Süper kapasitörler son yılların en parlak gelişmesi olarak adlandırılabilir. Aynı boyutlara sahip geleneksel kapasitörlerle karşılaştırıldığında, kapasite bakımından üç kat farklılık gösterirler. Bunun için kapasitörlere "süper" ön eki verildi. Kısa sürede çok büyük miktarda enerji açığa çıkarabilirler.
Çeşitli boyut ve şekillerde mevcutturlar: Cihazların yüzeyine monte edilen, bir madeni paradan büyük olmayan çok küçük olanlardan, çok büyük silindirik ve prizmatik olanlara kadar. Ana amaçları, voltaj düşmesi durumunda ana kaynağı (pil) çoğaltmaktır.
Enerji yoğun modern elektronik ve elektrik sistemleri, güç kaynaklarına yüksek talepler getirmektedir. Yeni ortaya çıkan ekipmanların (dijital kameralardan elektronik el cihazlarına ve elektrikli araç şanzımanlarına kadar) gerekli enerjiyi depolaması ve sağlaması gerekiyor.
Modern geliştiriciler bu sorunu iki şekilde çözüyorlar:
- Yüksek akım darbesi verebilen bir pil kullanma
- Süper kapasitörler için sigorta olarak aküye paralel bağlanarak; "hibrit" çözüm.
İkinci durumda süper kapasitör, akü voltajı düştüğünde güç kaynağı görevi görür. Bunun nedeni, pillerin yüksek enerji yoğunluğuna ve düşük güç yoğunluğuna sahip olması, süper kapasitörlerin ise tam tersine düşük enerji yoğunluğu ancak yüksek güç yoğunluğu ile karakterize edilmesidir, yani. yüke deşarj akımı sağlarlar. Süper kapasitörü aküye paralel bağlayarak onu daha verimli kullanabilir ve dolayısıyla servis ömrünü uzatabilirsiniz.
Süper kapasitörler nerede kullanılır?
Video: Arabada marş aküsü yerine 116,6F 15V (6* 700F 2,5V) süper kapasitör testi
Otomotiv elektronik sistemlerinde motorları çalıştırmak için kullanılırlar. böylece akü üzerindeki yük azalır. Ayrıca kablo şemalarını azaltarak ağırlığın azaltılmasını da mümkün kılarlar. Jeneratörün içten yanmalı motor tarafından kontrol edildiği ve bir elektrik motorunun (veya motorların) arabayı çalıştırdığı hibrit otomobillerde yaygın olarak kullanılırlar; Süper kapasitör (enerji önbelleği), hızlanma ve hareket sırasında akım kaynağı olarak kullanılır ve frenleme sırasında "yeniden şarj edilir". Yeni tip kapasitörler yakıt tüketimini %50 oranında azaltmayı ve zararlı gazların çevreye emisyonunu %90 oranında azaltmayı mümkün kıldığından, bunların kullanımı yalnızca binek araçlarda değil aynı zamanda şehir içi ulaşımda da ümit vericidir.
Süper kapasitör pilini henüz tamamen değiştiremiyorum, ancak bu sadece an meselesi. Pil yerine süper kapasitör kullanmak hiç de harika değil. QUT Üniversitesi'nden nanoteknoloji uzmanları doğru yolu izlerse, yakın gelecekte bu gerçek olacak. En yeni nesil süper kapasitörleri içeren gövde panelleri pil görevi görebilecek. Bu üniversitenin çalışanları, lityum iyon pillerin ve süper kapasitörlerin avantajlarını yeni bir cihazda birleştirmeyi başardılar. Yeni ince, hafif ve güçlü süper kapasitör, aralarında bir elektrolit bulunan karbon elektrotlardan oluşur. Bilim adamlarına göre yeni ürün vücudun herhangi bir yerine kurulabiliyor.
Yüksek tork (başlatma torku) sayesinde, düşük sıcaklıklarda başlatma özelliklerini iyileştirebilir ve artık güç sisteminin yeteneklerini genişletebilirler. Güç sisteminde kullanımlarının uygunluğu, şarj/deşarj sürelerinin 5-60 saniye olmasıyla açıklanmaktadır. Ayrıca bazı makine cihazlarının dağıtım sisteminde de kullanılabilirler: solenoidler, kapı kilit ayar sistemleri ve pencere camı konumları.
DIY süper kapasitör
Kendi ellerinizle bir süper kapasitör yapabilirsiniz. Tasarımı bir elektrolit ve elektrotlardan oluştuğu için onlar için malzemeye karar vermeniz gerekir. Bakır, paslanmaz çelik veya pirinç elektrotlar için oldukça uygundur. Örneğin eski beş kopeklik madeni paraları alabilirsiniz. Ayrıca karbon tozuna da ihtiyacınız olacak (eczaneden aktif karbon satın alıp öğütebilirsiniz). Sofra tuzunu (100:25) çözmeniz gereken elektrolit sıradan su olacaktır. Çözelti, macun kıvamı oluşturmak için kömür tozu ile karıştırılır. Şimdi her iki elektrota da birkaç milimetrelik bir katman halinde uygulanması gerekiyor.
Geriye kalan tek şey, elektrolitin gözeneklerinden serbestçe geçeceği, ancak karbon tozunun tutulacağı elektrotları ayıran bir conta seçmektir. Fiberglas veya köpük kauçuk bu amaçlar için uygundur.
Elektrotlar – 1,5; karbon-elektrolit kaplama - 2,4; conta – 3.
Elektrotlara lehimlenen teller için önceden açılmış deliklere sahip plastik bir kutuyu kasa olarak kullanabilirsiniz. Kabloları aküye bağladıktan sonra, elektrotlar üzerinde farklı iyon konsantrasyonlarının oluşması gerektiğinden "ionix" tasarımının şarj olmasını bekliyoruz. Bir voltmetre kullanarak şarjı kontrol etmek daha kolaydır.
Başka yollar da var. Örneğin, teneke kağıt (teneke folyo - çikolata ambalajı), kalay ve mumlu kağıt parçaları kullanarak, kağıt mendil şeritlerini kesip erimiş ancak kaynamayan parafine birkaç dakika batırarak kendiniz yapabilirsiniz. Şeritlerin genişliği elli milimetre, uzunluğu ise iki yüz ila üç yüz milimetre arasında olmalıdır. Şeritleri parafinden çıkardıktan sonra bıçağın kör tarafıyla parafini kazımanız gerekir.
Parafine batırılmış kağıt akordeon şeklinde katlanır (resimde olduğu gibi). Her iki tarafta 45x30 milimetre boyutuna karşılık gelen boşluklara staniol levhalar yerleştirilir. İş parçasını bu şekilde hazırladıktan sonra katlanır ve ardından ılık ütüyle ütülenir. Geriye kalan staniol uçları ise dışarıdan birbirine bağlanır. Bunun için, kondansatörün kurulum sırasında lehimlenebilmesi için iletkenlerin daha sonra lehimlendiği karton plakaları ve kalay klipsli pirinç plakaları kullanabilirsiniz.
Kapasitörün kapasitesi staniol yapraklarının sayısına bağlıdır. Örneğin, bu tür on sayfa kullanıldığında bin pikofarad'a, sayıları iki katına çıkarsa iki bine eşittir. Bu teknoloji, beş bin pikofarad'a kadar kapasiteye sahip kapasitörlerin üretimi için uygundur.
Büyük bir kapasiteye ihtiyaç duyulursa, arasına bir staniol folyo şeridinin yerleştirildiği mumlu kağıt şeritlerinden oluşan bir bant rulosu olan eski bir mikrofarad kağıt kapasitörüne sahip olmanız gerekir.
Şeritlerin uzunluğunu belirlemek için aşağıdaki formülü kullanın:
l = 0,014 C/a, burada gerekli kapasitörün pF cinsinden kapasitansı C'dir; cm cinsinden şeritlerin genişliği – a: cm cinsinden uzunluk – 1.
Eski kapasitörden gerekli uzunlukta şeritleri çözdükten sonra, kapasitör plakalarının birbirine bağlanmasını önlemek için her taraftan 10 mm'lik folyoyu kesin.
Bandın tekrar sarılması gerekiyor, ancak önce her bir folyo şeridine çok telli tellerin lehimlenmesi gerekiyor. Yapının üst kısmı kalın kağıtla kaplanmıştır ve iki montaj teli (sert), kağıdın çıkıntı yapan kenarlarına kapatılmıştır ve kapasitörden gelen kablolar kağıt manşonun iç kısmına lehimlenmiştir (şekle bakın). Son adım yapıyı parafinle doldurmaktır.
Karbon süper kapasitörlerin avantajları
Günümüzde elektrikli araçların gezegendeki yürüyüşü göz ardı edilemeyeceğinden, bilim insanları bunların en hızlı şarj edilmesiyle ilgili konu üzerinde çalışıyor. Pek çok fikir ortaya çıkıyor, ancak yalnızca birkaçı uygulamaya koyuluyor. Örneğin Çin'in Ningbo şehrinde alışılmadık bir kentsel ulaşım rotası başlatıldı. Üzerinde çalışan otobüs bir elektrik motoruyla çalışıyor ancak şarj olması yalnızca on saniye sürüyor. Üzerinde beş kilometre yol kat ediyor ve yolcuların indirilmesi/alınması sırasında yeniden şarj olmayı başarıyor.
Bu, yeni tip kapasitörlerin (karbon) kullanılması sayesinde mümkün oldu.
Karbon kapasitörler Yaklaşık bir milyon şarj döngüsüne dayanabilirler ve eksi kırk ila artı altmış beş derece arasındaki sıcaklık aralığında mükemmel çalışabilirler. Geri kazanım yoluyla enerjinin %80'ine kadar geri dönüş sağlarlar.
Deşarj ve şarj sürelerini nanosaniyelere indirerek ve araç ağırlığını azaltarak güç yönetiminde yeni bir çağ başlattılar. Üretimde nadir toprak metalleri ve çevre dostu olma özelliği kullanılmadığı için bu avantajlara düşük maliyeti de ekleyebiliriz.
Bir süper kapasitör veya iyonistör, enerji kütlelerini depolamak için kullanılan bir cihazdır; elektrot ile elektrolit arasındaki sınırda yük birikimi meydana gelir. Yararlı enerji hacmi statik tipte yük olarak depolanır. İyonistör plakaları arasında potansiyel bir fark aldığında birikim süreci sabit bir voltajla etkileşime girer. Teknolojik uygulama ve bu tür cihazların yaratılması fikri nispeten yakın zamanda ortaya çıktı, ancak belirli sayıda sorunu çözmek için deneysel kullanım almayı başardılar. Parça, saatlerde, hesap makinelerinde ve çeşitli mikro devrelerde yedek veya ana güç kaynağı aracı olarak mevcut kimyasal kökenli kaynakların yerini alabilir.
Bir kapasitörün temel tasarımı, malzemesi folyo olan ve kuru bir ayırıcı madde ile sınırlandırılmış bir plakadan oluşur. İyonistör, elektrokimyasal tip şarj cihazına sahip bir dizi kapasitörden oluşur. Üretimi için özel elektrolitler kullanılır. Kaplamalar birkaç çeşit olabilir. Aktif karbon, büyük ölçekli astarların üretiminde kullanılır. İletkenliği yüksek metal oksitler ve polimer malzemeler de kullanılabilir. Gerekli kapasitif yoğunluğa ulaşmak için yüksek gözenekli karbon malzemelerin kullanılması tavsiye edilir. Ek olarak, bu yaklaşım etkileyici derecede düşük bir maliyetle bir iyonistör yapmanıza olanak tanır. Bu tür parçalar, yükü plaka üzerinde oluşturulan çift bölmede biriktiren DLC kapasitörleri kategorisine aittir.
İyonistörün bir su elektrolit bazı ile birleştirildiği tasarım çözümü, dahili elemanların düşük direnci ile karakterize edilirken, şarj voltajı 1 V ile sınırlıdır. Organik iletkenlerin kullanılması, yaklaşık 2...3 voltaj seviyelerini garanti eder. V ve artan direnç.
Elektronik devreler daha yüksek enerji talepleriyle çalışır. Bu sorunun çözümü kullanılan güç noktası sayısını arttırmaktır. İyonistör sadece bir tane değil, 3-4 parça halinde monte edilerek gerekli miktarda şarj sağlanır.
Nikel-metal hidrit aküyle karşılaştırıldığında iyonistör, enerji rezervinin onda birini tutma kapasitesine sahipken voltajı düzlemsel deşarj bölgeleri hariç doğrusal olarak düşer. Bu faktörler iyonistördeki yükün tamamen muhafaza edilebilmesini etkiler. Şarj seviyesi doğrudan elemanın teknolojik amacına bağlıdır.
Çoğu zaman, bellek yongalarına güç sağlamak için bir iyonistör kullanılır ve filtre devrelerine ve yumuşatma filtrelerine dahil edilir. Akımdaki ani dalgalanmaların sonuçlarıyla mücadele etmek için çeşitli tiplerdeki pillerle de birleştirilebilirler: düşük bir akım sağlandığında iyonistör yeniden şarj edilir, aksi takdirde enerjinin bir kısmını serbest bırakır ve böylece genel yükü azaltır.
Bir eczaneden alınan bir çorba kaşığı aktif karbon, birkaç damla tuzlu su, bir teneke tabak ve bir plastik kavanoz fotoğraf filmi. Bunu yapmak yeterli DIY iyonistör kapasitansı yaklaşık olarak yerkürenin elektrik kapasitansına eşit olan bir elektrik kapasitörüdür. Leyden kavanozu.
Amerikan gazetelerinden birinin 1777'de böyle bir cihaz hakkında yazmış olması mümkündür: “... Dr. Franklin, Londra'daki St. Paul Katedrali'ni bir avuç küle çevirebilecek, kürdan kutusu büyüklüğünde bir makine icat etti. ” Ancak, ilk önce ilk şeyler.
İnsanlık iki yüzyıldan biraz fazla bir süredir elektriği kullanıyor, ancak elektrik olayları insanlar tarafından binlerce yıldır biliniyor ve uzun süredir pratik bir önemi yok. Alman bilim adamı Otto von Guericke, bilimin modaya uygun bir eğlence haline geldiği ancak 18. yüzyılın başında, daha önce duyulmamış miktarlarda elektrik aldığı, özellikle halka açık deneyler yapmak için "elektroforik" bir makine yarattı.
Makine, dönerken bir deri parçasının sürttüğü cam bir toptan oluşuyordu. Yaptığı işin etkisi büyüktü: Kıvılcımlar çıtırdadı, görünmez elektrik güçleri kadınların şallarını yırttı ve tüylerinin diken diken olmasına neden oldu. Halk, özellikle vücutların elektrik yüklerini biriktirme yeteneği karşısında şaşırdı.
1745 yılında Leiden Pieter van Musschenbroek'ten Hollandalı fizikçi (1692 - 1761) bir cam kavanoza su döktü, içine vazodaki çiçek gibi bir parça tel koydu ve onu avuçlarıyla dikkatlice kavrayarak kavanoza getirdi. elektrofor makinesi. Şişe o kadar çok elektrik topladı ki tel parçasından "sağır edici bir kükreme" ile parlak bir kıvılcım fırladı. Bilim adamı bir dahaki sefere parmağıyla tele dokunduğunda bilincini kaybettiği bir darbe aldı; Zamanında gelen asistan Kuneus olmasaydı mesele üzücü bir şekilde sonuçlanabilirdi.
Böylece o dönemde bilinen herhangi bir cisimden milyonlarca kat daha fazla şarj biriktirebilecek bir cihaz yaratıldı. Buna "Leyden kavanozu" adı verildi. Plakalardan biri deneycinin avuç içi, dielektrik kısmı cam duvarlar ve ikinci plaka su olan bir tür kapasitördü.
Buluşun haberi aydınlanmış Avrupa'ya yayıldı. Leyden kavanozu hemen Fransız kralı XV. Louis'i eğitmek için kullanıldı. Gösteriler başladı. Tarihe geçen deneylerden birinde, el ele tutuşan bir koruma zincirinden elektrik akımı geçirildi. Elektrik deşarjı vurunca herkes sanki havaya yürüyecekmiş gibi tek vücut olarak ayağa fırladı. Başka bir deneyde, 700 keşişten oluşan bir zincirden akım geçirildi...
Amerika'da Leyden kavanozu ile yapılan deneyler daha pratik bir yön aldı. 1747'de Amerika Birleşik Devletleri'nin kurucularından biri olan, daha önce adı geçen Benjamin Franklin tarafından başlatıldılar. Kavanozu teneke folyoya sarma fikri aklına geldi ve kapasitesi kat kat arttı, iş daha güvenli hale geldi. Bununla ilgili deneylerde Franklin, bir elektrik deşarjının ısı üretebileceğini ve termometredeki cıva sütununu yükseltebileceğini kanıtladı. Ve kavanozu kalay folyoyla kaplı bir cam plakayla değiştiren Franklin, geliştirdiği Leyden kavanozundan bile çok daha hafif olan düz bir kapasitör elde etti.
Tarih, gazetenin yazdığı gibi "Aziz Paul Katedrali'ni kül yığınına dönüştürmek" için kullanılabilecek kadar fazla enerji depolayabilen bir cihaz konusunda sessiz kaldı, ancak bu, B. Franklin'in bunu yaratamayacağı anlamına gelmiyor. .
Ve işte nasıl yapılacağına dönme zamanı DIY iyonistör. İhtiyacınız olan her şeyi stokladıysanız, bir parça yalıtımlı tel lehimledikten sonra teneke plakayı film kutusunun altına indirin. Üstüne bir filtre kağıdı yastığı yerleştirin, üzerine bir kat aktif karbon dökün ve tuzlu su döktükten sonra "sandviçinizi" başka bir elektrotla örtün.
İyonistörün çalışma şeması.
Bir elektrokimyasal kapasitörünüz var - iyonistör. İlginçtir çünkü aktif karbon parçacıklarının gözeneklerinde çift elektrik katmanı adı verilen bir katman ortaya çıkar - birbirine yakın yerleştirilmiş farklı işaretlere sahip iki elektrik yükü katmanı, yani bir tür elektrokimyasal kapasitör. Katmanlar arasındaki mesafe angstrom cinsinden hesaplanır (1 angstrom - 10-9 m). Ve bilindiği gibi kapasitörün kapasitansı, plakalar arasındaki mesafe ne kadar küçük olursa o kadar büyük olur.
Bu nedenle çift katmandaki birim hacim başına enerji rezervi en güçlü patlayıcınınkinden daha fazladır. Bu Leyden kavanozu!
İyonistör aşağıdaki gibi çalışır. Harici voltajın yokluğunda kapasitesi ihmal edilebilir. Ancak kapasitörün kutuplarına uygulanan voltajın etkisi altında bitişik kömür katmanları yüklenir. Çözeltideki zıt işaretli iyonlar kömür parçacıklarına doğru akar ve yüzeylerinde çift elektrik katmanı oluşturur.
Endüstriyel elektrokimyasal kapasitör (iyonistör). Düğme boyutundaki metal kasa, gözenekli bir ayırıcıyla ayrılmış iki katman aktif karbonu barındırıyor.
Nasıl yapılacağını şema DIY iyonistör.
Plastik bir kavanoz ve aktif karbondan yapılmış ev yapımı bir iyonistörün şeması:
1 - üst elektrot;
2 - bağlantı kabloları;
3,5 - ıslak aktif karbon katmanları;
4 - gözenekli ayırma contası;
6 - alt elektrot;
7 - vücut.
Kapasitörün kutuplarına bir yük bağlanırsa, kömür parçacıklarının iç yüzeyinden gelen zıt yükler teller boyunca birbirine doğru akacak ve gözeneklerinde bulunan iyonlar dışarı çıkacaktır.
Bu kadar. şimdi nasıl yapılacağını anladın DIY iyonistör.
Modern iyonistörlerin onlarca ve yüzlerce farad kapasitesi vardır. Deşarj edildiklerinde büyük bir güç geliştirebilirler ve çok dayanıklıdırlar. Birim kütle ve birim hacim başına enerji rezervi açısından iyonistörler hala pillerden daha düşüktür. Ancak aktif karbonu en ince karbon nanotüplerle veya elektriksel olarak iletken başka bir maddeyle değiştirirseniz, iyonistörün enerji yoğunluğu inanılmaz derecede artabilir.
Benjamin Franklin nanoteknolojinin düşünülmediği bir dönemde yaşadı ama bu kullanılmadığı anlamına gelmiyor. Nobel Kimya Ödülü sahibi Robert Curie'nin belirttiği gibi, eski ustalar Şam çeliğinden bıçaklar yaparken, farkında olmadan nanoteknoloji yöntemlerini kullanıyorlardı. Antik şam çeliği, metal yapıdaki özel karbon bileşimi sayesinde her zaman keskin ve dayanıklı kalmıştır.
Nanotüpler içeren kömürleşmiş bitki sapları gibi bazı nanomateryaller, Franklin tarafından bir süperkapasitör oluşturmak için kullanılabilir. Kaçınız bunun ne olduğunu anlıyor? Leyden kavanozu ve bunu kim yapmaya çalışacak?
İyonistör, plakaları elektrot ile elektrolit arasında çift elektrik katmanı olan bir kapasitördür. Bu cihazın bir diğer adı süperkapasitör, ultrakapasitör, çift katmanlı elektrokimyasal kapasitör veya ionix'tir. Akım kaynağı olarak kullanılmasına izin veren büyük bir kapasiteye sahiptir.
Süper kapasitör cihazı
Bir iyonistörün çalışma prensibi geleneksel bir kapasitöre benzer, ancak bu cihazlar kullanılan malzemelerde farklılık gösterir. Bu tür elemanlarda astar olarak gözenekli malzemeler kullanılır - iyi bir iletken olan aktif karbon veya köpüklü metaller. Bu, alanlarının birçok kez arttırılmasını mümkün kılar ve kapasitörün kapasitesi elektrotların alanıyla doğru orantılı olduğundan aynı ölçüde artar. Ek olarak, elektrolitik kapasitörlerde olduğu gibi dielektrik olarak plakalar arasındaki mesafeyi azaltan ve kapasitansı artıran bir elektrolit kullanılır. En yaygın parametreler 5-10V voltajda birkaç faraddır.
İyonistör türleri
Bu tür cihazların birkaç türü vardır:
- Mükemmel polarize edilebilir aktif karbon elektrotlarla. Bu tür elementlerde elektrokimyasal reaksiyonlar meydana gelmez. Elektrolit olarak sodyum hidroksit (%30 KOH), sülfürik asit (%38 H2SO4) veya organik elektrolitlerin sulu çözeltileri kullanılır;
- Mükemmel bir şekilde polarize olabilen aktif karbon elektrot tek bir plaka olarak kullanılır. İkinci elektrot zayıftır veya polarize edilemez (tasarıma bağlı olarak anot veya katot);
- Psödokapasitörler. Bu cihazlarda plakaların yüzeyinde tersinir elektrokimyasal reaksiyonlar meydana gelir. Büyük bir kapasiteye sahiptirler.
İyonistörlerin avantajları ve dezavantajları
Bu tür cihazlar pil veya akümülatör yerine kullanılır. Bunlarla karşılaştırıldığında bu tür unsurların avantajları ve dezavantajları vardır.
Süper kapasitörlerin dezavantajları:
- ortak elemanlarda düşük deşarj akımı ve bu dezavantaja sahip olmayan tasarımlar oldukça pahalıdır;
- deşarj sırasında cihazın çıkışındaki voltaj düşer;
- düşük iç dirence sahip yüksek kapasiteli elemanlarda kısa devre olması durumunda kontaklar yanar;
- geleneksel kapasitörlere kıyasla izin verilen voltaj ve deşarj oranının azaltılması;
- akülere göre daha yüksek kendi kendine deşarj akımı.
Ultrakapasitörlerin avantajları:
- akülere göre daha yüksek hız, şarj ve deşarj akımı;
- dayanıklılık - 100.000 şarj/deşarj döngüsünden sonra test edildiğinde parametrelerde herhangi bir bozulma görülmedi;
- çoğu tasarımda yüksek iç direnç, kısa devre sırasında kendi kendine deşarjı ve arızayı önler;
- uzun servis ömrü;
- daha az hacim ve ağırlık;
- iki kutupluluk - üretici "+" ve "-" işaretini verir, ancak bu, üretim testleri sırasında uygulanan yükün polaritesidir;
- geniş çalışma sıcaklığı aralığı ve mekanik aşırı yüklere karşı direnç.
Enerji yoğunluğu
Süper kapasitörlerde enerji depolama yeteneği kurşun pillere göre 8 kat, lityum pillere göre ise 25 kat daha azdır. Enerji yoğunluğu iç dirence bağlıdır: ne kadar düşükse, cihazın spesifik enerji kapasitesi o kadar yüksek olur. Bilim adamlarının son zamanlardaki gelişmeleri, enerji depolama yeteneği kurşun pillerle karşılaştırılabilecek elementlerin yaratılmasını mümkün kılıyor.
2008 yılında Hindistan'da plakaların grafenden yapıldığı bir iyonistör oluşturuldu. Bu elementin enerji yoğunluğu 32 (Wh)/kg'dır. Karşılaştırma yapmak gerekirse, araba akülerinin enerji kapasitesi 30-40 (Wh)/kg'dır. Bu cihazların hızlandırılmış şarj edilmesi, elektrikli araçlarda kullanılmasına olanak sağlıyor.
2011 yılında Koreli tasarımcılar grafenin yanı sıra nitrojenin de kullanıldığı bir cihaz yarattılar. Bu element spesifik enerji yoğunluğunun iki katını sağladı.
Referans. Grafen, 1 atom kalınlığında bir karbon tabakasıdır.
İyonistörlerin uygulanması
Süper kapasitörlerin elektriksel özellikleri teknolojinin çeşitli alanlarında kullanılmaktadır.
Toplu taşıma
Pil yerine iyonistör kullanan elektrikli otobüsler Hyundai Motor, Trolza, Belkommunmash ve diğerleri tarafından üretiliyor.
Bu otobüsler yapısal olarak çubuksuz troleybüslere benzer ve bir iletişim ağı gerektirmez. Yolcu inerken ve binerken duraklarda veya güzergahın bitiş noktalarında 5-10 dakika içinde şarj ediliyor.
İyonistörlerle donatılmış troleybüsler, kopuk temas hatlarını ve trafik sıkışıklıklarını atlatabiliyor ve güzergahın son noktalarındaki depolarda ve otoparklarda kablo gerektirmiyor.
Elektrikli arabalar
Elektrikli araçların temel sorunu uzun şarj süreleridir. Yüksek şarj akımına ve kısa şarj süresine sahip bir ultra kapasitör, kısa duraklamalar sırasında yeniden şarj edilmesini sağlar.
Rusya'da, pil olarak özel olarak oluşturulmuş bir iyonistörü kullanan bir Yo-mobile geliştirildi.
Ayrıca aküye paralel bir süper kapasitörün takılması, çalıştırma ve hızlanma sırasında elektrik motorunun tükettiği akımı artırmanıza olanak tanır. Bu sistem KERS'te, Formula 1 araçlarında kullanılıyor.
Tüketici elektroniği
Bu cihazlar, fotoğraf flaşlarında ve hızlı şarj ve deşarj olma özelliğinin, cihazın boyutundan ve ağırlığından daha önemli olduğu diğer cihazlarda kullanılır. Örneğin kanser dedektörü 2,5 dakikada şarj oluyor ve 1 dakika çalışıyor. Bu, araştırma yapmak ve cihazın boşalmış pillerden dolayı çalışmaz hale gelmesi durumlarını önlemek için yeterlidir.
Araba mağazalarından araba radyosuna paralel olarak kullanılmak üzere 1 farad kapasiteli iyonistörler satın alabilirsiniz. Motorun çalıştırılması sırasında voltaj dalgalanmalarını yumuşatırlar.
DIY iyonistör
Dilerseniz kendi ellerinizle bir süper kapasitör yapabilirsiniz. Böyle bir cihaz daha kötü parametrelere sahip olacak ve uzun sürmeyecek (elektrolit kuruyana kadar), ancak genel olarak bu tür cihazların çalışması hakkında bir fikir verecektir.
Kendi elinizle bir iyonistör yapmak için ihtiyacınız olan:
- bakır veya alüminyum folyo;
- tuz;
- eczaneden aktif karbon;
- pamuk yünü;
- kablolar için esnek teller;
- kasa için plastik kutu.
Bir ultrakapasitörün üretim prosedürü aşağıdaki gibidir:
- kutunun altına sığacak kadar büyük iki parça folyo kesin;
- telleri folyoya lehimleyin;
- kömürü suyla nemlendirin, toz haline getirin ve kurutun;
- %25'lik bir tuz çözeltisi hazırlayın;
- kömür tozunu tuzlu su çözeltisiyle bir macun kıvamına gelinceye kadar karıştırın;
- pamuk yünü tuz çözeltisiyle nemlendirin;
- macunu folyo üzerine ince, eşit bir tabaka halinde uygulayın;
- bir “sandviç” yapın: kömürlü folyo, ince bir pamuk yünü tabakası, kömürlü folyo;
- yapıyı kutuya yerleştirin.
Böyle bir cihazın izin verilen voltajı 0,5 V'tur. Aşıldığında elektroliz işlemi başlar ve iyonistör gaz aküsüne dönüşür.
İlginç. Bu tür birkaç yapıyı bir araya getirirseniz, çalışma voltajı artacak, ancak kapasite düşecektir.
İyonistörler, yüksek şarj ve deşarj oranları sayesinde geleneksel pillerin yerini alabilecek, gelecek vaat eden elektrikli cihazlardır.
Video
İyonistörler, elektrik enerjisini depolamak için tasarlanmış elektrokimyasal cihazlardır. Büyük bir şarj-deşarj oranı (onbinlerce kata kadar), diğer pillerden (şarj edilebilir piller ve galvanik hücreler) farklı olarak çok uzun bir servis ömrüne sahiptirler, düşük kaçak akıma sahiptirler ve en önemlisi iyonistörler büyük kapasite ve çok küçük boyutlar. İyonlaştırıcılar kişisel bilgisayarlarda, araba radyolarında, mobil cihazlarda vb. yaygın olarak kullanılmaktadır. Ana pil çıkarıldığında veya cihaz kapatıldığında hafızayı saklamak için tasarlanmıştır. Son zamanlarda iyonistörler güneş pilleri kullanan otonom güç sistemlerinde sıklıkla kullanılıyor.
İyonistörler ayrıca hava koşullarından bağımsız olarak çok uzun süre şarj depolar, dona ve ısıya karşı dayanıklıdır ve bu durum cihazın çalışmasını hiçbir şekilde etkilemez. Bazı elektronik devrelerde hafızayı depolamak için iyonistörün voltajından daha yüksek bir voltaja sahip olmanız gerekir; bu sorunu çözmek için iyonistörler seri olarak bağlanır ve iyonistörün kapasitansını arttırmak için iyonistörün voltajına göre bağlanırlar. paralel. İkinci bağlantı türü esas olarak iyonistörün çalışma süresini arttırmak ve ayrıca yüke sağlanan akımı arttırmak için kullanılır; akımı paralel bağlantıda dengelemek için her iyonistöre bir direnç bağlanır.
İyonistörler genellikle pillerle birlikte kullanılır ve onlardan farklı olarak kısa devrelerden ve ortam sıcaklığındaki ani değişikliklerden korkmazlar. Zaten günümüzde büyük kapasiteli ve 1 ampere kadar akıma sahip özel iyonistörler geliştirilmektedir.Bilindiği gibi günümüz teknolojisinde hafıza depolamak için kullanılan iyonistörlerin akımı 100 miliamper'i geçmemektedir, bu bir ve en İyonistörlerin önemli bir dezavantajı vardır ancak bu, iyonistörlerin yukarıda listelenen avantajlarıyla telafi edilemez. İnternette süper kapasitörlere dayanan birçok tasarım bulabilirsiniz - bunlar aynı zamanda iyonistörlerdir. İyonlaştırıcılar oldukça yakın zamanda ortaya çıktı - 20 yıl önce.
Bilim adamlarına göre gezegenimizin elektrik kapasitesi, basit bir kapasitörle karşılaştırıldığında 700 mikrofaraddır... İyonistörler esas olarak aktifleştirme ve özel işlemden sonra gözenekli hale gelen kömürden yapılır; iki metal plaka bölmeye sıkıca bastırılır. kömür. Evde bir iyonistör yapmak çok basittir, ancak gözenekli karbon elde etmek neredeyse imkansızdır; kömürü evde işlemeniz gerekir ve bu biraz sorunludur, bu nedenle bir iyonistör satın almak ve üzerinde ilginç deneyler yapmak daha kolaydır. Örneğin, bir iyonistörün parametreleri (güç ve voltaj), LED'in uzun süre parlak bir şekilde yanması veya çalışması için yeterlidir.