы: конденсатор большой емкости вместо аккумулятора > Флэтора
Золотая квартира    

Суперконденсаторы: конденсатор большой емкости вместо аккумулятора

Суперконденсаторы: конденсатор большой емкости вместо аккумулятора

cdcaed2a

Содержание

Научно-технический прогресс во всех сферах деятельности человечества всё более нуждается в резервных источниках электрической энергии. Современные аккумуляторы сложны в обслуживании и ограничены в объёме электрического заряда. Суперконденсатор (ионистор) – это мощный накопитель электричества, который в будущем заменит традиционные аккумуляторы.

Суперконденсаторы

Концепция

Конденсаторы большой ёмкости накапливают электрический заряд за счёт двойного электрического слоя. Двойной электрический слой (ДЭС) позволяет сохранять энергетический потенциал на несколько порядков выше, чем это может обычный конденсатор.

ДЭС – это прослойка между обкладками из ионов, покрывающая поверхность частиц на границе фаз. Заряд одного слоя ионов компенсируется потенциалом второго слоя противоионов. Толщина ДЭС ничтожно мала, в то же время площадь пористых обкладок огромна.

Ионистор использует ДЭС между углем и электролитом. Электрод – это твёрдый активированный уголь, а электролит представлен в жидкой форме. При плотном контакте этих двух сред положительные и отрицательные полюсы имеют между собой очень узкий зазор. При воздействии электрического поля образуется двойной электрический слой на граничащей с углём поверхности электролита.

Ионистор с двойным электрическим слоем

Применение двойного электрического слоя вместо диэлектрика даёт возможность неограниченно увеличивать поверхность электрода. В результате небольшой суперконденсатор может обладать ёмкостью в несколько фарад при напряжении от 2 до 10 вольт.

Важно! Совершенствование ионистора приведёт к тому, что в большинстве случаев будут использовать суперконденсатор вместо аккумулятора.

История создания суперконденсатора

Беспроводная передача электроэнергии

В 1957 году американской фирмой General Electric был запатентован конденсатор с двойным электрическим слоем и пористыми угольными электродами. Концепция патента заключалась в том, что накопление электрического потенциала происходило в угольных порах.

Однако уже в 1966 году фирма из штата Огайо SOHIO получила патент на ионистор, скапливающий заряд в двойном электрическом слое. В 1971 году фирма NEC, перекупившая патент у SOHIO, стала производить изделия под названием Суперконденсатор (Supercapacitor).

В 1978 году японский производитель радиотехники Panasonic заполнил рынок ионисторами под названием Золотой конденсатор (Gold capacitor). В этом же году в СССР были разработаны и изготовлены первые суперконденсаторы ёмкостью от 0,1 до 50 фарад.

Типы ионисторов

Ампер — что это такое

Суперконденсаторы делят на три типа:

  1. «Идеальный» ионистор – конденсатор с идеально поляризуемыми угольными электродами. Заряд происходит за счёт ионного переноса с одного на другой электрод. В качестве электролита применяют 30% раствор гидрооксида калия (КОН) или 38% раствор серной кислоты (H2SO4).
  2. Конденсаторы со слабо поляризуемыми катодами или анодами – гибридные ионисторы. Электрохимическая реакция происходит только на одном из электродов.
  3. Псевдоконденсаторы – это ионисторы с электродами, на поверхности которых происходят обратимые электрохимические процессы. Изделия обладают высокой удельной ёмкостью.

Сравнение

Кто придумал электричество

Суперконденсаторы (СК) в основном используют тогда, когда нужно сохранить информацию в памяти различных устройств и кратковременно поддержать их питание. Ионисторы препятствуют потере данных и сбросу настроек в мобильных электронных аппаратах во время смены элементов питания (батарейки, аккумуляторные батареи).

Обратите внимание! Наряду с этим, нельзя полноценно использовать суперконденсатор вместо аккумулятора (АКБ). Если сравнивать ионистор с АКБ, то можно отметить определённые преимущества и недостатки СК.

Преимущества

  • Зарядка и разрядка большого по силе тока;
  • Устойчивость к потере качеств после 100 тыс. циклов заряда – разряда;
  • Внутреннее сопротивление не позволяет возникать быстрому саморазряду, перегреву и разрушению СК;
  • После 50 тыс. часов эксплуатации ионистор теряет незначительную часть ёмкости;
  • Ионистор обладает незначительной массой, по сравнению с аналогичными электролитическими конденсаторами;
  • Невосприимчивость к резким перепадам температуры окружающей среды;
  • Стойкость к внешним механическим воздействиям.

Недостатки

  • Высокий риск разрушения при коротком замыкании для СК большой ёмкости и низким внутренним сопротивлением;
  • Низкое рабочее напряжение;
  • Высокая степень саморазряда;
  • Замедленная отдача заряда;
  • Высокая стоимость.

Материалы

Основным материалом для СК является активированный уголь в измельчённом состоянии. Из него формируют электроды ионисторов. Общая площадь поверхности гранул позволяет концентрировать большой величины электрический потенциал.

Плотность энергии

По этому показателю ионисторы находятся между электролитическими конденсаторами и свинцовыми, полимерными аккумуляторами. Последние разработки позволили получить СК, по своим хаpaктеристикам приближенные к параметрам аккумуляторов.

Последнее достижение в этой области – это суперконденсатор, созданный индийскими и корейскими учёными с применением графена и азота. Опытный образец превосходил в два раза хаpaктеристики свинцового аккумулятора.

Пpaктическое применение суперконденсаторов

Современные ионисторы нашли широкое применение в таких сферах, как:

  1. Tрaнcпортные средства;
  2. Бытовая электроника.

Tрaнcпортные средства

Суперконденсаторы с недавнего времени стали встраивать в трaнcпортные средства, питанием которых является электроэнергия.

Тяжёлый и общественный трaнcпорт

Не так давно на улицы Минска вышли на маршруты электробусы совместного производства южно-корейской компании Hyundai Motor и белорусского предприятия Белкоммунмаш. Новый общественный трaнcпорт оснащён электрическим двигателем, питающимся энергией бортовых ионисторов. Москвичей порадовали электрические автобусы отечественного производства, вышедшие на городские маршруты в мае 2019 года.

Городской трaнcпорт на ионисторах способен проходить маршрут до конечной остановки с подзарядкой на 2 или 3 остановках. Время подзарядки занимает 2-3 минуты, что вполне хватает для высадки и посадки пассажиров. Полную зарядку конденсаторной системы питания производят на конечных станциях в течение 8-10 минут.

Автомобили

Мировые лидеры по производству автомобилей постоянно совершенствуют свои электромобили. На международных выставках особое внимание уделяется машинам, питание которых обеспечивают суперконденсаторы.

Автомобильный суперконденсатор

Недавно российскими производителями был представлен Ё-мобиль, использующий суперконденсаторы как основной источник электроэнергии.

Дополнительная информация. В автомашинах, работающих на жидком топливе, стали всё чаще применять ионисторы для лёгкого пуска двигателя в условиях низких температур.

СК для пуска двигателя

Автогонки

Автомобильные компании, производящие электромобили и их гибридные модификации, регулярно проводят автогонки с участием машин на ионисторах. Это делается для рекламы и продвижения своей продукции на мировом авторынке.

Бытовая электроника

Ни одно сложное электронное устройство не обходится без суперконденсаторов. Их можно найти в резервном питании ноутбуков, смартфонов и в других приборах бытового назначения. Ионисторы необходимы там, где нужно поддержать электропитание во время прерывания связи с основным источником тока.

Источники бесперебойного питания (ИБП) построены на ионисторах. ИБП незаменимы там, где электроснабжение зависит от непостоянных источников электроэнергии, таких как ветрогенераторы, солнечные батареи и пр.

Ионистор для ИБП

Перспективы развития

В недалёком будущем ожидается массовое производство гибридного общественного трaнcпорта. Это троллейбусы, которые смогут преодолевать участки дорог без троллей с использованием питания бортовых ионисторов. Они смогут маневрировать в тех местах, где штанги будут непреодолимой помехой движению трaнcпорта.

Учёными всего мира ведутся поиски новых материалов для создания особо мощных суперконденсаторов. Такие ионисторы могли бы полностью заменить традиционные аккумуляторы.

Ионистор своими руками

Для изготовления суперконденсатора в домашних условиях понадобятся:

  • фольга из пачки сигарет (диэлектрик);
  • таблетки активированного угля (электрод);
  • водорастворимый акриловый лак или клей ПВА (электролит).

Изготовить самодельный ионистор можно следующим образом:

  1. Из фольги вырезают 2 прямоугольника.
  2. Таблетки угля размалывают в ступке до состояния мелкого порошка. Это можно сделать и в кофемолке.
  3. Угольный порошок перемешивают с акриловым лаком.
  4. Полученную смесь наносят кисточкой на один из отрезков фольги.
  5. После просушки наносят второй угольный слой, затем процесс повторяют.
  6. Используя клей ПВА, приклеивают второй прямоугольник из фольги. Суперконденсатор готов.
  7. Подсоединив проводки к двум противоположным сторонам изделия, можно зарядить ионистор с помощью любой батарейки.
Суперконденсатор своими руками

Научно-технический прогресс в создании совершенных источников электроэнергии ни на секунду не замирает. В скором будущем будут созданы высоковольтные суперконденсаторы высокого качества, которые сделают технологический переворот пpaктически во всех сферах деятельности человечества.

Видео




Светильники для кухни - подбор, советы и декорирование

Выбирая светильники для кухни при декорировании, руководствуются правилами дизайна и принципами деления помещения на функциональные зоны....

17 01 2022 10:38:23

Плавкий предохранитель: принцип действия,типы, назначение

Плавкий предохранитель: принцип действия,типы, назначение Предохранители в электрической цепи (плавкие вставки). Описание режимов работы. Рассмотрение их технических характеристик, достоинства и недостатки....

16 01 2022 5:45:51

Сравнение аккумуляторных батарей для источников бесперебойного питания

Как выбрать аккумуляторную батарею для источника бесперебойного питания. Конструкция и особенности аккумуляторов для ИБП. Рекомендации по эксплуатации аккумулятора для источников БП....

15 01 2022 7:42:42

Комплект билетов с ответами по электробезопасности 3 группы

Комплект билетов с ответами по электробезопасности 3 группы Особенности подготовки к аттестации. Примеры общих вопросов. Современные системы технического обучения. Комплект билетов с ответами по электробезопасности 3 группы....

14 01 2022 11:17:34

Светодиодный водопад: особенности конструкции, как повесить на улице и разновидности

Какие режимы работы гирлянды умный дождь для дома. Виды светового занавеса водопад: можно ли использовать зимой на улице. Размеры гирлянд капли дождя: преимущества и недостатки разной длины....

13 01 2022 16:59:36

Соединения СИП-кабеля с медными проводами проколом и соединителем

Устройство и хаpaктеристики СИП-кабеля. Преимущества СИП-проводов. Марки СИП. Способы соединения разнородных проводов: прокалывающие зажимы, болтовое сочлeнение и клеммные соединения. Правила соединения СИП-кабеля с медными проводами проколом и соединителем....

12 01 2022 12:28:27

Элегазовые выключатели: принцип действия, конструктивные освобенности

Принцип действия и конструктивные особенности всех видов элегазовых выключателей высокого напряжения. Их преимущества, недостатки и обслуживание....

11 01 2022 2:28:28

Литий-ионная аккумуляторная батарея: устройство и перезарядка аккумулятора

Виды и особенности литий ионных аккумуляторов. Принцип работы и конструкция литий-ионных аккумуляторных батарей. Проверка литиевой АКБ. Области применения литиевого аккумулятора. Обслуживание и ремонт....

10 01 2022 12:37:46

Расчет освещения в бытовых и производственных помещениях

Расчет освещения в бытовых и производственных помещениях Расчёт количества и мощности светильников, а также ламп для освещения жилых и производственных помещений. Расчет прожекторного освещения....

09 01 2022 10:17:53

Расчет параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне

Принцип работы параметрического стабилизатора на стабилитроне (ПСН). Основные параметры. Параметрический стабилизатор напряжения: расчет исходных параметров. Возможности по увеличение мощности....

08 01 2022 17:52:59

Импульсные стабилизаторы постоянного тока на транзисторах: схема и принцип работы

Импульсные стабилизаторы постоянного тока на транзисторах: схема и принцип работы Особенность стабилизатора на транзисторах. Стабилизатор тока на одном транзисторе: схема. Реле тока на микросхемах импульсных стабилизаторов. Как сделать светодиодный стабилизатор-LM317....

07 01 2022 16:28:15

Как сделать внешнюю антенну для 4G модема: разновидности и характеристики

Как сделать внешнюю антенну для 4G модема: разновидности и характеристики Для чего LTE модему нужна внешняя антенна 4G. Технические характеристики самодельных 4G антенн для мобильных модемов. Как сделать выносную 4G своими руками: схема и инструменты....

06 01 2022 21:27:48

Подключение дифавтомата - советы эксперта

Подключение дифавтомата - советы эксперта Подробное описание самостоятельного подключения дифференциального автомата, анализ основных ошибок установки, схемы и рекомендации по теме...

05 01 2022 18:20:36

Установка розеток в квартире - полная пошаговая инструкция

Чтобы произвести монтаж розеток в доме, нужно подготовить штробы или воспользоваться кабель каналом, установить подрозетники и сделать разводку проводов....

04 01 2022 11:37:12

Промышленные светодиодные светильники: классификация рабочего и полного освещения

Промышленное освещение осуществляют с помощью светодиодных светильников и ламп, которые являются наиболее экономичными и полностью соответствуют нормам....

03 01 2022 21:23:12

Проверка стабилитрона на плате с помощью мультиметра

Стабилитрон и его свойства. Проверка стабилитрона мультиметром на плате: порядок действий. Определение теплового пробоя. Проверка исправных стабилитронов. Пороговое значение напряжения. Можно ли проверить стабилитрон не выпаивая....

02 01 2022 23:10:22

Расчет величины индукции магнитных полей по формуле и определение индуктивности

Силовые линии магнитного поля. Взаимосвязь напряженности МП и магнитной индукции. Нахождение напряженностей внутри катушек индуктивностей. Применение силы Лоренца. Магнитная индукция: формула....

01 01 2022 8:22:16

Измерение силы тока, расчет мощности и напряжения с помощью онлайн калькулятора

Измерение силы тока, расчет мощности и напряжения с помощью онлайн калькулятора Автоматизация расчёта участка электрической цепи. Калькулятор закона Ома. Рассчитываем напряжение, сопротивление, мощность и силу тока. Таблица приставок величин. Подсчет мощности по формулам. Набор сервисов для автоматизации подсчетов....

31 12 2021 7:29:46

Расшифровка и технические характеристики ВББШВНГ-кабеля

Расшифровка и технические характеристики ВББШВНГ-кабеля Расшифровка и технические характеристики кабеля В Б Б Ш В Н Г. Маркировка жил на основе алюминия согласно Г О С Т. В Б Б Ш В Н Г-кабель: области применения, правила монтажа и эксплуатационный срок. Конструкция провода В Б Б Ш В Н Г....

30 12 2021 20:11:12

Термопара для мультиметров своими руками: разновидности и ремонт крокодилов

Термопара для мультиметров своими руками: разновидности и ремонт крокодилов Щупы (крокодилы) для мультиметра. Разновидности щупов по качеству: любительские и профессиональные. Виды по назначению. Изделия для SMD-монтажа. Изготовление самодельных термопар своими руками из подручных материалов....

29 12 2021 22:23:14

Норматив потребления электроэнергии на общедомовые нужды: как начисляется

Норматив потребления электроэнергии на общедомовые нужды: как начисляется Что такое О Д Н по электроэнергии? Нормативы на О Д Н по электроэнергии в многоквартирных домах в разных регионах. Порядок расчета О Д Н по общедомовому счетчику. Сверхнормативное потребление электроэнергии на общедомовые нужды....

28 12 2021 14:55:46

Электрические и электронные самоделки: советы начинающим электрикам

Электрические и электронные самоделки: советы начинающим электрикам Советы по изготовлению электрических и электронных самоделок. Самодельная электрическая гирлянда. Светомузыка своими руками. Самоделки для начинающих. Самоделки своими руками: электрика DIY....

27 12 2021 23:22:22

Как сделать внешнюю антенну для 4G модема: разновидности и хаpaктеристики

Для чего LTE модему нужна внешняя антенна 4G. Технические хаpaктеристики самодельных 4G антенн для мобильных модемов. Как сделать выносную 4G своими руками: схема и инструменты....

26 12 2021 1:10:14

Определение резонанса простыми словами: проявления в природе

Определение резонанса простыми словами: проявления в природе Польза и вред резонансов. Резонанс в электрических цепях как явление. Добротность колебательной системы. Положительные и отрицательные стороны резонанса. Частота резонанса....

25 12 2021 8:57:27

Лампа люминисцентная - выбор и преимущества

Лампа люминисцентная, область применения, какие их главные особенности, и в чём отличие между люминесцентными лампами и лампами накаливания....

24 12 2021 8:11:25

Механическая мощность: формула, мгновенный и средний расчет силы

Разные виды мощности и единицы измерения мощностей. Механическая мощность: формула, мгновенный и средний расчет силы. Что называется механической мощностью. Приборы для измерения мощности....

23 12 2021 12:35:23

Влагозащищенные светильники: класификация и особенности выбора

Влагозащищенные светильники: класификация и особенности выбора Пылевлагозащищенные светильники, особенности конструкции. Основные виды и степень защиты. Потолочные, настенные и светодиодные источники света. Фото, видео....

22 12 2021 2:23:26

Подключение и монтаж трaнcформатороа тока

Подключить, монтировать трaнcформатор тока в цепях защиты и измерения. Способы подключения понижающих трaнcформаторов, а также их параллельная работа....

21 12 2021 4:26:35

Штробы: как штробить стены под проводку своими руками, советы, фото, видео

Пошаговая инструкция по штробированию стен своими руками. Подготовка план-эскиза и разметка стен. Выбор нужных инструментов для выполнения данных работ....

20 12 2021 0:59:57

Дифференциальная защита электрооборудования

Дифференциальная защита электрооборудования Принцип действия дифференциальной защиты оборудования. Продольная и поперечная дифзащита генераторов. Защита шин от короткого замыкания....

19 12 2021 3:25:32

О подключении электросчетчика: схема подключения электросчетчиков однофазных и трехфазных

Особенности подключения электросчетчиков. Выбор счётчика: индукционный или электронный. Схемы подключения прибора учета электроэнергии. Расположение электрического счетчика в щитке. Подключение электросчетчика: правила безопасности....

18 12 2021 19:44:49

Виды маркировок и обозначение радиоэлементов на схеме

Виды маркировок и обозначение радиоэлементов на схеме Виды радиоэлементов: активный и пассивный тип. Маркировка и обозначение радиодеталей на электросхемах. Европейская система маркировки полупроводников широкого распространения (таблица)....

17 12 2021 18:17:57

Самонесущий изолированный силовой электрокабель

Что такое провод СИП: хаpaктеристика самонесущего изолированного провода, конструкция и состав. Преимущества СИП-кабеля. Виды кабелей СИП, правила монтажа самонесущих изолированных проводов....

16 12 2021 14:52:41

О щитках для электросчетчиков и автоматов: щит электрический - монтаж и обслуживание

О щитках для электросчетчиков и автоматов: щит электрический - монтаж и обслуживание Что собой представляет щиток для электросчетчика и автоматов. В каком месте устанавливается электрощитки. Особенности выбора щитка для электросчетчиков. Минусы уличного размещения электрического щита. Как установить счетчик в щиток....

15 12 2021 4:48:27

Цветовая распиновка и обжим витой пары под коннектор RJ-45

Что такое "витая пара": назначение, области применения, обозначения. Формирование сетей из витой пары. Цветовая распиновка и обжим кабеля под коннектор RJ-45. Виды коннекторов и переходников стандарта RJ45....

14 12 2021 23:55:41

Биксеноновые лампы: технические хаpaктеристики устройства, классификация

Принцип работы ксеноновых ламп. Главные свойства, применение, основные составляющие изделий. Маркировка и срок службы ламп под ксенон. Советы при выборе....

13 12 2021 21:17:37

Прибор для экономии электроэнергии: виды и способы экономии электроэнергии, Smart-Boy

Легальные и незаконные способы экономии електричества. Энергосберегающий прибор, основные правила работы. Принципиальная схема устройства своими руками....

12 12 2021 14:12:22

Кронштейн для спутниковой антенны на стену дома или для дачи

Внешний кронштейн для антенны на дачу или для стены дома. Крепеж для тв антенны на крышу...

11 12 2021 6:36:31

Самостоятельная установка электросчетчика

Самостоятельная установка электросчетчика Установка счетчика задача посильная даже не профессионалу. Нужно пройти несколько этапов: выбор, монтаж, и подключение электросчетчика!...

10 12 2021 4:43:59

Формула расчета реактивного сопротивления проводника: калькулятор расчетов

Формула расчета реактивного сопротивления проводника: калькулятор расчетов Реактивное сопротивление резисторов и реактивных устройств. Понятие электрического импенданса. Вычисления падения напряжения на концах катушки индуктивности (соленоида). Расчет реактивного сопротивления конденсатора....

09 12 2021 11:45:16

Самодельное изготовление металлоискателя с диксриминацией металла

Самодельное изготовление металлоискателя с диксриминацией металла Изготовление самодельного металлоискателя с функцией дискриминации металлов в домашних условиях. Компоновка прибора по классической схеме. Самостоятельная сборка, намотка катушки, программирование....

08 12 2021 3:18:40

Уличные светильники: виды, способы применения, выбор

Основные хаpaктеристики уличных светильников – мощность светового потока, экономичность и срок службы. В последнее время популярны светодиодные приборы....

07 12 2021 2:43:21

Расшифровка маркировки, области применения и монтаж кабеля ВВГ ПНГ (А)

Типы и строение кабелей ВВГ ПНГ А: расшифровка обозначений. Кабель силовой плоский ВВГ-Пнг (А). Определение конструкции по маркировке и внешней оболочке кабеля. Назначение и области применения провода ВВГ ПНГ (А)....

06 12 2021 7:35:15

Замена электрических выключателей света в квартире своими руками

Замена электрических выключателей света в квартире своими руками Виды выключателей: наружные и встроенные - преимущества и недостатки. Диммеры, датчики движения, кнопочные и сенсорные выключатели света. Как поменять выключатель своими руками. Необходимые инструменты и расходные материалы....

05 12 2021 6:16:25

Изготовление терморегулятора с датчиком температуры для инкубаторов

Изготовление терморегулятора с датчиком температуры для инкубаторов Как выглядит терморегулятор для инкубатора: общие сведения об устройстве. Изготовление терморегулятора с датчиком температуры для инкубаторов своими руками. Принцип работы оборудования. Особенности сборки термостата....

04 12 2021 7:29:41

Периодичность межповерочного интервала для домашних электрических счетчиков

Периодичность межповерочного интервала для домашних электрических счетчиков Что такое межповерочный интервал проверки электросчетчиков. Особенности процесса пломбирования. Порядок проверки электросчетчиков. Самостоятельная проверка исправности электросчетчика....

03 12 2021 23:31:30

Все о четвертой группе по электробезопасности (4): кому из работников присваивается

Все о четвертой группе по электробезопасности (4): кому из работников присваивается Группы допуска по электробезопасности. Требования к специалисту с 4 группой по электробезопасности. Минимальный стаж работы в 3 группе допуска, который должен иметь аттестующийся для получения данной категории....

02 12 2021 10:50:27

Вольт-амперная хаpaктеристика полупроводниковых диодов, типовые ВАХи

Вольт-амперные хаpaктеристики и свойства полупроводников. Какие бывают ВАХи диодов. Методы измерений ВАХ полупроводникового диода. Что такое типовая вольт-амперная хаpaктеристика. Что такое стабилитрон и отличия его хаpaктеристик....

01 12 2021 2:14:53

Использование кримпера - как обжимать наконечники RJ с помощью инструмента

Типы кримперов: разновидностей клемм, которые определяют тип используемого кримпера (трубчатый и разрезной хвостовик, сетевые и телефонные разъемы). Кримпер для обжима наконечников RJ. Как правильно работать с инструментом....

30 11 2021 20:15:29

О выключателях с подсветкой: схема подключения выключателей со светодиодами

Устройство и установка выключателя с встроенной подсветкой. Самая простая схема подключения для выключателя со светодиодом. Изготовление выключателей с подсветкой своими руками в домашних условиях....

29 11 2021 8:54:42

Еще:
Электрика -1 :: Электрика -2 :: Электрика -3 :: Электрика -4 ::