Ионистор википедия: Ионистор — Википедия

Содержание

Обсуждение:Ионистор Википедия

Уголь плохой изолятор???[ ]

Разве уголь, в принципе, должен быть изолятором? Он вроде используется в ионисторе потому, что относительно хороший проводник.Электрический пробой углю не угрожает.Максимальное напряжение ионистора ограничивает в основном предел разложения (электролиза) электролита...96.22.65.89 02:16, 19 марта 2012 (UTC)96.22.65.89 02:16, 19 марта 2012 (UTC)

Что-то не нравятся мне фразы типа "обкладками в которых служит двойной электрический слой", "толщина двойного электрического слоя (т.е. расстояние между обкладками конденсатора) очень мала" и "использование двойного электрического слоя вместо обычного диэлектрика". То он обкладка, то диэлектрик...

И вообще, что может значить "двойной электрический"?.. В два раза более электрический? Два электрических слоя, плавно переходящих друг в друга? Скорее всего два слоя разных диэлектриков...

Наверное переводчики чего-то намудрили.

Хотя в принципе смысл понятен.

Двойной электрический слой -- это такой электрохимический термин, абсолютно стандартный. Не фантазируйте, коли не знаете.--Begemotv2718 18:19, 15 октября 2006 (UTC)

В конце страницы IMHO не согласуются единицы измерения. В одном месте написано "обладающий удельной энергоёмкостью до 32 кВт·ч/кг," (киловатт*час/кг)", а еще ниже уже "Удельная энергия меньше (3-5 Вт·ч/кг" (ватт*час/кг). Где-то косяк.

Я, конечно, могу что-либо недопонимать или понимать не правильно, но утверждение «Неполярность (хотя на ионисторах и указаны „+“ и „-“, это делается для обозначения полярности остаточного напряжения после его зарядки на заводе изготовителе)» я ставлю под сомнение на основании конкретной характеристики ионисторов как полярных элементов, опубликованной на стр. 63 выпуска № 1 журнала «Электронные компоненты» за 2001-й год (старость материала, в свою очередь, ставит под сомнение саму характеристику), ниже приведу цитату:

Ионисторы - полярные приборы. При обратном включении резко возрастает ток утечки, происходит необратимое снижение ёмкости, рост внутреннего сопротивления и отказ прибора.

В статье я не нашел применения ионистора, то, что он продавался и продается, ясно. Но в качестве чего, батарей элементов, входящих в состав системы рекуперативного торможения? Сим прошу компетентных людей разрешить мои сомнения. Орай-Орай 07:51, 4 марта 2010 (UTC)

Название[

Суперконденсаторы. Устройство и применение. Виды и работа

Суперконденсаторы — это электрохимические конденсаторы, которые существенно отличаются от обычных практически неограниченной долговечностью, более низкими потерями тока и большими значениями удельной мощности. При этом они имеют на порядок меньшие габариты. То есть это батарея нового поколения, которая сможет открыть многочисленные перспективы в энергетике. В первую очередь большой интерес к суперконденсаторам вызван возможностью замены ими батарей, а также создания гибких источников питания большой мощности.

Стратегической задачей для ученых является создание батарей высокой емкости, которые можно было бы использовать в разных областях, к примеру, для электромобилей. Это позволит обеспечить поездки на длительные дистанции и быструю зарядку батарей. Также это гарантирует более экономичную работу возобновляемых источников энергии путем аккумулирования избытков энергии: ветроэнергетические установки, солнечные батареи и так далее.

Виды

Суперконденсатор – это тот же аккумулятор, но на порядок с лучшими свойствами. В первую очередь это относится к существенно более быстрому заряду и разряду. Суперконденсатор представляет элемент с двумя электродами, между ними располагается электролит. Электроды выполнены в виде пластины из определенного материала. Для улучшения электрических параметров суперконденсатора, пластины могут дополнительно покрываться пористым материалом, к примеру, активированным углем. В качестве электролита может применяться неорганическое или органическое вещество.

В целом суперконденсатор – это гибрид химической аккумуляторной батареи и обычного конденсатора:
  • Главное отличие суперконденсатора от привычного конденсатора — в наличии у первого не просто диэлектрика между электродами, а двойного электрического слоя. В результате между электродами образуется очень маленькое расстояние, а его возможность накапливать электрическую энергию (электрическая емкость) получается намного выше.
  • Кроме этого суперконденсатор от аккумуляторной батареи отличается скоростью накапливания, а также степенью отдачи электрического заряда. Благодаря применению двойного электрического слоя повышается площадь поверхности электродов при тех же общих габаритах. То есть в устройстве сочетаются лучшие электрические характеристики – существенная емкость аккумулятора и скорость конденсатора.

Впервые о суперконденсаторе заговорили в 1962 году. Именно тогда химик американской компании Standard Oil Company Роберт Райтмаер подал заявку на патент, где подробно расписывался механизм сохранения электрической энергии в конденсаторе, который обладал «двойным электрическим слоем». В предлагаемом варианте акцент делался на материал обкладок. У электродов должна быть различная проводимость: один электрод должен иметь электронную проводимость, а другой – ионную. В результате при заряде конденсатора происходило разделение положительных центров и электронов в электронном проводнике, а также разделение анионов и катионов в ионном проводнике.

В 1971 году лицензия досталась японской компании NEC, которая к этому времени занималась всеми направлениями электронной коммуникации. NEC удалось успешно продвинуть технологию под названием «Суперконденсатор». Затем суперконденсаторами стали заниматься и другие компании. С 2000-х годов активное развитие технологии началось во многих странах мира.

Суперконденсаторы сегодня подразделяются на:
  • Двойнослойные конденсаторы (ДСК).
  • Псевдоконденсаторы.
  • Гибридные конденсаторы.

Двойнослойный суперконденсатор предполагает наличие двух пористых электродов, выполненных из электропроводящих материалов, а также разделенных заполненным электролитом сепаратором. Здесь процесс запасания энергии идет за счет разделения заряда на электродах с весьма большой разностью потенциалов между ними. Электрический заряд двойнослойных конденсаторов определяется непосредственно емкостью двойного электрического слоя, то есть отдельного конденсатора на поверхности каждого электрода. Между собой они соединяются последовательно посредством электролита, который является проводником с ионной проводимостью.

Псевдоконденсаторы уже ближе к перезаряжаемым аккумуляторам. В них имеются два твердых электрода. Принцип действия сочетает два механизма сохранения энергии: фарадеевские процессы, которые схожи с процессами, происходящими в батареях и аккумуляторах, а также электростатическое взаимодействие, свойственное конденсаторам с двойным электрическим слоем. Приставка «псевдо» появилась вследствие того, что емкость ДЭС зависит не только от электростатических процессов, но и быстрых фарадеевских реакций с переносом заряда.

Гибридные конденсаторы – это переходный вариант между конденсатором и аккумулятором. Слово «гибридные» обусловлено тем, что электроды в гибридных конденсаторах производятся из различных материалов, а накопление заряда осуществляется по разным механизмам. Большинством случаев в гибридных конденсаторах катодом является материал с псевдоемкостью. В результате аккумулирование заряда на катоде осуществляется вследствие окислительно-восстановительных реакций, что увеличивает удельную емкость конденсатора, а также расширяет область рабочих напряжений.

В гибридных конденсаторах часто применяют комбинацию электродов из допированных проводящих полимеров и смешанных оксидов. Весьма перспективными могут стать композиционные материалы, которые состоят из оксидов металлов, осажденных на проводящие полимеры или углеродные носители.

Принцип действия

Суперконденсаторы, как высокоемкие конденсаторы, производят накопление энергии электростатическим способом, поляризуя раствор электролита. При накоплении энергии в суперконденсаторе химические реакции не задействуются, хотя суперконденсатор является электрохимическим устройством. В силу высокой обратимости механизма накопления энергии, конденсаторы способны тысячи раз заряжаться и разряжаться.

Суперконденсатор – электрохимический конденсатор, который имеет способность накапливать чрезвычайно большое количество энергии по отношению к его размеру, а также в сравнении с традиционным конденсатором. Данное свойство суперконденсатора особенно интересно в создании гибридных транспортных средств в автомобильной промышленности, в том числе в производстве машин на аккумуляторной электротяге, в которых суперконденсаторы применяются в виде дополнительного накопителя энергии.

В большинстве случаев, в суперконденсаторе действуют два активных электрода, которые разделены непроводящим материалом, размещенным между металлическими токовыми коллекторами. Органический или водный электролит пропитывает пористые электроды, обеспечивая появление носителей заряда в устройстве с последующим его накоплением.

Применения и особенности
Области применения суперконденсаторов могут быть поделены на следующие направления:
  • Накопительные устройства для источников возобновляемой энергии, к примеру, топливных элементов, океанской волны, ветра и солнца.
  • Транспортные средства, к примеру, устройства запуска двигателя машин, гибридные электрические транспортные средства, автомобили на водородном топливе, локомотивы поездов.
  • Как накопители энергии в жилищном секторе, к примеру, в зданиях с солнечными фотоэлектрическими системами, в которых имеется необходимость в аккумуляторах с повышенными характеристиками.
  • Благодаря высокой плотности энергии и удельной емкости, суперконденсаторы применяются в электронных устройствах в виде источника кратковременного электропитания.
  • В системах бесперебойного электропитания. Достоинством является то, что они в критических областях применения обеспечивают мгновенную мощность.
  • Среди развивающихся областей суперконденсаторы находят применение в системах бесперебойного электропитания с топливными элементами.
  • В устройствах демпфирования пиковой нагрузки, а также запуска двигателя.
  • Электроэнергетика с критическими нагрузками, коммуникации аэропортов, вышки беспроводной связи, банковские центры, больницы.
  • Источник резервного питания для материнских плат, микропроцессоров и запоминающих устройств.
  • Мобильные телефоны.
Достоинства и недостатки
Среди достоинств суперконденсаторов можно отметить:
  • Низкая стоимость устройства накопления энергии в расчете на 1 фарад.
  • Высочайшая плотность емкости.
  • Высокий кпд цикла, который достигает 95% и выше.
  • Длительный срок службы.
  • Надежность устройства.
  • Экологическая безопасность.
  • Бесперебойная эксплуатация.
  • Весьма высокая удельная энергия и удельная мощность.
  • Широкий диапазон рабочих температур.
  • Большое количество циклов практически с неизменными параметрами.
  • Высокая скорость заряда и разряда.
  • Сниженная токсичность применяемых материалов.
  • Отличная обратимость механизма накопления энергии.
  • Допустимость разряда до нуля.
  • Малый вес в сравнении с электролитическими конденсаторами.
Среди недостатков суперконденсаторов можно отметить:
  • Относительно малая энергетическая плотность.
  • Не способность обеспечить достаточное накопление энергии.
  • Весьма низкое напряжение на одну единицу элемента.
  • Высокая степень саморазряда.
  • Недостаточное развитие технологий.

Суперконденсаторы в перспективе

В ближайшем будущем суперконденсаторы станут применять повсеместно. Многообещающими областями для суперконденсаторов могут стать медицинская и авиакосмическая промышленность, военная техника:

  • При разработке суперконденсаторов все больше повышается их удельная емкость. В результате во многих технических сферах произойдет полная замена аккумуляторов на конденсаторы.
  • Произойдет интегрирование суперконденсаторов в самые разные структуры: от электроники до всевозможных настроек. Появится умная одежда с использованием этих устройств. Конденсаторы обеспечивают экологически чистый метод экономии энергии, поэтому они имеют больше возможностей для передачи и хранения энергии в сравнении с иными энергосберегающими технологиями.
  • Повсеместное использование суперконденсаторов: автомобили, трамваи, автобусы, электроника, в особенности смартфоны и другая мобильная техника. Зарядка будет занимать секунды, а запасаемой энергии будет хватать надолго.
Похожие темы:

Суперконденсатор – описание, расчет заряда, схема источника питания

Суперконденсаторы (ионисторы) — это больше, чем просто конденсаторы большой емкости. Они работают по тому же принципу — накопление заряда в электрическом поле, однако при их изготовлении используются немного другие технологии.

У суперконденсаторов металлические электроды покрыты активированным углем и погружены в электролит. Благодаря своей пористости они могут накапливать гораздо больше заряда. В отличие от обычных конденсаторов, заряд накапливается не только на самом электроде, но и на его угольном покрытии. Вот почему их еще часто называют двухслойными конденсаторами (EDLC).

Более того, толщина изолятора здесь также намного меньше чем в обычных конденсаторах и измеряется в нанометрах. В результате этого можно запасти гораздо больше заряда — вплоть до сотни фарад! К сожалению, это происходит за счет допустимого напряжения.

Суперконденсаторы, доступные на рынке, обычно имеют номинальное напряжение 2,7В (одинарные) и 5,4В (сдвоенные). Конечно, это можно «исправить» и получить более высокое напряжение, подключив последовательно несколько суперконденсаторов, но при этом пожертвовав емкостью.

Суперконденсаторы

Емкость 0,5F/1F/2F/3,5F/4F/5F/7,5F/10F/15F, быстрая зарядка до...


Немного теории

О суперконденсаторах нужно знать несколько вещей. Наиболее важные из них касаются зарядки, разрядки и подключения: последовательного и параллельного.

Зарядка суперконденсатора

Начнем с постоянной времени RC-цепи:

t=R*C

За время t суперконденсатор емкостью С, подключенный последовательно с резистором  R, зарядится примерно до 2/3 (точнее до 63,2%) напряжения питания. За время 5t суперконденсатор зарядится до значения очень близкое к напряжению питания (99,3%).

Эти интервалы обусловлены тем, что процесс зарядки конденсатора является не линейной функцией (экспоненциальной). Для определения его параметров можно использовать следующие формулы:

В приведенных выше формулах:

  • Q: мгновенный заряд, в момент t [Кл];
  • C: емкость конденсатора [Ф];
  • I: мгновенный зарядный ток [A];
  • V0: напряжение зарядки [В];
  • V: мгновенное напряжение на суперконденсаторе [В];
  • R: сопротивление, подключенное последовательно с суперконденсатором [Ом];
  • t: время [сек].

Обратите внимание, что:

  1. По мере зарядки заряд на пластинах суперконденсатора растет, как и его напряжение.
  2. По мере продолжения зарядки ток заряда уменьшается: от V0\R до почти нуля.
  3. Время зарядки суперконденсатора зависит от его емкости C и сопротивления R.

Практический пример: зарядка суперконденсатора емкостью 1Ф через резистор сопротивлением 50 Ом от источника напряжения 5 В (зафиксированного на осциллографе):

На рисунке видно, что суперконденсатор достиг заряда 63,2% (3,16 В) примерно за 47 секунд. Это согласуется (более менее) с постоянной времени:

t = 50 Ом * 1 Ф = 50 сек

Схема зарядки суперконденсатора

Схема зарядки суперконденсатора выглядит следующим образом:

В данном случае:

t = R * C = 10 Ом * 1 Ф = 10 сек

суперконденсатор будет заряжен до ~ 3,3В через 10 секунд — и до 5 В  примерно через 5 секунд.

зарядный ток будет равен:

I = U \ R = 5 В \ 10 Ом = 0,5 A

В чем проблема? В выделяемой мощности на резисторе:

P = U \  I = U * (U \ R) = 5 В * (5 В \ 10 Ом) = 2,5 Вт

Из этого следует, что на резисторе можно выделиться до 2,5 Вт мощности. Резисторы, которые мы обычно используем, имеют не более 0,25 Вт мощности, что в десять раз меньше. Установленный в такую ​​схему резистор мощностью 0,25 Вт просто перегорит.

Выход из данной ситуации — распределение напряжения и тока следующим образом:

Конечное сопротивление такой схемы по-прежнему составляет 10 Ом:

Rz = R1 * R2 \ (R1 + R2) = (10 Ом + 10 Ом) * (10 Ом + 10 Ом) \ ((10 Ом + 10 Ом) + (10 Ом + 10 Ом)) = 400 Ом / 40 Ом = 10 Ом

В данном случае ток в обеих ветвях будет по 250 мА. Напряжение на каждом из резисторов:

Ur = I \ R = 0,25 A \  10  Ом = 2,5 В

отсюда мощность на каждом резисторе:

P = U \  I = 2,5 В \ 0,25 A = 0,625 Вт

…таким образом, можно использовать резисторы мощностью 1 Вт.

Практичный источник питания с суперконденсатором

В практических решениях широко используются суперконденсаторы, например, для питания часов реального времени.

В подобных схемах необходимо использовать диод, который защитит цепь зарядки от «обратного тока» от самого суперконденсатора. Схема может выглядеть так:

Напряжение питания V0 может поступать, например, от Ардуино. Диод D1 защищает источник питания от «смещения» тока от суперконденсатора – чтобы на выход стабилизатора V0 не поступало напряжение с конденсатора.

Однако этот диод также влияет на напряжение зарядки суперконденсатора, которое в такой схеме ниже на величину падение напряжения на диоде. В зависимости от типа диода оно может составлять 0,6. .0,8В.

Катод диода через резистор подключен к суперконденсатору C1. Сопротивление резистора определяется, как и выше, учитывая постоянную времени.

Примеры суперконденсаторов

При выборе суперконденсатора учитывайте:

  • Емкость, измеряемая в фарадах — чем больше емкость, тем больше заряда может накапливать суперконденсатор и, как следствие, дольше обеспечивать питание вашей системы,
  • Номинальное напряжение, измеряемое в вольтах — максимальное напряжение, которое конденсатор может обеспечить на выводах.

Некоторые примеры (фото) суперконденсаторов:

Емкость 1Ф, максимальное напряжение 5,5В (сдвоенный; на картинке слева — справа 4Ф):

Максимальное напряжение 5,5 В, емкость 4Ф, высота 5 мм, диаметр 25 мм (сдвоенный):

Максимальное напряжение 2,7 В, емкость: 100Ф (!), Высота и диаметр более 5 см:

Некоторые комментарии…

  • Каждый суперконденсатор имеет определенное максимальное напряжение — например, 2,7 или 5,5 В. Подача большего напряжения может привести к взрыву суперконденсатора.
  • Суперконденсаторы поляризованы: не перепутайте, какая ножка «-», а какая — «+»; обратная полярность может привести к взрыву суперконденсатора,
  • Суперонденсаторы могут выдерживать большое количество циклов заряда и разряда. В этом отношении они во много раз более устойчивы, чем, например, NiMH или LiPo батареи.
  • Если у вашего конденсатора слишком низкое напряжение или слишком малая емкость — вы можете подключать их последовательно или параллельно.

Батарея 12В/100А на суперконденсаторах


Суперконденсатор (он же ионистор) - это почти тот же конденсатор, только большой емкости, сравнимой с аккумулятором. Я сделал батарею 12 В из таких ионисторов, которою вполне можно использовать в различных устройствах. И будет она служить дольше в определенных режимах по сравнению с аккумуляторами любого типа, и вот почему суперконденсатор тут выигрывает:
  • - не боится полного разряда «в ноль»;
  • - в 100, а может 1000 раз больше выдерживает циклов «заряд/разряд»;
  • - не боится критических перегрузок по току.

И это ещё не все. Продолжу после сборки батареи.

Понадобится





Инструмент: паяльник, пинцет, кусачки.
Расходники: припой, флюс.

Изготовление батареи из ионисторов


Будем делать батарею из 8 ионисторов, включенных встречно-параллельно. А именно будет 4 пары из двух параллельно включенных конденсаторов, включенных последовательно.

Лакированную медную проволоку нужно выпрямить и очистить от лака. Сделать это можно с помощью канцелярского ножа.

Сгибаем проволоку в соединительные элементы.

Нужно сделать три квадрата и два полюса.

К полюсам, как на настоящей батареи, припаиваем гайки для подключения.

Лудим уголки квадратиков.

Собираем батарею, припаиваем соединители к ионисторам, не путая полярность.

Сначала собираем 4 группы.

А затем припаиваем полюса.

Заряжаем током 5 Ампер.

Через пять минут батарея полностью заряжена.

Проверяем лампой.

Замыкаем проволокой - раскалилось до красна.

Подключаем электродвигатель.

Где применить


А применить такую батарею можно там, где есть высокие и кратковременные нагрузки по току. Идеальный пример: накопительный конденсатор для сабвуфера в машину.
Также батарея пригодится там, где имеются частые циклы заряда и разряда: в виде аккумулятора для накопления энергии от солнечных батарей, и полной ее отдаче в ночное время фонарям.
Это лишь два варианта использования, но их гораздо больше.
Стоят они даже на Али Экспресс (ссылка) относительно не дорого, учитывая громадный срок их службы при использовании по назначению.

Смотрите видео


принцип работы и алгоритм выбора

Все чаще в составе современных электронных устройств можно встретить суперконденсаторы. Суперконденсаторы способны выступать как в качестве основных элементов питания, так и в качестве буферных элементов для сглаживания провалов напряжения аккумуляторов при работе с импульсной нагрузкой.

Наравне с термином «суперконденсатор» в литературе часто применяют альтернативные названия, например, «ультраконденсатор» или «ионистор». Все эти именования используются для обозначения одного и того же компонента – конденсатора с двойным электронным слоем. Впервые суперконденсатор был создан в далеком 1957 году компанией General Electric. Позднее аналогичные компоненты выпускались различными производителями по всему миру, в том числе и в СССР (например, ионисторы КИ1-1).

Принцип работы суперконденсатора

Структура и принцип работы суперконденсатора поясняются на рис. 1. Суперконденсатор состоит из электродов, графитового сепаратора и электролита. При приложении внешнего напряжения носители заряда образуют два электронных слоя на границе сепаратора и электролита. Чем больше площадь поверхности сепаратора, тем больше будет накапливаемый заряд. Из рисунка видно, что в отличие от аккумуляторов в суперконденсаторе отсутствуют химические реакции, а энергия накапливается в виде статического заряда, как и в обычных конденсаторах.

Рис. 1. Структура и принцип действия суперконденсатора

Основные характеристики суперконденсаторов

По своим характеристикам суперконденсаторы занимают промежуточное положение между аккумуляторами и обычными конденсаторами. В последнее время, благодаря большой емкости, суперконденсаторы становятся отличной альтернативой для аккумуляторов в широком спектре малопотребляющих устройств. Сравнение некоторых параметров суперконденсаторов и аккумуляторов приведено в таблице 1.

Таблица 1. Сравнение параметров суперконденсаторов и аккумуляторов

Параметр

Суперконденсатор

Литий-ионный аккумулятор

Время заряда

1–10 с

10–60 мин

Срок службы (циклов)

1 миллион циклов
или 30 000ч

500 и более

Напряжение

2,3…2,75 В (тип)

3,6 В (ном)

Удельная энергия (Вт·ч/кг)

5 (тип)

120–240

Удельная мощность (Вт/кг)

До 10 000

1 000…3 000

Стоимость кВт·ч

$10,000 (тип)

$250–$1,000

Время наработки на отказ)

10-15 лет

5-10 лет

Диапазон температур заряда

–40…65 °C

0…45 °C

Диапазон температур разряда

–40 to 65 °C

–20…60 °C

Емкость – один из важнейших параметров для любого накопителя энергии. По величине удельной емкости на единицу массы суперконденсаторы значительно превосходят обычные конденсаторы (в том числе, электролитические), но в свою очередь так же сильно уступают аккумуляторам (рис. 2). По этой же причине стоимость единицы емкости для суперконденсаторов оказывается существенно выше, чем для аккумуляторов.

Рис. 2. Сравнение удельной емкости накопителей энергии

Вторым по важности параметром накопителя энергии является разрядный ток. По этому показателю лидируют обычные конденсаторы, которые из-за низкого собственного сопротивления способны выдерживать огромные импульсы тока. Аккумуляторы наоборот отличаются высоким сопротивлением и чрезвычайно чувствительны к большим разрядным токам. Например, литий-ионные аккумуляторы склонны к перегреву и разрушению при быстром разряде. Суперконденсаторы характеризуются более высоким последовательным сопротивлением, чем простые конденсаторы, однако существуют модели, способные выдерживать разрядные токи до сотен ампер.

Высокое сопротивление создает проблемы не только с точки зрения разогрева, но и с точки зрения просадки напряжения при импульсной нагрузке. Импульсное потребление характерно для большинства современных систем, но особенно ярко оно проявляется в устройствах с беспроводными радиопередатчиками. На рис. 3 представлен пример преждевременного отключения системы с аккумуляторным питанием из-за просадки напряжения. При передаче данных по беспроводному каналу потребление системы существенно возрастает, однако аккумулятор не способен выдать требуемую мощность мгновенно. Из-за этого напряжение на нагрузке проседает и может опуститься ниже порогового значения. Пороговое значение ограничивает минимально допустимое напряжение питания, ниже которого происходит отключение устройства. На рис. 3 пороговое значение составляет 1 В. В результате просадки напряжения устройство отключается, несмотря на то, что уровень заряда аккумулятора на самом деле остается высоким. Во многих случаях с данной проблемой не могут справиться даже развязывающие конденсаторы.

Рис. 3. Провалы напряжения из-за высокого внутреннего сопротивления аккумулятора

Суперконденсаторы способны выдавать достаточно высокую импульсную мощность и позволяют решить проблему просадки напряжения (рисунок 4). Для этого суперконденсатор включается параллельно с аккумулятором. В данном случае ультраконденсатор не только предотвращает ложные выключения системы, но и защищает аккумулятор от пиковых токов, которые негативно влияют на срок его службы и могут в некоторых случаях банально вызвать его перегрев и разрушение. Таким образом, режим буферного элемента является одним из основных вариантов использования суперконденсаторов. Подробнее об этом вопросе рассказывается в статье «Расстояние не помеха. Эффективный радиус действия суперконденсаторов CAP-XX».

Рис. 4. Суперконденсатор не только предотвращает ложные выключения, но и защищает аккумулятор от пиковых токов

В последнее время наблюдается бурное развитие малопотребляющей электроники. Современные электронные системы могут потреблять всего лишь сотни мкА в активном режиме и доли мкА в режиме ожидания. Очень часто для питания таких устройств используют различные маломощные харвестеры энергии: солнечные батареи, виброхарвестеры, термогенераторы и т.д. Для накопления энергии этих преобразователей не всегда можно использовать конденсаторы. Например, устройство может накапливать энергию несколько часов, после чего выполнять быструю отправку данных по радиоканалу и снова засыпать. Высокий саморазряд конденсаторов не позволит работать в таком режиме. В то же время суперконденсатор окажется вполне приемлемым вариантом на роль накопителя энергии. Пример такого режима работы рассматривается в статье «Использование суперконденсаторов CAP-XX в устройствах с питанием от солнечных батарей».

Однако при использовании суперконденсатора в качестве основного элемента питания необходимо учитывать две важные особенности. Во-первых, суперконденсаторы обладают низким рабочим напряжением 2,3…2,75 В (хотя на рынке присутствуют модели с напряжением 3 В, например, суперконденсаторы от VINATech). Этого не всегда достаточно, а значит, может потребоваться последовательное включение нескольких элементов, что приведет к уменьшению суммарной емкости. В то же время у литий-ионных аккумуляторов номинальное напряжение составляет 3,6 В, что является оптимальным значением для большинства современных микросхем.

Во-вторых, еще одним недостатком суперконденсаторов становится линейный характер разряда. Разумеется, предсказуемая форма разряда это хорошо, но не всегда. На рис. 5 представлен пример, в котором система достигает граничного напряжения (минимально допустимое напряжение питания) в тот момент, когда суперконденсатор разряжен всего лишь на 50%. По этой причине для нормальной работы устройства может потребоваться дополнительный повышающий регулятор. В то же время аккумуляторы характеризуются относительно небольшим уменьшением напряжения в рабочем диапазоне.

Рис. 5. Разрядные характеристики аккумуляторов и суперконденсаторов

Еще одним преимуществом суперконденсаторов перед аккумуляторами является широкий диапазон рабочих температур. Это касается как процесса заряда, так и процесса разряда. На рынке присутствуют модели суперконденсаторов, которые способны работать при отрицательных температурах до -40°С и при положительных до +125 °С. В качестве примера можно привести ультраконденсторы от компания FastCAP (рис. 6). Разумеется, на рынке присутствуют и аккумуляторы с широким диапазоном рабочих температур, однако речь идет о специализированных решениях.

Рис. 6. Существуют модели ультарконденсаторов, способные работать в широком диапазоне температур, например, ультраконденсторы от компания FastCAP

Примеры суперконденсаторов

В заключение краткого экскурса по суперконденсатором приведем некоторые конкретные примеры.

Широкий спектр суперконденсаторов выпускает компания LS Mtron, которая была создана на базе одного из подразделений LG Electronics. В номенклатуре LS Mtron можно найти модели с традиционной рулонной и прямоугольной конструкцией, а также суперконденсаторные батареи и модули (рис. 7).

Рис. 7. Суперконденсаторы FastCAP отличаются широким диапазоном рабочих температур -40…+125 °С

Еще одним известным производителем суперконденсаторов является компания SPSCAP, которая предлагает несколько серий одноячеечных суперконденсаторов с диапазоном выходных токов 0,9…250 А (рис. 8). SPSCAP также выпускает ультраконденсаторные батареи.

Рис. 8. Суперконденсаторы от компании SPSCAP

Интересный модельный ряд суперконденсаторов предлагает корейская компания VINATech. Кроме того, это один из немногих производителей, который выпускает суперконденсаторы с рабочим напряжением 3,0 В.

Рис. 9. Суперконденсаторы и суперконденсаторные батареи от VINATech с рабочим напряжением до 3 В

На портале УНИТЕРа мы также неоднократно рассказывали и о некоторых уникальных решениях, к числу которых можно отнести и сверхтонкие суперконденсаторы DMHA14R5V353M4ATA0 от компании Murata. Эти суперконденсаторы имеют толщину всего 0,4 мм (рис. 10).

Рис. 10. Сверхтонкие суперконденсаторы DMHA14R5V353M4ATA0 имеют толщину всего 0,4 мм

В одной из статей мы также рассказывали о суперконденсаторах от компании FastCAP , которые отличаются широким диапазоном рабочих температур -40…+125 °С (рис. 11).

Рис. 11. Суперконденсаторы от компании FastCAP с широким диапазоном рабочих температур

Алгоритм выбора суперконденсаторов

Как уже отмечалось выше, суперконденсаторы могут использоваться либо в качестве основного накопителя энергии, либо в качестве буферного элемента при работе в связке с основным аккумулятором. Разумеется, алгоритм выбора суперконденсатора в этих случаях будет отличаться, однако основные шаги будут примерно одинаковыми.

Для начала следует определиться с основными параметрами суперконденсатора – с рабочим напряжением и с максимальным выходным током.

Суперконденсаторы не любят перенапряжений, по этой причине при выборе подходящего накопителя следует позаботиться о согласовании рабочего напряжения. Для увеличения рабочего напряжения можно использовать последовательное включение суперконденсаторов, однако не стоит забывать, что в таком случае емкость будет уменьшаться. Кроме того, при необходимости следует предусмотреть защитные цепи для ограничения напряжения.

Далее следует рассчитать величину емкости. Рассмотрим алгоритм расчета, предложенный компанией SPSCAP. Для начала необходимо выбрать сценарий разряда суперконденсатора. Разряд может происходить либо с постоянным током, либо с постоянным напряжением.

Разряд с постоянным током. При таком сценарии ток разряда имеет фиксированное значение, а емкость будет рассчитываться по формуле:

C = It / (Vwork -Vmin),

где Vwork – номинальное рабочее напряжение, Vmin – минимально допустимое напряжение, I – ток разряда (постоянная величина в данном случае), t – время разряда.

Например, если Vwork=5 В, Vmin=4,2 В, t = 10 с, I =100 мА = 0,1 А, тогда:

C = 0,1 * 10 / (5 -4,2) = 1,25 Ф.

При выборе конкретной модели суперконденсатора необходимо предусмотреть некоторый запас по емкости. Кроме того, следует учесть температурную зависимость емкости. После выбора конкретной модели суперконденсатора следует свериться с температурной характеристикой, чтобы убедиться в том, что емкость превышает рассчитанное значение во всем диапазоне рабочих температур.

Разряд с постоянной мощностью. В таком случае мощность разряда остается фиксированной, а  емкость будет рассчитываться по формуле:

C = 2Pt/ (Vwork2 -Vmin2)

где Vwork – номинальное рабочее напряжение, Vmin – минимально допустимое напряжение, P – мощность разряда (постоянная величина в данном случае), t – время разряда.

Например, если предполагается разряд суперконденсатора в течение 10 секунд при постоянной мощности 200 кВт, а диапазон рабочего напряжения составляет 450 В - 750 В, тогда требуемая емкость составит:

С = 2 * 200 кВт * 10 / (7502-4502) = 11 Ф

В данном случае вновь следует предусмотреть некоторый запас и температурную зависимость емкости.

Источник:

ионистор — Викисловарь

Морфологические и синтаксические свойства[править]

падеж ед. ч. мн. ч.
Им. иони́стор иони́сторы
Р. иони́стора иони́сторов
Д. иони́стору иони́сторам
В. иони́стор иони́сторы
Тв. иони́стором иони́сторами
Пр. иони́сторе иони́сторах

и·о-ни́с-тор

Существительное, неодушевлённое, мужской род, 2-е склонение (тип склонения 1a по классификации А.  А. Зализняка).

Корень: --.

Произношение[править]

  • МФА: ед. ч. [ɪɐˈnʲistər], мн. ч. [ɪɐˈnʲistərɨ]

Семантические свойства[править]

Значение[править]
  1. электрохимическое устройство, конденсатор с органическим или неорганическим электролитом, «обкладками» в котором служит двойной электрический слой на границе раздела электрода и электролита ◆ Вместо аккумулятора в те же точки – с соблюдением полярности – подключается ионистор емкостью 0,47 Фарады и напряжением 5 В. Андрей Кашкаров, «Занимательная электроника», 2017 г.
Синонимы[править]
  1. суперконденсатор, ультраконденсатор
Антонимы[править]
Гиперонимы[править]
Гипонимы[править]

Родственные слова[править]

Этимология[править]

Происходит от ??

Фразеологизмы и устойчивые сочетания[править]

Перевод[править]

Список переводов

Библиография[править]

Суперконденсатор - Суперконденсатор - qaz. wiki

Электрохимический конденсатор, устраняющий недостаток в электролитических конденсаторах и аккумуляторных батареях

Иллюстрация суперконденсатора um Um diagrama que mostra uma classificação hierárquica de supercapacitores e Capacitores de tipos relacionados.

Um суперконденсатор ( SC ), суперконденсатор , um конденсатор большой емкости, объединяющий большую часть конденсаторов, большую часть конденсаторов, ограничивающий большие объемы конденсаторов, большие конденсаторы конденсаторы eletrolíticos и как baterias recarregáveis.Ele normalmente armazena de 10 и 100 vezes mais energia por unidade de volume ou massa do que os capacity eletrolíticos, pode aceitar e fornecer carga muito mais rápido do que as baterias e толерантность muito mais ciclos de carga и descarga do que as baterias recarregáveis.

Supercapacitores são usados ​​em aplicações que Requerem muitos ciclos rápidos de carga / descarga, em vez de armazenamento de energia compacta de longo prazo - em automóveis, ônibus, trens, guindastes e elevadores, onde sarenagemeo us de energia de curto prazo ou explosão modo de entrega de energia. Unidades menores são usadas como backup de energia para memória de acesso aleatório estática (SRAM).

Ao contrário dos Capacitores comuns, os supercapacitores não usam o dielétrico sólido Conventionional, mas, em vez disso, usam a Capcitância eletrostática de camada dupla e a pseudocapacitâncapccia eletroquírbímica, al.

O eletrólito forma uma conexão divertora iônica entre os dois eletrodos que os distingue dos Capacitores eletrolíticos convcionais, onde uma camada dielétrica semper existe, eo chamado eletrólito, por exemploo , MnO do , Mn20 eletrodo (o cátodo, ou mais corretamente o eletrodo positivo).Os supercapacitores são polarizados por projeto com eletrodos assimétricos ou, para eletrodos simétricos, por um Potencial aplicado durante a fabricação.

História

Desenvolvimento de modelos de camada dupla e pseudocapacitância (ver Camada dupla (interfacial)).

Развитие компонентов

No início dos anos 1950, os engenheiros da General Electric começaram экспериментальный электрический углеродный поросо-но-проектный проект, являющийся частью проекта по сжиганию и восстановлению батарей. О carvão ativado é um condutor elétrico que é uma forma "esponjosa" extremamente porosa de carbono com uma área superficial específica elevada. Em 1957, Х. Беккер desenvolveu um "конденсатор электрический с высоким напряжением для электрода углеродного порозо". Ele acreditava que a energia era armazenada como uma carga nos poros do carbono, assim como nos poros das folhas gravadas de Capacitores eletrolíticos. Como o mecanismo de dupla camada não era conhecido por ele na época, ele escreveu na patente: «Não se sabe exatamente o que está acontecendo no component se ele é usado para armazenamento de energia, mas leva a umateidade extremameta."

General Electric não deu continueidade a esse trabalho imediatamente. Em 1966, pesquisadores da Standard Oil of Ohio (SOHIO) desenvolveram outra versão do component como "aparato de armazenamento de energia elétrica", enquanto trabalhavam em projetosexperimentais de células de горючие. Натуральное оружие для электростанции, не имеющее ничего общего с описанием патента. Это было сделано в 1970 году, или конденсатор электрический, запатентованный для Дональда Л. Бооса, чтобы зарегистрировать его, как электрический конденсатор, с электродом карвана.

Os primeiros Capacitores eletroquímicos usavam duas folhas de alumínio cobertas com carvão ativado - os eletrodos - que eram embebidos em um eletrólito e separados por um isolante poroso fino. Этот проект предназначен для конденсаторов, объединенных в единый конденсатор, в зависимости от того, в каком порядке находится ум фарад, и имеет большое значение для того, чтобы сделать их электрическими емкостями в различных размерах. Esse projeto mecânico básico contina sendo a base da maioria dos Capacitores eletroquímicos.

SOHIO não comercializou sua invenção, лицензия на технологию для NEC, окончательная коммерческая реализация результатов como "supercapacitores" в 1978 году, для создателя энергии резервного копирования для памяти компьютера.

Entre 1975 e 1980, Брайан Эванс Конвей проводит фундаментальную работу по расширению и desenvolvimento em конденсаторные электрохимические системы. Em 1991, Ele descreveu a differença entre o comportamento do "supercapacitor" e da "bateria" no armazenamento de energia eletroquímica. В 1999 г. определен термин «суперконденсатор» для определения емкости, которая используется для наблюдения за мощностями, обеспечивающими окислительно-восстановительный потенциал суперконденсатора для передачи энергии между электродами.Seu «supercapacitor» armazenava carga elétrica parcialmente na camada dupla de Helmholtz e parcialmente como resultado de reações faradaicas com transferência de carga de «pseudocapacitância» de elétrons e prótons entre o eletrodo e eletrodo eeletron. Os mecanismos de funcionamento dos pseudocapacitores são reações redox, intercalação e eletrosorção (AdSorção em uma superfície). Com sua pesquisa, Conway expandiu muito o conhecimento dos Capacitores eletroquímicos.

O mercado se expandiu lentamente.Isso mudou por volta de 1978, quando a Panasonic comercializou sua marca Goldcaps. Este produto se tornou uma fonte de energia de sucesso para aplicativos de backup de memória. Соревнование по прибытии, апенас анос депоис. В 1987 году ELNA "Dynacap" представила entrou no mercado. Os EDLCs de primeira geração tinham resistência interna relativamente alta que limitava a corrente de descarga. Eles foram usados ​​para aplicações de baixa corrente, como alimentar chiprs SRAM ou para backup de dados.

No final da década de 1980, os materiais de eletrodo aprimorados aumentaram os valores de Capitância. Ao mesmo temps, o desenvolvimento de eletrólitos com melhorcondutividade reduziu a resistência em série Equivalente (ESR) aumentando как correntes de carga / descarga. Первый суперконденсатор с внутренним сопротивлением в 1982 году для военных приложений Pinnacle Research Institute (PRI) и для коммерческого использования под маркой «PRI Ultracapacitor».Em 1992, Maxwell Laboratories (mais tarde Maxwell Technologies) assumiu este desenvolvimento. Максвелл использует ультраконденсатор, прежде всего, для «Boost Caps», который используется для использования в приложениях для энергии.

Como o context de energia dos Capitores aumenta com o quadrado da tensão, os pesquisadores estavam procurando uma maneira de aumentar a tensão de ruptura do eletrólito. Em 1994, использование электрического конденсатора для конденсатора высокого напряжения 200 В, Дэвид А.Эванс desenvolveu um "Capacitor Eletroquímico Híbrido Eletrolítico". Esses Capacitores Combinam Recursos de Caps eletrolíticos e eletroquímicos. Eles combinam a alta rigidez dielétrica de um ânodo de um конденсатор eletrolítico com a alta capcitância de um cátodo de óxido de metal pseudocapacitivo (óxido de rutênio (IV)) de um конденсаторный электрохимический электрический конденсатор,. Os Capattery de Evans, Chamados de Capattery, Tinham Um Conteudo de Energia Cerca de 5 maior do que um eletrolítico de tântalo compare do mesmo tamanho.Seus altos custos os limitaram a aplicações militares específicas.

Desenvolvimentos recntes includeem Capcitores de íon-lítio. Esses Capacitores híbridos foram lançados pela FDK em 2007. Eles combinam um eletrodo de carbono eletrostático com um eletrodo eletroquímico de íon de lítio pre-dopado. Essa combinação aumenta o valor da Capitância. Além disso, o processo de pré-dopagem reduz o потенциально anódico e resulta em uma alta tensão de saída da célula, aumentando ainda mais a energia específica.

Departamentos de pesquisa ativos em muitas empresas e universalidades estão trabalhando para melhorar características como energia específica, potência específica e foundation de ciclo e para reduzir os custos de produção.

Projeto

Базовый дизайн

Типовая конструкция суперконденсатора: (1) источник энергии, (2) coletor, (3) eletrodo polarizado, (4) camada dupla de Helmholtz, (5) eletrólito com íons positivos e negativos, (6) separador.

Os Capacitores eletroquímicos (supercapacitores) состоят из нескольких электродов, разделенных на мембрану, проникающих в (разделители), и их электродов, соединенных с ионными электродами. Quando os eletrodos são polarizados por uma voltagem aplicada, os íons no eletrolito formam camadas duplas elétricas de polaridade oposta à polaridade do eletrodo. Por exemplo, eletrodos polarizados positivamente terão uma camada de íons negativos na interface eletrodo / eletrólito, juntamente com uma camada de equilíbrio de carga de íons positivos adorvidos na camada negativa.O oposto é verdadeiro para o eletrodo polarizado negativamente.

Все, что связано с материалом для электродов и форматов суперфиналов, включает в себя элементы, обеспечивающие двойное торможение, а также специальные адсорбционные элементы и вклад в создание общей псевдоконкурсной емкости для суперконденсатора.

Распределение емкости

Os dois eletrodos formam um circuito em série de dois capacity индивидуальные C 1 e C 2 .Общая емкость C Всего é dada pela fórmula

C всего = C 1 ⋅ C 2 C 1 + C 2 {\ displaystyle C _ {\ text {total}} = {\ frac {C_ {1} \ cdot C_ {2}} {C_ {1} + C_ {2}}}}

Os supercapacitores podem ter eletrodos simétricos ou assimétricos. A simetria impla que ambos os eletrodos têm o mesmo valor de Capitância, resultando em uma Capacitância total de metade do valor de cada eletrodo Individual (se C 1 = C 2 , então C всего = ½ C 1 ).Para Capacitores assimétricos, общая емкость, рассчитанная как вода, до электрода, связанная с емкостью (см. C 1 >> C 2 , Então C всего C 2 ) .

Princípios de armazenamento

Os Capacitores eletroquímicos usam o efeito de camada dupla para armazenar energia elétrica; no entanto, esta camada dupla não tem dielétrico sólido normal para separar as cargas.Existem dois princípios de armazenamento na dupla camada elétrica dos eletrodos que Contribuem para a capacity total de um конденсатор eletroquímico:

Ambas as Capacitâncias só são separáveis ​​por técnicas de medição. Квантидад де carga armazenada por unidade de tenão em um конденсатор eletroquímico é mainmente uma função do tamanho do eletrodo, включает quantidade деcapitância de cada princípio de armazenamento Possa Varar extremamente.

Capacitância elétrica de camada dupla

Упрощенный вид ума камада дупла де íons negativos no eletrodo e íons positivos solvatados no eletrólito líquido, separados por uma camada de moléculas de solvente polarizadas.

Cada конденсаторный электрохимический конденсатор, который можно использовать, разделяя его по механическому каналу, который находится в электронном состоянии, когда он находится в электронном состоянии. O eletrólito é uma mistura de íons positivos e negativos dissolvidos em um solvente como a água. Em cada uma das duas superfícies do eletrodo se origina uma área na qual o eletrólito líquido entra em contato com a superfície metálica divertora do eletrodo. Essa interface forma um limite comum entre duas fases diferentes da matéria, como uma superfície de eletrodo sólido insolúvel e um eletrólito líquido adjacente.Nesta interface ocorre um fenômeno muito especial do efeito de camada dupla.

Aplicar Uma Voltagem um конденсатор eletroquímico faz com que ambos os eletrodos no конденсатор gerem camadas duplas elétricas. Essas camadas duplas consistem em duas camadas de cargas: uma camada eletrônica está na estrutura de rede de superfície do eletrodo e a outra, com polaridade oposta, emerge de íons disolvidos e solvatados no eletrólito. As duas camadas são separadas por uma monocamada de moléculas de solvente, por exemplo , para água como solvente por moléculas de água, chamado plano interno de Helmholtz (IHP).Как moléculas de solvente aderem poradsorção física na superfície do eletrodo e separam os íons polarizados opostos uns dos outros, e podem ser idealizados como um dielétrico молекулярный. No processo, não há transferência de carga entre o eletrodo e o eletrólito, portanto as forças que causam a adesão não são ligações químicas, mas forças físicas, por exemplo , forças eletrostáticas. В качестве адсорбционных молекул são polarizadas, mas, devido à falta de transferência de carga entre o eletrólito e o eletrodo, não sofreram alterações químicas.

Квантидада де карга но элетродо соответствует пеле величине das contra-cargas no plano externo de Helmholtz (OHP). Эсте феномено де камада дупла армазена электрическая энергия как обычный конденсатор. Carga de camada dupla forma um campo elétrico estático na camada молекулярные das moléculas do solvente no IHP que correde à força da Voltagem aplicada.

Estrutura e função de um конденсатор de camada dupla perfect. Aplicando uma Voltagem ao конденсатор em ambos os eletrodos, uma camada dupla de Helmholtz será formada separando os íons no eletrólito em uma distribuição de carga de espelho de polaridade oposta

Двойная камада служит приблизительно для обычного конденсатора, служащего одной из основных частей молочной железы.Ассим, формула padrão para Capacitores de Placa Conventionionais pode ser usada para calcular sua Capacitância:

C = ε UMA d {\ displaystyle C = \ varepsilon {\ frac {A} {d}}}.

Consequentemente, a capacity C é maior em capacity feitos de materiais com alta permissividade ε , grandes áreas de superfície da placa de eletrodo A e pequena distância entre as placas d.Como resultado, os Capacitores de camada dupla têm valores de capacity muito mais altos do que os Capacitores Convention, decorrentes da área de superfície extremamente grande dos eletrodos de carvão ativado e da distância de camada dupla extremamente altos (0,3) -0,8 нм), de ordem do comprimento Debye.

Основной desvantagem dos eletrodos de carbono de SCs de camada dupla são os pequenos valores de capacity quântica que atuam em série com a Capacitância de carga espacial iônica.Portanto, um maior aumento da densidade da Capacitância em SCs pode ser conectado com o aumento da Capacitância quântica de nanoestruturas de eletrodo de carbono.

Квант-де-carga armazenada por unidade de tensão em um eletroquímico, primarymente uma função do tamanho do eletrodo. O armazenamento eletrostático de energia nas camadas duplas é linear em relação à carga armazenada e relação dos íons adsorvidos. Além disso, enquanto a carga em Capacitores convention é transferida por meio de elétrons, Capacitância em Capacitores de camada dupla está relacionada à velocidade de movimento limitada dos íons no eletrólito e à estrutura porosa resistiva dos eletroutura.Uma vez que nenhuma mudança química ocorre dentro do eletrodo ou eletrólito, carga e a descarga de camadas duplas elétricas, em princípio, são ilimitadas. A vida útil real dos supercapacitores é limitada apenas pelos efeitos da emporação do eletrólito.

Pseudocapacitância eletroquímica
Visão simpleificada de uma camada dupla com íons especificamente adsorvidos que submeteram sua carga ao eletrodo para explicar a transferência de carga faradaica da pseudocapacitância.

Аппликация напряжения на концах конденсатора электрического тока для перемещения электролитического электрода для поляризационного поляризационного электрода вместо его формы в два раза больше, чем на качественном уровне, когда его молекулы соединяются в одиночку. Pseudocapacitância pode se originar quando íons especificamenteadsorvidos para fora do eletrólito permeiam a camada dupla. Essa pseudocapacitância armazena energia elétrica por meio de reações redox faradaicas reversíveis na superfície de eletrodos, адекватном емм конденсатор eletroquímico de dupla camada elétrica.Псевдокемпорация является компанхейдой для передачи электронов в электронном потоке на растворение и адсорбцию в системе с участием элетрона. Essa transferência de carga faradaica se origina por uma sequência muito rápida de processos reversíveis de redox, intercalação ou eletrosorção. O íon адсорвидо não tem reação química com os átomos do eletrodo (nenhuma ligação química wave), uma vez que ocorre apenas uma transferência de carga.

Um voltamograma cíclico mostra as diferenças foundationais entre a Capacitância estática (прямоугольная) и псевдокемпакитарная (curva)

Os elétrons envolvidos nos processos faradaicos são transferidos de ou para os estados de elétrons de valência (orbitais) do reagente de eletrodo redox. Eles entram no eletrodo negativo e fluem através do circuito externo para o eletrodo positivo, onde uma segunda camada dupla com um número igual de ânions se formou. Os elétrons que atingem o eletrodo positivo não são transferidos para os ânions que formam a camada dupla; em vez disso, permanecem nos íons de metal de transição fortemente ionizados e com "fome de elétrons" da superfície do eletrodo.Como tal, capidade de armazenamento da pseudocapacitância faradaica é limitada pela quantidade finita de reagente na superfície disponível.

Uma pseudocapacitância faradaica ocorre apenas junto com uma Capacitância de camada dupla estática, e sua magnitude pode exceder o valor da Capacitância de camada dupla para a mesma área de superfície da Por fator, 100za ependendeno da nature как reações ocorrem apenas com íons solvatados, que são muito menores do que íons solvatados com sua camada de solvatação.Quantidade de pseudocapacitância tem uma função linear dentro de limites estreitosterminados pelo grau Potential-dependente de cobertura da superfície dos ânions adsorvidos.

A Capidade dos eletrodos de realizar efeitos de pseudocapacitância por reações redox, intercalação ou eletrosorção depende fortemente da afinidade química dos materiais do eletrodo para os íons ADSORVIDOS PORSE ELOADER, БУДЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОМОНИИ. Os materiais que exibem comportamento redox para uso como eletrodos em pseudocapacitores são óxidos de metais de transição como RuO 2 , IrO 2 ou MnO 2 содержит материал, не содержащий материала для электролитического соединения, проводящего углерода, проводящего соединения , como polianilina или деривэдос de politiofeno cobrindo или материал для электрода.

Квантидад де carga elétrica armazenada em uma pseudocapacitância é linearmente proporcional à tensão aplicada. Unidade de pseudocapacitância é farad.

Distribuição Potencial

Princípios de armazenamento de carga de Diferentes tipos de capacity e sua distribuição de Potencial interna Базовая схема функционирования суперконденсатора, упрощенного распределения конденсатора и соответствующей схемы эквивалентного постоянного тока O comportamento da tensão de supercapacitores e baterias durante o carregamento / descarregamento difere claramente

Capacitores конвенции (também conhecidos como Capacitores eletrostáticos), como Capacitores de cerâmica e Capacitores de filme, consistem em dois eletrodos separados por um dielétrico.Quando carregada, энергия и оружие в рамках эстетической эстетики, способствующей проникновению энергии, или диелетрико энтре ос eletrodos. A energy total aumenta com a quantidade de carga armazenada, que por sua vez se correlaciona linearmente com o Potential (Voltagem) Entre as placas. A diferença de Potencial máxima entre as placas (a tensão máxima) é limitada pelatensidade do campo de decposição do dielétrico. O mesmo armazenamento estático também se aplica a Capacitores eletrolíticos nos quais a maior parte do Potencial diminui sobre a fina camada de óxido do ânodo.O eletrólito líquido um tanto resistivo (cátodo) é responseável por uma pequena diminuição do Potencial Para Capacitores eletrolíticos "úmidos", enquanto os Capacitores eletrolíticos com eletrólito de polímeropredutézésólido condutor de qua de la condutor.

Em contraste, os Capacitores eletroquímicos (supercapacitores) consistem em dois eletrodos separados por umambrana permeável a íons (separador) e conectados eletricamente por meio de um eletrólito. O armazenamento de energia ocorre dentro das camadas duplas de ambos os eletrodos como Uma Mistura de Uma Capacitância de Camada Dupla e pseudocapacitância.Quando ambos os eletrodos têm aproximadamente a mesma resistência (resistência interna), или потенциально может сделать конденсатор diminui simetricamente em ambas as camadas duplas, pelo que uma queda detensão na resistência em série do elecante alóção (ESR). Para supercapacitores assimétricos, como os Capacitores híbridos, queda de tensão entre os eletrodos pode ser assimétrica. Максимальный потенциальный конденсатор (максимальное напряжение) является limitado pela tensão de decposição do eletrólito.

O armazenamento de energia eletrostática e eletroquímica em supercapacitores é linear em relação à carga armazenada, assim como em конденсаторы конвенционные. Входной сигнал на выходе из конденсатора является линейным и соответствует количеству энергии. Esse gradient de tensão linear difere das baterias eletroquímicas recarregáveis, nas quais a tensão entre os terminais permanece independente da quantidade de energia armazenada, fornecendo umatensão relativamente constante.

Comparação com outras tecnologias de armazenamento

Supercapacitores Compettem com Capacitores eletrolíticos e baterias recarregáveis, especialmente baterias de íon-lítio. Табела и сегуир сравнительный оспринцип параметрос дас трис фамилиас принципаис де суперкапаситорс ком конденсатор электролитических и батареи.

Parâmetros de desempenho de supercapacitores em
Comparação com емкости eletrolíticos e baterias de íon-lítio
Parâmetro Емкости
eletrolíticos de alumínio
- Суперконденсаторы -
Baterias de íon-lítio

Capacitores de camada dupla

(резервная память)
Псевдоемкости Гибрид (литий-ионный)
Faixa de temperatura,
по Цельсию (° C)
-40 ... +125 ° С -40 ... +70 ° С -20 ... +70 ° С -20 ... +70 ° С -20 ... +60 ° С
Carga máxima,
Вольт (В)
4 ... 630 В 1,2 ... 3,3 В 2,2 ... 3,3 В 2,2 ... 3,8 В 2,5 ... 4,2 В
Ciclos de recarga,
миль (k)
<илимитадо 100 к ... 1 000 к 100 к ... 1 000 к 20 к ... 100 к 0,5 к ... 10 к
Capacitância,
фарадов (ф.)
≤ 2,7 F 0,1 ... 470 F 100 ... 12.000 F 300 ... 3 300 F -
Energia específica,
Watt-hora
por quilograma (Втч / кг)
0,01 ... 0,3
Втч / кг
1,5 ... 3,9
Втч / кг
4 ... 9
Втч / кг
10 ... 15
Втч / кг
100 ... 265
Втч / кг
Potência específica,
Вт при
грамм (Вт / г)
> 100 Вт / г 2 ... 10 Вт / г 3 ... 10 Вт / г 3 ... 14 Вт / г 0,3 ... 1,5 Вт / г
Tempo de autodescarga
em temperatura ambiente.
текущий
(диас)
médio
(semanas)
médio
(semanas)
longo
(мес)
longo
(мес)
Eficiência (%) 99% 95% 95% 90% 90%
Vida útil na temperatura
ambiente, em anos (y)
> 20 часов 5 ... 10 часов 5 ... 10 ан. 5 ... 10 ан. 3 ... 5 ан.

Os Capacitores eletrolíticos apresentam ciclos de carga / descarga quase ilimitados, alta rigidez dielétrica (até 550 V) e boa resposta de frequência como reatância de corrente alternada (CA) на faixa ma frequix. Os supercapacitores podem armazenar de 10 и 100 vezes mais energia do que os capacity eletrolíticos, mas não suportam aplicações CA.

Com relação às baterias recarregáveis, os supercapacitores apresentam correntes de pico mais altas, baixo custo por ciclo, nenhum perigo de sobrecarga, boa reversibilidade, eletrólito não corrosivo e baixaxicidade do material. Как baterias oferecem menor custo de compra e Voltagem estável sob descarga, mas Requerem controle eletrônico complexo e equipamentos de comutação, com consqüente perda de energia e risco de faísca devido a um curto.

Estilos

Os supercapacitores são feitos em estilos differentes, como planos com um unico par de eletrodos, enrolados em uma caixa cilíndrica ou empilhados em uma caixa retangular.Como eles cobrem uma ampa faixa de valores de Capitância, o tamanho das caixas pode varar.

  • Diferentes estilos de supercapacitores
  • Estilo simples de um supercapacitor usado для мобильных компонентов

  • Радиальный суперконденсатор UM для монтажа печатных плат, используемых для промышленного применения

Детали строительства

  • Detalhes de construção de supercapacitores enrolados e empilhados com eletrodos de carvão ativado
  • Construção esquemática de um supercapacitor enrolado
    1.terminais, 2. вентиляция сегуранса, 3. disco de vedação, 4. lata de alumínio, 5. pólo positivo, 6. separador, 7. eletrodo de carbono, 8. coletor, 9. eletrodo de carbono, 10. pólo negativo.

  • Construção esquemática de um supercapacitor com eletrodos empilhados
    1. eletrodo positivo, 2. eletrodo negativo, 3. separador

Os supercapacitores são construídos com duas folhas de metal (coletores de corrente), cada uma revestida com um material de eletrodo, como carvão ativado, который обслуживает como conexão de energia entre o material do eletrodo e os terminais externos do конденсатор.Специально для материала делать eletrodo, existe uma área de superfície muito grande. Neste exemplo, o carvão ativado é gravado eletroquimicamente, de modo que a area de superfície do material seja cerca de 100,000 vezes maior do que a superfície lisa. Os eletrodos são mantidos separados por umambrana permeável a íons (separador) usada comoolated para proteger os eletrodos contra curto-circuitos. Esta construção é subquentemente enrolada ou dobrada em uma forma cilíndrica ou retangular e pode ser empilhada em uma lata de alumínio ou em uma caixa retangular adaptor.A célula é então impregnada com um eletrólito líquido ou viscoso de tipo orgânico ou aquoso. O eletrólito, um condutor iônico, entra nos poros dos eletrodos e serve como a conexão connetora entre os eletrodos através do separador. Finalmente, caixa é hermeticamente selada para garantir um comportamento estável durante a vida útil especificada.

Типо

Árvore genealógica dos tipos de supercapacitores. Capacitores de camada dupla e pseudocapacitores, bem como Capacitores híbridos, são Definidos em seus designs de eletrodo.

Энергия электрическая - это вооружение в сверхмощных продуктах, основанных на принципах действия, емкостных качествах, действующих на производстве, двойных емкостях и псевдокомпенсациях; e a distribuição dos dois tipos de capacity depende do material e da estrutura dos eletrodos. Existem três tipos de supercapacitores baseados no princípio de armazenamento:

  • Capacitores de camada dupla ( EDLC ) - com eletrodos de carvão ativado ou деривадос com Capacitância eletrostática de camada dupla muito maior do que pseudocapacitância eletroquímica
  • Pseudocapacitores - com óxido de metal de transição ou eletrodos de polímero condutor com alta pseudocapacitância eletroquímica
  • Capacitores híbridos - com eletrodos assimétricos, um dos quais exibe mainmente Capacitância eletrostática e o outro Principalmente Capacitância eletroquímica, como Capacitores de íon-lítio

Como a Capacitância de Camada Dupla e a pseudocapacitância Contribuem Inseparavelmente para o valor total da capacity de um конденсатор eletroquímico, uma descrição correta Desses Capacitores só pode ser dada sob o termo genérico.Os Conceitos de supercapattery и supercabattery для недавно созданных предложений для лучшего представления гибридных устройств, которые являются comportam mais como o supercapacitor e a bateria recarregável, respectivamente.

O valor de capacity de um supercapacitor - это детерминировано по принципам вооружения:

Двойная емкость и псевдоемкость суперконденсатора, неразрывно связанная с общей емкостью. No entanto, a proporção entre os dois pode Varar muito, dependeno do projeto dos eletrodos e da composição do eletrólito.A pseudocapacitância pode aumentar o valor da Capacitância em até um fator de dez em relação ao da própria camada dupla.

Elétricos de camada dupla (EDLC) são Capacitores eletroquímicos nos quais o armazenamento de energia é преобладающе obtido por Capacitância de camada dupla. Нет passado, todos os Capacitores eletroquímicos eram chamados de «Capacitores de camada dupla». O uso contemporâneo vê os Capacitores de camada dupla, junto com os pseudocapacitores, como parte de uma família maior de Capacitores eletroquímicos chamados supercapacitores.Eles também são conhecidos como ultracapacitores.

Materiais

As propriedades dos supercapacitores vêm da interção de seus materiais internos. Especialmente, комбинация материалов, которые делают электроды и типы электричества, определяющие функционал, а также характеристики térmicas и elétricas dos Capacitores.

Eletrodos

Uma micrografia de carvão ativado sob iluminação de campo brilhante em um microscópio óptico. Наблюдайте за формой семелханте фрактального daspartículas sugerindo sua enorme área de superfície.Cada partícula nesta imagem, apesar de ter apenas cerca de 0,1 mm de diâmetro, tem uma área de superfície de vários centímetros quadrados.

Остальные электрические конденсаторы делают суперконденсаторы, чтобы получить результаты, применяемые и электрические, и электрические конденсаторы. Os eletrodos devem ter boacondutividade, installidade de alta temperatura, installidade química de longo prazo (inércia), alta resistência à corrosão e altas áreas de superfície por unidade de volume e massa.Outros Requisitos Incluem respeito ao meio ambiente e baixo custo.

Quantidade de camada dupla, bem como a pseudocapacitância armazenada por unidade de tensão em um supercapacitor, преимущественно uma função da área de superfície do eletrodo. Portanto, os eletrodos do supercapacitor são normalmente feitos de material poroso e esponjoso com uma área de superfície específica extraordinariamente alta, como o carvão ativado. Além disso, емкость для материала, делающего eletrodo de realizar transferências de carga faradaica aumenta, емкость всего.

Geralmente, quanto menores os poros do eletrodo, maiores são capcitância e a energia específica. No entanto, poros menores aumentam a resistência em série Equivalente (ESR) e diminuem a potência específica. Aplicações com altas correntes de pico Requerem poros maiores e baixas perdas internas, enquanto aplicações que Requerem alta energia específica Requerem poros pequenos.

Eletrodos для EDLC

O material de eletrodo mais comumente usado para supercapacitores é o carbono em várias manifestações, como carvão ativado (AC), tecido de fibra de carbono (AFC), карбоно-дериват-де-карбонето (CDC), аэрогель де карбоно, графит (grafeno), графано и углеродные нанотрубки (УНТ).

Eletrodos à base de carbono exibem Capacitância de camada dupla преобладающе эстетическая, embora uma pequena quantidade de pseudocapacitância também Possa estar presente, dependendo da distribuição do tamanho dos poros. Os tamanhos dos poros em carbonos normalmente joam de microporos (Menos de 2 nm) a mesoporos (2-50 nm), mas apenas microporos (<2 nm) contribuem para a pseudocapacitância. À medida que o tamanho dos poros se aproxima do tamanho da concha de solvatação, as moléculas de solvente são excluídas e apenas íons não solvatados preenchem os poros (mesmo para íons grandes), aumentando a densidáena de empacota de empacota
2 intercalação.

Carvão ativado

O carvão ativado foi or primeiro material escolhido para os eletrodos EDLC. Embora sua condutividade elétrica seja de aproximadamente 0,003% da dos metais (1,250 a 2,000 S / m), достаточно для supercapacitores.

O carvão ativado é uma forma extremamente porosa de carbono com uma alta área de superfície específica - uma aproximação comum é que 1 grama (0,035 oz) (uma quantidade do tamanho de uma borracha de lápisa de lápis.000 и 3.000 квадрато (11.000 и 32.000 квадрад) - aproximadamente o tamanho de 4 и 12 квадратов. A forma volumosa usada em eletrodos é de baixa densidade com muitos poros, dando alta Capacitância de camada dupla.

O carvão ativado sólido, também denominado carbono amorfo Consolidado (CAC), является материалом для электродов, которые используются для суперкапаситоров, а также для других производных карбоновых. É produzido a partir de pó de carvão ativado prensado no formato desejado, formando um bloco com ampa distribuição de tamanhos de poros.Um eletrodo com uma área de superfície de cerca de 1000 m 2 / g resulta em uma capacity de camada dupla típica de cerca de 10 μF / cm 2 e uma capacity específica de 100 F / g.

Партия 2010 года, praticamente todos os supercapacitores comerciais usam carvão ativado em pó feito de cascas de coco. A casca do coco produz carvão ativado com mais microporos do que o carvão feito de madeira.

Fibras de carbono ativado

As fibras de carvão ativado (ACF) são produzidas a partir de carvão ativado e têm um diâmetro típico de 10 мкм.Eles podem ter microporos com uma distribuição de tamanho de poro muito estreita que pode ser prontamente controlada. Площадь суперфинала для ACF tecido em um têxtil é de cerca de 2500 m 2 / g. В качестве преимуществ для электродов ACF включает baixa resistência elétrica ao longo do eixo da fibra e bom contato com o coletor.

Quanto ao carvão ativado, os eletrodos ACF exibem primantemente capacity de camada dupla com uma pequena quantidade de pseudocapacitância devido aos seus microporos.

Аэрогель Карбоно
Um bloco de airgel de sílica na mão

Аэрогель из углепластика - это ультравысокий синтетический материал, альтернативный пороз, производный гелевого органического вещества, не имеющий качественных компонентов жидкий гель для замещающих пор.

Eletrodos de airgel são feitos através da pirólise de aerogéis de resorcinol - Formaldeído e são mais wiretores do que a maioria dos carvões ativados. Eles permitem eletrodos finos e mecanicamente estáveis ​​com uma espessura na faixa de várias centenas de micrômetros (µm) и com tamanho de poro uniforme.Os eletrodos de airgel também fornecem installidade mecânica e de vibração para supercapacitores usados ​​em ambientes de alta vibração.

Os pesquisadores criaram um eletrodo de airgel de carbono com densidades gravimétricas de cerca de 400-1200 m 2 / ge capacity volumétrica de 104 F / cm 3 , produzindo uma energia específica de 90 кДж / кг ) específica potência de 20 Вт / г.

Eletrodos de airgel padrão exibem preominantemente capacity de camada dupla.Eletrodos de airgel, который включает материал composto podem adicionar uma grande quantidade de pseudocapacitância.

Карбоно-производное карбона
Distribuições de tamanho de poros para differentes precursores de carboneto.

Карбоно производное карбонето (CDC), também conhecido como carbono nanoporoso sintonizável, é uma family de materiais de carbono производные де карбонето, como carboneto de silício binário e carboneto de titânio, que são transformados em carbono exemplo , декомпозицию térmica ou química, por exemplo , processos de halogenação).

Карбоно-производные карбона, производные углерода, увеличивающие площадь и размеры сверхтонких пор (de microporos a mesoporos) para maximizar o confinamento de íons, aumentando a pseudocapacitância por H faradaico19 de
80 ads 180
80 Eletrodos CDC com design de poro personalizado oferecem até 75% mais energia específica do que os carvões ativados Convention.

Em 2015, um суперконденсатор CDC oferecia uma energia específica de 10,1 Wh / kg, емкость 3.500 F e mais de um milhão de ciclos de carga-descarga.

Графено

О графено, это ума фолха де графит, ком átomo de espessura, com átomos dispostos em um padrão шестиугольная правильная, тамбэм chamado де "papel nanocompósito".

Графено с высшей теоретической площадью 2630 м 2 / г, с теоретическим проводником и емкостью 550 Ф / г. Além disso, uma vantagem do grafeno sobre o carvão ativado é sua maiorcondutividade elétrica.Em 2012, um novo desenvolvimento usou folhas de grafeno diretamente como eletrodos sem coletores para aplicações portáteis.

Em uma modalidade, um supercapacitor à base de grafeno usa folhas de grafeno curvas que não se empilham face a face, formando mesoporos que são acessíveis e umectáveis ​​por eletrólitos iônicos em tensões de até 4,6 V. Uma Втч / кг (308 кДж / кг) - это постоянная температура окружающей среды, приготовленная из жидкого металла, обычная, более 100-1000 часов.

Двумерная эструтура делает графено мелкое изображение и изображение. Portadores de carga em folhas orientadas verticalmente podem migrar rapidamente para dentro ou para fora das estruturas mais profundas do eletrodo, aumentando assim as correntes. Esses Capacitores Podem Ser Addados para aplicações de filter de 100/120 Hz, que são inacessíveis para supercapacitores usando outros materiais de carbono.

Карбоновые нанотубы
Imagem SEM для печати углеродных нанотрубок для суперфайлов на 1500 м 2 / г

Nanotubos de carbono (CNT), também chamados de buckytubes, são moléculas de carbono com uma nanoestrutura cilíndrica.Eles têm uma estrutura oca com paredes formadas por folhas de grafite com um átomo de espessura. Essas folhas são enroladas em ângulos específicos e disctos («quirais»), e a combinação do ângulo quiral e do raio controla as propriedades, como divertividade elétrica, molhabilidade do eletrólito e acesso iônico. Os nanotubos são categoryisados ​​como nanotubos de parede única (SWNTs) or nanotubos de paredes múltiplas (MWNTs). Este último tem um ou mais tubos externos envolvendo sucessivamente um SWNT, muito parecido com as bonecas russas matryoshka.Os SWNTs имеет диаметр от 1 до 3 нм. Os MWNTs têm paredes coaxiais mais espessas, separadas por espaçamento (0,34 нм) próximo à distância intercamada de grafeno.

Os nanotubos podem crescer verticalmente no subsrato do coletor, como uma pastilha de silício. Типоразмеры são de 20 на 100 мкм.

Os nanotubos de carbono podem melhorar muito o desempenho do Capacitor, devido à area de superfície altamente molhada e altacondutividade.

Um суперконденсатор базируется на SWNT, который используется для системного управления университетом Делавэра без группы проф.Бинцин Вэй. Li et al., Pela primeira vez, descobriram que o efeito do tamanho do íon e a molhabilidade do eletrodo-eletrólito são os fatores dominantes que afetam or comportamento eletroquímico de SWCNTs-supercapacitores eletroquímico de SWCNTs-supercapacitores, flexírenés eleosérenós, diffârenéis emosérenés, eos. Результаты экспериментов должны быть установлены для гибкого уровня суперконденсатора, чтобы обеспечить достаточное давление на конденсатор, чтобы получить электроэнергию для использования в CNT.

Os CNTs podem armazenar quase a mesma carga do carvão ativado por unidade de área de superfície, mas a superfície dos nanotubos é Organada em um padrão regular, proporcionando maior molhabilidade. Os SWNTs têm uma área de superfície específica teórica alta alta de 1315 m 2 / g, enquanto que para os MWNTs é menor e é determinado pelo diâmetro dos tubos e grau de aninhamento, em compareção de superma de árema 3000 2 / g de carvões ativados.Нет необходимости в том, чтобы УНТ были основной емкостью для электродов, используемых для работы, или пример , 102 Ф / г для MWNT и 180 F / г для SWNT.

Os MWNTs это мезопор, который разрешает доступ к интерфейсу eletrodo-eletrólito. Conforme o tamanho do poro se aproxima do tamanho da camada de solvatação de íons, as moléculas de solvente são parcialmente remoidas, resultando em maior densidade de empacotamento iônico e maior Capcidade de armazenamento faradaico.Нет энтанто, муданса считает, что уровень объема дюранте интеркаласао и истощение повторения репетидас diminui sua createdilidade mecânica. Para tanto, estão em andamento pesquisas para aumentar a area superficial, a resistência mecânica, acondutividade elétrica e astanilidade química.

Eletrodos para pseudocapacitores

MnO 2 e RuO 2 são materiais típicos usados ​​como eletrodos para pseudocapacitores, pois possible a assinatura eletroquímica de um eletrodo capacity (линейная зависимость от curva de corrente de aprasentaremão de comportaremão de comport.Além disso, o armazenamento de carga se origina de mecanismos de transferência de elétrons, ао invés do acúmulo de íons na dupla camada eletroquímica. Os pseudocapacitores foram criados por meio de reações redox faradaicas que ocorrem dentro dos materiais do eletrodo ativo. Mais pesquisas foram focadas em óxidos de metais de transição, como MnO 2, uma vez que os óxidos de metais de transição têm um custo mais baixo em compareção com óxidos de metais nobres como RuO 2 .Além disso, os mecanismos de armazenamento de carga dos óxidos de metais de transição são baseados preominantemente na pseudocapacitância. Сборка оборудования для оружия MnO 2 для введения. Примерами механического воздействия на межклеточные протоны (H + ) или на основе алкалино металлов (C + ) являются основные части материала, снижающие уровень защиты от окисления.

MnO 2 + H + (C + ) + e - ⇌ MnOOH (C)

O segundo mecanismo baseado na adorção de cátions eletrolíticos em MnO 2 .

(MnO 2 ) superfície + C + + e - ⇌ (MnO 2 - C + ) superfície

Nem todo material que exarada comport usado como eletrodo para pseudocapacitores, como Ni (OH) 2, uma vez que é um eletrodo do tipo bateria (зависимость não linear da curva de corrente versus tensão).

Оксид металла

Песня Брайана Эванса Конвея по описанию электронных сигарет с металлическими переходами, которые производят большие квантовые изображения псевдоконденсатной емкости.Транзитные метаны, в том числе рутинные (RuO
2 ), irídio (IrO
2 ), ферро (Fe
3 O
4 ), манган 9019

3 (MnO 9019 2 ) ) или сульфето-титаниум (TiS
2 ), создающий или комбинирующий сильные вещества, полученные при передаче элетронов, комбинируемых с байкальским сопротивлением. Dióxido de rutênio em combinação com H
2 ENTÃO
4 eletrólito fornece capacity específica de 720 F / ge uma alta energia específica de 26,7 Вт / кг (96,12 кДж / кг).

Скачать / скачать код с помощью janela de cerca de 1,2 V por eletrodo. Essa pseudocapacitância de cerca de 720 F / gé cerca de 100 vezes maior do que a Capacitância de camada dupla usando eletrodos de carvão ativado. Esses eletrodos de metal de transição oferecem excelente reversibilidade, com várias centenas de milhares de ciclos. Нет Entanto, или rutênio é caro e a janela de tensão de 2,4 V para este конденсатор limita suas aplicações a aplicações militares e espaciais. Das et al.relataram valor de Capacitância Mais Alto (1715 Ф / г) для суперконденсатора baseado em óxido de rutênio com óxido de rutênio eletrodepositado em eletrodo de filme de nanotubo de carbono de parede unica porosa. Ума высокая емкость, соответствующая 1715 Ф / г, для относительной мощности, которая является максимальной теоретической мощностью до
2 емкостью 2000 Ф / г.

Em 2014, um RuO
2 суперконденсатор ancorado em um eletrodo de espuma de grafeno entregou capacity específica de 502,78 F / ge capacity de área de 1,11 F / cm 2 ) энергия энергии. 39,28 Вт / кг и специальная мощность 128,01 кВт / кг 8.000 ciclos com desempenho constante. O dispositivo эра uma arquitetura de espuma híbrida (RGM) de grafeno ancorado em rutênio hidratado sub-5 nm (3D) e nanotubo de carbono (CNT). Графено конформно Coberta объединяет гибриды RuO
2 наночастиц и CNTs ancorados.

Óxidos de ferro, vanádio, níquel e cobalto menos caros foram testados em eletrólitos aquosos, mas nenhum foivestigado tanto o dióxido de manganês (MnO
2 )

дирижеры Polímeros

Outra abordagem usa polímeros condutores de elétrons como material pseudocapacitivo. Embora mecanicamente fracos, os polímeros condutores têm altacondutividade, resultando em um ESR baixo e uma capacity relativamente alta. Проводники Esses polímeros, включая полианилина, политиофено, полипиррол и

Суперконденсатор-суперконденсатор, калькулятор разрядных характеристик • Схемы



infoСчетчик времени разряда суперконденсатора.

Этот калькулятор определяет время работы с использованием суперконденсатора (ультраконденсатора) на основе начального и конечного напряжения конденсатора, тока разряда и размера конденсатора.

Используемые формулы:
Bt (секунды) = [C (Vcapmax - Vcapmin) / Imax] Эта формула действительна только для постоянного тока.
Bt (секунды) = -log (Vcapmin / Vcapmax) (RC) = t Эта формула действительна только для линейного тока (простая резистивная нагрузка).

  • Imax - ток разряда в амперах (A)
  • Vcapmin - конечное напряжение в вольтах (В)
  • Vcapmax - начальное напряжение в вольтах (В)
  • R - эквивалентная резистивная нагрузка в омах (Ом) на основе: R = Vcapmax / Imax
  • C - емкость конденсатора в фарадах 1F = 1000 000 мкФ = 1000000 000 нФ = 10000000000000 пФ
  • t - время в секундах (с)
График

Подробнее о расчете разряда конденсатора

  • Vcapmax - максимальное значение V CC , до которого заряжается конденсатор.
  • Vcapmin - это минимальное рабочее напряжение, которое вы можете выдержать до того, как ваша схема или компонент, поддерживаемые конденсатором, перестанут работать.
  • Imax - это максимальный ток, при котором ваша цепь разряжает конденсатор.
    Это может быть постоянный ток или начальный линейный ток при Vcapmax. Значения Imax и Vcap используются для расчета эквивалентного сопротивления цепи, которое используется в уравнении
    для расчета времени поддержки.

Рисунок 1.


Исходя из базовой электроники, формула для определения напряжения на конденсаторе в любой момент времени (для разрядной цепи
на Рисунке 1) выглядит так: В (t) = E (e -t / RC )

Преобразование этой формулы для времени дает: t = - log (V / E) (RC)
Где:
V - конечное напряжение в вольтах (V)
E - начальное напряжение в вольтах (V)
R - резистивная нагрузка в омах (Ом)
C - емкость конденсатора в фарадах 1F = 1000 000 мкФ = 1000000 000 нФ = 10000000000 пФ
t - время в секундах

Что делает суперконденсаторы «суперконденсаторами»?

Суперконденсатор, суперконденсатор, псевдоконденсатор, электрохимический конденсатор с двойным слоем (EDLC) или ультраконденсатор,
- это электрохимический конденсатор с относительно высокой плотностью энергии, обычно в несколько тысяч
раз больше, чем у электролитического конденсатора.Например, типичный электролитический конденсатор
размером с D-элемент может иметь емкость в диапазоне десятков миллифарад. Электрический двухслойный конденсатор
такого же размера может достигать нескольких фарад, что на два порядка больше. Суперконденсаторы обычно
дают более низкое рабочее напряжение в диапазоне 2,5 - 20В.
По состоянию на 2010 год более крупные двухслойные конденсаторы имеют емкость от
до 5000 фарад. [1] Также в 2010 году максимальная доступная плотность энергии суперконденсатора
составляет 30 Втч / кг [2], что ниже, чем у быстро заряжаемых литий-титанатных батарей.

EDLC имеют множество коммерческих применений, особенно в устройствах сглаживания энергии и мгновенной нагрузки.
Они используются в качестве устройств хранения энергии, используемых в транспортных средствах, и для небольших приложений, таких как домашние солнечные энергетические системы
, где чрезвычайно быстрая зарядка является важной функцией.

Суперконденсаторы уже много лет широко используются в качестве резервного источника питания для схем часов реального времени и памяти в микроконтроллерах.
Более подробная информация в Википедии здесь.


Оцените статью: [оценки]

Гибридные суперконденсаторы

- это хорошо - Super

Kurt.energy продвигает новую линейку гибридных суперконденсаторов. Само по себе это не заслуживает особого внимания, но компания утверждает, что эти суперконденсаторы на основе графена объединяют в себе лучшие характеристики как суперконденсаторов, так и литий-ионных батарей. Конденсаторы, основанные на технологии компании Shenzhen Toomen New Energy, оптимизированы для работы с высокой или большой мощностью.Сообщается, что они могут заряжаться и разряжаться в 10-20 раз быстрее, чем литий-ионные батареи. Конечно, мы и раньше слышали дикие заявления о графеновых конденсаторах, и пока они не казались очень убедительными.

Компания утверждает, что конденсаторы не только обладают высокими характеристиками, но и защищены от перезарядки, короткого замыкания и других проблем, связанных с безопасностью аккумуляторов. Утверждается, что устройства работают, включая зарядку, от -40 ° C до 80 ° C. Вы можете посмотреть видео от компании ниже.


Если все это подтвердится, кажется, что эти устройства откроют много новых возможностей для дизайна.Конструкции больше не будут нуждаться в сложных системах зарядки, активном управлении температурой и будут изящно и безопасно деградировать.

У

New Atlas есть хорошая статья, в которой они беседуют с бельгийским инженером, который видел устройства Toomen на торговой выставке и после их тестирования вывел их на рынок с Kurt.energy. Согласно этой статье, конденсатор использует графеновый электрод и металлический оксидный материал для другого электрода. Накопитель энергии похож на конденсатор - нет химической реакции, генерирующей электричество.

Конденсаторы еще не полностью изготовлены. При такой быстрой зарядке есть несколько проблем с масштабированием. Согласно статье New Atlas, для зарядки аккумулятора на 10 кВтч за 5 минут потребуется зарядное устройство на 100 кВт. Однако новые конденсаторы могут иметь большое значение для гибридных автомобилей и солнечных батарей. Еще мы помним велосипед с суперкапом, который оказался не очень удачным.

При ограниченном производстве цена все еще несколько высока, хотя это компенсируется необходимой упрощенной системой управления питанием, а также меньшим весом и размером устройств.Безопасность, температурный диапазон и быстрая зарядка также могут склонить чашу весов к традиционным компонентам.

Исключительные претензии, конечно же, требуют экстраординарных доказательств, а мы не видели их в реальной жизни. Нам будет интересно посмотреть, соответствуют ли компоненты рекламе. Мы уже видели, как появляются графеновые суперконденсаторы, и это до сих пор вызывает у нас подозрения. Что вы думаете? Это следующая революция власти или еще одно дикое заявление?

Графен, индуцированный лазером, делает возможным простое и мощное накопление энергии

Ученые из Университета Райса создают небольшие гибкие микросуперконденсаторы с помощью процесса при комнатной температуре, который, по их словам, перспективен для массового производства.Техника основана на их методе выжигания рисунков из губчатого графена на пластиковых листах с помощью коммерческого лазера. Кредит: Туристическая группа / Университет Райса

Исследователи из Университета Райса, которые первыми начали разработку лазерно-индуцированного графена, сконфигурировали свое открытие в гибких твердотельных микросуперконденсаторах, которые конкурируют с лучшими из имеющихся в области хранения и доставки энергии.

Устройства, разработанные в лаборатории химика Райса Джеймса Тура, ориентированы на электронику и одежду.Они являются предметом новой статьи в журнале Advanced Materials .

Микросуперконденсаторы

- это не батареи, но по мере совершенствования технологии они становятся ближе к ним. Традиционные конденсаторы накапливают энергию и быстро выделяют ее (как во вспышке камеры), в отличие от обычных литий-ионных батарей, которые долго заряжаются и высвобождают энергию по мере необходимости.

Микросуперконденсаторы

Rice заряжаются в 50 раз быстрее, чем батареи, разряжаются медленнее, чем традиционные конденсаторы, и соответствуют коммерческим суперконденсаторам как по количеству запасенной энергии, так и по передаваемой мощности.

Устройства изготавливаются путем выжигания электродных рисунков промышленным лазером на пластиковые листы в воздухе комнатной температуры, что исключает сложные условия производства, которые ограничивали широкое применение микросуперконденсаторов. Исследователи видят путь к рентабельному производству с рулона на рулон.

«Сейчас создавать микросуперконденсаторы - головная боль», - сказал Тур. «Они требуют выполнения множества литографических операций. Но их можно сделать за считанные минуты: мы сжигаем образцы, добавляем электролит и покрываем их.«

Их емкость 934 микрофарада на квадратный сантиметр и плотность энергии 3,2 милливатта на кубический сантиметр конкурируют с коммерческими тонкопленочными литиевыми батареями, с удельной мощностью на два порядка выше, чем у батарей, заявили исследователи. Устройства показали долгий срок службы и механическую стабильность при многократном сгибании 10 000 раз.

Их плотность энергии обусловлена ​​природой лазерно-индуцированного графена (LIG).В прошлом году Тур и его группа обнаружили, что при нагревании промышленного полиимидного пластикового листа лазером сгорело все, кроме углерода в верхнем слое, оставив форму графена. Но вместо плоского листа из шестиугольных колец атомов лазер оставил губчатый массив графеновых чешуек, прикрепленных к полиимиду, с большой площадью поверхности.

Исследователи обработали свои LIG-образцы - пересекающиеся, как сложенные руки - диоксидом марганца, оксигидроксидом железа или полианилином посредством электроосаждения и превратили полученные композиты в положительные и отрицательные электроды.Затем из композитов могут быть сформированы твердотельные микросуперконденсаторы без необходимости использования токоприемников, связующих или разделителей.

Ученые из Университета Райса создают небольшие гибкие микросуперконденсаторы с помощью процесса при комнатной температуре, который, по их словам, перспективен для массового производства. Техника основана на их методе выжигания рисунков из губчатого графена на пластиковых листах с помощью коммерческого лазера. Кредит: Туристическая группа / Университет Райса

Tour убежден, что наступает день, когда суперконденсаторы полностью заменят батареи, поскольку системы хранения энергии будут заряжаться за минуты, а не за часы.«Мы еще не совсем там, но все время приближаемся», - сказал он. «Тем временем они могут дополнять батареи с высокой мощностью. То, что у нас сейчас, не хуже некоторых коммерческих суперконденсаторов. И они просто пластиковые».


Лазерно-индуцированный графен `` супер '' для электроники
Дополнительная информация: Lei Li et al.Высокопроизводительные псевдоемкостные микросуперконденсаторы из лазерно-индуцированного графена, Advanced Materials (2015). DOI: 10.1002 / adma.201503333 Предоставлено Университет Райса

Ссылка : Ученые видят свет в микросуперконденсаторах: лазерно-индуцированный графен делает возможным простое и мощное накопление энергии (2015, 3 декабря) получено 8 января 2021 г. с https: // физ.org / news / 2015-12-science-microsupercapacitors.html

Этот документ защищен авторским правом.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *