Ионисторы вместо аккумуляторов: Может ли ионистор заменить аккумулятор? / Хабр

Содержание

Суперконденсаторы или Ионисторы вместо аккумулятора. Новая технология Ё-мобиль.

Большинство современных конденсаторов имеют емкость в микрофарадах или пикофарадах. Емкость Ионисторов исчисляется Фарадами.
Что бы понять насколько это много, можно вспомнить формулу по которой можно рассчитать необходимую емкость в зависимости от нагрузки.

C=I·t/U ,
 
где
С — емкость, Ф;
I — постоянный ток разрядки, А;
U — номинальное напряжение ионистора, В;
t — время разрядки от Uном до нуля, с;

Сейчас на рынке уже есть ионисторы емкостью в десятки Фарад.
К примеру есть ионистор на 5,5 Вольта емкостью 22 Фарада. Мы зарядим его полностью и подключим лампочку на 1 Ватт (5,5 Вольт  0,18 Ампера).

Итого:
22 Фарада = 0,18 Ампера  t / 5,5 Вольта
t = 672 секунды

Исходя из формулы выше наша лампочка будет гореть  672 секунды или 12 минут. Кажется что это не такая большая величина, но на самом деле мы можем использовать несколько ионисторов сразу.

Для примера существуют суперконденсаторы намного большей емкости.

Модуль суперконденсаторов Maxwell на 500 фарад. Рабочее напряжение 12Вольт — 48 Вольт

К примеру на новом российском авто Ё-мобиль используются конденсаторы фирмы https://www.elton-cap.com/.
Ионисторы этой фирмы достигают емкости в  10 000 Фарад при напряжении 1,5 Вольта. Так же они производят ячейки (модули) с несколькими ионисторами емкостью в 1000 Фарад и рабочим напряжением 15 Вольт.

К сожалению у Суперконденсаторов есть достоинства и недостатки.

— Суперконденсаторы достаточно дорогие поэтому не составляют конкуренции батареям (аккумуляторам), так как конденсаторы емкостью равной емкости одного аккумулятора обойдутся вам в тысячи долларов.
Темнеменее использование суперконденсаторов в электронике более чем оправдано.
— к сожалению на контантах суперконденсаторов  во время всего цикла разрядки падает напряжение, поэтому для устройств которые требуют постоянного напряжение это не применимо.

Возможен вариант использования стабилизатора, но при этом устройство будет потреблять больше энергии.
— к сожалению суперконденсатор нельзя полноценно использовать вместе с аккумулятором. Если их подключить параллельно из-за внутреннего сопротивления, аккумуляторная батарея всегда будет отдавать больше тока чем конденсатор.
При этом если потребитель использует импульсный источник питания, в те моменты когда батарея и конденсатор будут отключены — батарея будет заряжать конденсатор, при этом с большими токами и щадящего режима для батареи просто не получится.
Единственный выход использовать Ионисторы как дополнительный источник питания, тоесть заряжать их во время когда сеть не нагружена и полностью отдавать их энергию в нужные моменты, после чего подключать батарею, когда энергия уже исчерпана.
Это значительно усложняет систему а значит и цену таких устройств.
Однако все так же еффективно эти конденсаторы можно использовать в системах рекуперации энергии.

+ очень большое колличество циклов заряда и разряда
+ большие токи отдачи
+ Суперконденсаторы достаточно быстро заряжаются (практически моментально зависит от того какой ток может обеспечить зарядное устройство)
+ Суперконденсаторы  намного меньше обычных конденсаторов и в тоже время имеют намного большую емкость.
+ широкий рабочий диаппазон температур (от -50 до + 50 градусов цельсия)

Возможно за суперконденсаторами будущее, но к сожалению на данный момент они вряд ли смогут полностью заменить аккумуляторы.

Суперконденсаторы BOOSTCAP большой емкости для увеличение потенциала электромобиля. Соединены параллельно с аккумуляторной батарей

Сборка из 200 суперконденсаторов BOOSTCAP установленных в багажник электромобиля для уменьшения нагрузки на аккумуляторы и ускорения зарядки

Хотя на некоторых автомобилях уже сейчас заменяются пусковые батареи на суперконденсаторы, которые куда более эффективно выполняют свои функции. В часности они отдают моментально очень большие токи которые необходимы для удачного пуска двигателя особенно в холодную погоду.

Конденсатор вместо аккумулятора / Публикации / Элек.ру

Для накопления электроэнергии люди сначала использовали конденсаторы. Потом, когда электротехника вышла за пределы лабораторных опытов, изобрели аккумуляторы, ставшие основным средством для запасания электрической энергии. Но в начале XXI века снова предлагается использовать конденсаторы для питания электрооборудования. Насколько это возможно и уйдут ли аккумуляторы окончательно в прошлое?

Причина, по которой конденсаторы были вытеснены аккумуляторами, была связана со значительно большими значениями электроэнергии, которые они способны накапливать. Другой причиной является то, что при разряде напряжение на выходе аккумулятора меняется очень слабо, так что стабилизатор напряжения или не требуется или же может иметь очень простую конструкцию.

Главное различие между конденсаторами и аккумуляторами заключается в том, что конденсаторы непосредственно хранят электрический заряд, а аккумуляторы превращают электрическую энергию в химическую, запасают ее, а потом обратно преобразуют химическую энерию в электрическую.

При преобразованиях энергии часть ее теряется. Поэтому даже у лучших аккумуляторов КПД составляет не более 90%, в то время, как у конденсаторов он может достигать 99%. Интенсивность химических реакций зависит от температуры, поэтому на морозе аккумуляторы работают заметно хуже, чем при комнатной температуре. Кроме этого, химические реакции в аккумуляторах не полностью обратимы. Отсюда малое количество циклов заряда-разряда (порядка единиц тысяч, чаще всего ресурс аккумулятора составляет около 1000 циклов заряда-разряда), а также «эффект памяти». Напомним, что «эффект памяти» заключается в том, что аккумулятор нужно всегда разряжать до определенной величины накопленной энергии, тогда его емкость будет максимальной. Если же после разрядки в нем остается больше энергии, то емкость аккумулятора будет постепенно уменьшаться. «Эффект памяти» свойственнен практически всем серийно выпускаемым типам аккумуляторов, кроме, кислотных (включая их разновидности — гелевые и AGM). Хотя принято считать, что литий-ионным и литий-полимерным аккумуляторам он не свойственнен, на самом деле и у них он есть, просто проявляется в меньшей степени, чем в других типах.

Что же касается кислотных аккумуляторов, то в них проявляется эффект сульфатации пластин, вызывающий необратимую порчу источника питания. Одной из причин является длительное нахождение аккумулятора в состоянии заряда менее, чем на 50%.

Применительно к альтернативной энергетике «эффект памяти» и сульфатация пластин являются серьезными проблемами. Дело в том, что поступление энергии от таких источников, как солнечные батареи и ветряки, сложно спрогнозировать. В результате заряд и разряд аккумуляторов происходят хаотично, в неоптимальном режиме.

Для современного ритма жизни оказывается абсолютно неприемлемо, что аккумуляторы приходится заряжать несколько часов. Например, как вы себе представляете поездку на электромобиле на дальние расстояния, если разрядившийся аккумулятор задержит вас на несколько часов в пункте зарядки? Скорость зарядки аккумулятора ограничена скоростью протекающих в нем химических процессов. Можно сократить время зарядки до 1 часа, но никак не до нескольких минут. В то же время, скорость зарядки конденсатора ограничена только максимальным током, который дает зарядное устройство.

Перечисленные недостатки аккумуляторов сделали актуальным использование вместо них конденсаторов.

Использование двойного электрического слоя

На протяжении многих десятилетий самой большой емкостью обладали электролитические конденсаторы. В них одной из обкладок являлась металлическая фольга, другой — электролит, а изоляцией между обкладками — окись металла, которой покрыта фольга. У электролитических конденсаторов емкость может достигать сотых долей фарады, что недостаточно для того, чтобы полноценно заменить аккумулятор.

Сравнение конструкций разных типов конденстаторов (Источник: Википедия)

Большую емкость, измеряемую тысячами фарад, позволяют получить конденсаторы, основанные на так называемом двойном электрическом слое. Принцип их работы следующий. Двойной электрический слой возникает при определенных условиях на границе веществ в твердой и жидкой фазах.

Образуются два слоя ионов с зарядами противоположного знака, но одинаковой величины. Если очень упростить ситуацию, то образуется конденсатор, «обкладками» которого являются указанные слои ионов, расстояние между которыми равно нескольким атомам.


Суперконденсаторы различной емкости производства Maxwell

Конденсаторы, основанные на данном эффекте, иногда называют ионисторами. На самом деле, этот термин не только к конденсаторам, в которых накапливается электрический заряд, но и к другим устройствам для накопления электроэнергии — с частичным преобразованием электрической энергии в химическую наряду с сохранением электрического заряда (гибридный ионистор), а также для аккумуляторов, основанных на двойном электрическом слое (так называемые псевдоконденсаторы). Поэтому более подходящим является термин «суперконденсаторы». Иногда вместо него используется тождественный ему термин «ультраконденсатор».

Техническая реализация

Суперконденсатор представляет собой две обкладки из активированного угля, залитые электролитом. Между ними расположена мембрана, которая пропускает электролит, но препятствует физическому перемещению частиц активированного угля между обкладками.

Следует отметить, что суперконденсаторы сами по себе не имеют полярности. Этим они принципиально отличаются от электролитических конденсаторов, для которых, как правило, свойственна полярность, несоблюдение которой приводит к выходу конденсатора из строя. Тем не менее, на суперконденсаторах также наносится полярности. Связано это с тем, что суперконденсаторы сходят с заводского конвейера уже заряженными, маркировка и означает полярность этого заряда.

Параметры суперконденсаторов

Максимальная емкость отдельного суперконденсатора, достигнутая на момент написания статьи, составляет 12000 Ф. У массово выпускаемых супероконденсаторов она не превышает 3000 Ф. Максимально допустимое напряжение между обкладками не превышает 10 В. Для серийно выпускаемых суперконденсаторов этот показатель, как правило, лежит в пределах 2,3 – 2,7 В.

   Низкое рабочее напряжение требует использование преобразователя напряжения с функцией стабилизатора. Дело в том, что при разряде напряжение на обкладках конденсатора изменяется в широких пределах. Построение преобразователя напряжения для подключения нагрузки и зарядного устройства являются нетривиальной задачей. Предположим, что вам нужно питать нагрузку с мощностью 60 Вт.

Для упрощения рассмотрения вопроса пренебрежем потерями в преобразователе напряжения и стабилизаторе. В том случае, если вы работаете с обычным аккумулятором с напряжением 12 В, то управляющая электроника должна выдерживать ток в 5 А. Такие электронные приборы широко распространены и стоят недорого. Но совсем другая ситуация складывается при использовании суперконденсатора, напряжение на котором составляет 2,5 В. Тогда ток, протекающий через электронные компоненты преобразователя, может достигать 24 А, что требует новых подходов к схмотехнике и современной элементной базы. Именно сложностью с построением преобразователя и стабилизатора можно объяснить тот факт, что суперконденсаторы, серийный выпуск которых был начат еще в 70-х годах XX века, только сейчас стали широко использоваться в самых разных областях.


Принципиальная схема источника бесперебойного питания
напряжением на суперконденсаторах, основные узлы реализованы
на одной микосхеме производства LinearTechnology

Суперконденсаторы могут соединяться в батареи с использованием последовательного или параллельного соединения. В первом случае повышается максимально допустимое напряжение. Во втором случае — емкость. Повышение максимально допустимого напряжения таким способом является одним из способов решения проблемы, но заплатить за нее придется снижением емкости.

Размеры суперконденсаторов, естественно, зависят от их емкости. Типичный суперконденсатор емкостью 3000 Ф представляет собой цилиндр диаметром около 5 см и длиной 14 см. При емкости 10 Ф суперконденсатор имеет размеры, сопоставимые с человеческим ногтем.

Хорошие суперконденсаторы способны выдержать сотни тысяч циклов заряда-разряда, превосходя по этому параметру аккумуляторы примерно в 100 раз. Но, как и у электролитических конденсаторов, для суперконденсаторов стоит проблема старения из-за постепенной утечки электролита. Пока сколь-нибудь полной статистики выхода из строя суперконденсаторов по данной причине не накоплено, но по косвенным данным, срок службы суперконденсаторов можно приблизительно оценить величиной 15 лет.

Накапливаемая энергия

Количество энергии, запасенной в конденсаторе, выраженное в джоулях:

E = CU2/2,
где C — емкость, выраженная в фарадах, U — напряжение на обкладках, выраженное в вольтах.

Количество энергии, запасенной в конденсаторе, выраженное в кВтч, равно:

W = CU2/7200000

Отсюда, конденсатор емкостью 3000 Ф с напряжением между обкладками 2,5 В способен запасти в себе только 0,0026 кВтч. Как это можно соотнести, например, с литий-ионным аккумулятором? Если принять его выходное напряжение не зависящим от степени разряда и равным 3,6 В, то количество энергии 0,0026 кВтч будет запасено в литий-ионном аккумуляторе емкостью 0,72 Ач. Увы, весьма скромный результат.

Применение суперконденсаторов

Системы аварийного освещения являются тем местом, где использование суперконденсаторов вместо аккумуляторов дает ощутимый выигрыш. В самом деле, именно для этого применения характерна неравномерность разрядки. Кроме этого, желательно, чтобы зарядка аварийного светильника происходила быстро, и чтобы используемый в нем резервный источник питания имел большую надежность. Источник резервного питания на основе суперконденсатора можно встроить непосредственно в светодиодную лампу T8. Такие лампы уже выпускаются рядом китайских фирм.


Грунтовый светодиодный светильник с питанием
от солнечных батарей, накопление энергии
в котором осуществляется в суперконденсаторе

Как уже отмечалось, развитие суперконденсаторов во многом связано с интересом к альтернативным источникам энергии. Но практическое применение пока ограничено светодиодными светильниками, получающими энергию от солнца.

Активно развивается такое направление как использование суперконденсаторов для запуска электрооборудования.

Суперконденсаторы способны дать большое количество энергии в короткий интервал времени. Запитывая электрооборудование в момент пуска от суперконденсатора, можно уменьшить пиковые нагрузки на электросеть и в конечном счете уменьшить запас на пусковые токи, добившись огромной экономии средств.

Соединив несколько суперконденсаторов в батарею, мы можем достичь емкости, сопоставимой с аккумуляторами, используемыми в электромобилях. Но весить эта батарея будет в несколько раз больше аккумулятора, что для транспортных средств неприемлемо. Решить проблему можно, используя суперконденсаторы на основе графена, но они пока существуют только в качестве опытных образцов. Тем не менее, перспективный вариант знаменитого «Ё-мобиля», работающий только от электричества, в качестве источника питания будет использовать суперконденсаторы нового поколения, разработка которых ведется российскими учеными.

Суперконденсаторы также дадут выигрыш при замене аккумуляторов в обычных машинах, работающих на бензине или дизельном топливе — их использование в таких транспортных средствах уже является реальностью.

Пока же самым удачным из реализованных проектов внедрения суперконденсаторов можно считать новые троллейбусы российского производства, вышедшие недавно на улицы Москвы. При прекращении подачи напряжения в контактную сеть или же при «слетании» токосъемников троллейбус может проехать на небольшой (порядка 15 км/ч) скорости несколько сотен метров в место, где он не будет мешать движению на дороге. Источником энергии при таких маневрах для него является батарея суперконденсаторов.

В общем, пока суперконденсаторы могут вытеснить аккумуляторы только в отдельных «нишах». Но технологии бурно развиваются, что позволяет ожидать, что уже в ближайшем будущем область применения суперконденсаторов значительно расширится.

Алексей Васильев

Суперконденсатор (ионистор) заменяет резервный акумулятор

Среди последних новинок науки и техники необходимо отметить появление конденсатора нового типа – ионистор, который также называют суперконденсатор. Что же это за зверь, и можно ли его использовать в автомобильном видеорегистраторе и других электронных приборах в качестве резервного источника питания?

Может ли ионистор заменить аккумулятор?

Из школьного курса физики известно, что конденсатор может запасать энергию, накапливая заряд электричества. Вот только величина этого заряда очень мала, поэтому его хватает только на хорошую искру при коротком замыкании. Также школьники используют металлобумажные конденсаторы переменного тока на 400…1000 Вольт для того, чтобы лупить друг друга электротоком, предварительно зарядив его в розетке 220 В. А в основном конденсаторы используют как радиокомпонент в электронных приборах.

Форм-фактор ионисторов, которые используются в качестве резервных аккумуляторов

Но в конце прошлого века в секретных лабораториях был придуман новый тип конденсатора, в котором вместо металлической ленты используется электролит и другие хитрые химические вещества. Благодаря такой конструкции новый тип конденсатора при малых размерах имеет громадную емкость, которую уже можно использовать для накопления заряда, достаточного для кратковременной работы электронных устройств с малым потреблением тока. Он получил название ионистор из-за того, что функционирует благодаря ионному переносу в химической среде между электродами.

Вот такой мощный ионистор на 3000 Фарад может завести автомобиль

В наше время ионисторы используются как резервный источник питания. Например, на Алиэкспресс за 5…10 баксов можно купить 5-вольтовый ионистор, который получает полную зарядку всего за 10…100 секунд. Однако он может питать средний светодиодный фонарик в течение 20…30 минут.

Обзор китайского ионистора

Теперь разберемся, сможет ли суперконденсатор заменить аккумулятор в автомобильном видеорегистраторе? В регике нет компонентов, которые бы потребляют большой ток – сервоприводы, электродвигатели, мощные лампы освещения. Поэтому расход тока достаточно мал – 50…100 мА. Средней паршивости ионистор сможет обеспечить работу видеорегистратора в течение 3…10 минут. Это более чем достаточно, чтобы дописать до конца видеоролик и корректно завершить работу.

В этом видеорегистраторе установлен суперконденсатор на 7,5 Фарад вместо аккумулятора

Так что, если вы колеблетесь — покупать ли видеорегистратор с суперконденсатором вместо встроенного аккумулятора, то все сомнения напрасны. Этот прибор выполнит все необходимые функции в вашем автомобиле, даже если в случае ДТП будет отключена бортовая сеть. Однако регистратор такого типа нельзя будет использовать как обычную переносную видеокамеру вне салона автомобиля – для уличной видеосъемки потребуется внешний источник питания.

Суперконденсаторы вместо аккумуляторов: преимущества

По своим основным характеристикам суперконденсаторы значительно отличаются от простых привычных конденсаторов. В них применены современные технологии, которые позволяют добиться увеличения срока службы, а также снизить токовые потери в процессе эксплуатации. Основной задачей производителей данных устройств является разработка, и создание изделий способных заменить аккумуляторы во многих отраслях.

Применение двойного электрического слоя

Продолжительное время обладателями высоких значений внутренней емкости являлись конденсаторы электролитического вида. В различных устройствах изготавливались разнообразные обкладки, у одних они производились из металла, в других в виде электролита, где изоляцией являлся оксид используемого металла. Причем у обыкновенных конденсаторов внутренняя емкость имеет значение значительно ниже и равна долям фарада, чего на практике недостаточно для питания потребителей вместо аккумуляторных батарей.

Для обеспечения питания для электропотребителей были разработаны устройства на основе применения двойного электрического поля. Данное явление может возникать на границах материала или вещества при определенных условиях в жидком или твердом состоянии. В результате образуются два слоя разнополярных ионов одинакового размера, получается своеобразный конденсатор с электродами, между которыми образуется минимальное расстояние равное нескольким атомам.

Интересно знать! Устройства, полученные таким способом, называют ионисторами, а также суперконденсатор или ультраконденсатор.  

Техническая реализация

Ионистор или суперконденсатор представляет собой устройство в конструкции которого имеются два электрода или пластины, изготовленные из активированного угля. Пространство между ними заполнено специальным электролитом, также между обкладками располагается мембрана, благодаря которой не происходит перемещение частиц электродов, а электролит свободно проникает в данное пространство.

Причем стоит отметить, что самостоятельно данные устройства не имеют определения полярности заряда конкретных электродов. Это свойство является одним из главных отличий от конденсаторов электролитического вида, в которых несоблюдение правильного подключения приводило к преждевременному выходу из строя. Однако при производстве на ионисторах наносится маркировка с указанием полярности, в результате того, что в процессе производства данные накопители энергии уже выходят заряженные.

Разновидности суперконденсаторов

В настоящее время все ультраконденсаторы разделяют на три основных вида:

  1. Двухслойные.
  2. Гибридные.
  3. Псевдоконденсаторы.

Двухслойные конденсаторы

Данные устройства представляют собой изделие в конструкции которых применяются электроды с наличием пор, покрытых углеродом повышенной проводимости между ними находится специальный сепаратор. Благодаря разделению зарядов на электродах происходит образование значительного значения потенциала, в результате чего происходит накопление энергии.

Интересно знать! На величину емкости оказывает непосредственное влияние значение двойного слоя.

Двойной слой в такой конструкции выполняет роль конденсатора поверхностного. Благодаря электролиту два слоя объединяются в последовательную цепочку.

Гибридный суперконденсатор

Данный вид накопителей электроэнергии считается промежуточным между аккумуляторами и конденсаторами. В конструкции таких устройств применяются электроды, изготовленные из различных материалов, в результате чего емкость заряд накапливается разными способами.

Непосредственно сам процесс восстановления заряда происходит благодаря реакции окислительно-восстановительного вида. Такая конструкция позволяет значительно увеличить внутреннюю емкость и повысить рабочее напряжение. Электроды состоят из соединения сложных проводящих полимеров, которые в сочетании между собой представляют материал повышенных электрических характеристик.

 Псевдоконденсаторы

Данные устройства представляют собой изделия несколько похожие по свои основным характеристикам на АКБ, они имеют два твердых электрода.

В результате чего стало возможным применять конденсатор вместо аккумулятора. Принцип действия состоит из двух основных механизмов:

  • рабочие циклы заряд-разряд;
  • электростатические реакции, которые наблюдаются в устройствах с двойным слоем.

Интересно знать! Емкость псевдоконденсаторов зависит от реакций переноса электролитических зарядов.

Основные параметры

К основным характеристикам суперконденсатора следует отнести:

  • время заряда, имеет малое значение и равно от 1 с до 10 с;
  • в сравнении с кислотными аккумуляторами имеют значительное число рабочих циклов, практически более 30000 часов;
  • номинальное рабочее напряжение имеет значение до 2,75 В;
  • срок службы до 15 лет;
  • диапазон рабочих температур от -45°С до +65°С;
  • удельная энергоемкость имеет значение до 5 Вт*ч/ кг.

Энергетическая плотность

Способность ионисторов накапливать энергию ниже, чем у кислотных аккумуляторных батарей. Значение энергии зависит от внутреннего сопротивления устройства, чем оно ниже, тем выше плотность энергии. Современные разработки позволяют применять такие материалы как азот и графен, благодаря которым удалось добиться значительного увеличения внутренней плотности энергии.

Преимущества и недостатки

Как и любое электронное устройство ионисторы в процессе эксплуатации имеют некоторые достоинства и недостатки. К преимуществам производители относят:

  • Имеют пониженную удельную стоимость, если сравнивать емкость конденсатора и аккумулятора.
  • Повышенные показатели внутренней емкости, в результате чего увеличивается количество рабочих циклов заряд-разряд.
  • Более надежные, а также имеют большой срок службы в отличие от кислотных и литиевых аккумуляторов.
  • Отличаются экологической чистотой, благодаря применяемым материалам.
  • Повышенные значения номинальной мощности.
  • Возможность эксплуатирования в широком температурном диапазоне. Низкие температуры не помеха при запуске оборудования любого вида.
  • Значительно увеличенный временной промежуток при восполнении заряда и при рабочем разряде.
  • В отличие от аккумуляторных батарей имеют возможность полного разряда практически до нулевого значения рабочего напряжения.

Интересно знать! Суперконденсаторы имеют сравнительно малые размеры относительно других подобных приборов.

Однако при наличии многих плюсов в процессе эксплуатации присутствуют и минусы. К недостаткам относят:

  • Малая плотность энергетических накоплений относительно аналогичных устройств.
  • Пониженное значение напряжение на единицу внутренней емкости одного элемента.
  • Увеличенное показание самостоятельного разряда.
  • Не окончательно проработанная технология производства ионисторов.

Особенности применения

Широкую популярность ионисторы приобрели благодаря стремлению человечества найти новые и более эффективные средства для того, чтобы накапливать и сохранять энергию длительное время. Основным достоинством, определившим его распространение, стала возможность суперконденсатора за короткий период времени импульсно выделять значительную энергию от 0,1 с до 10 с.

Ионисторы нашли применение в установках и технике, где необходим быстрый и качественный запуск электрооборудования в короткий промежуток времени даже при отрицательных температурах. При этом уменьшаются максимальные токовые нагрузки и приводит к экономии средств. Не исключено и применение для запуска двигателя внутреннего сгорания.

При соединении конденсаторов в батарею возможно добиться максимальной емкости сопоставимой с аккумуляторной для питания электромобилей. Однако при этом вес источника питания будет значительно выше чем у обычных аккумуляторов. Разработчикам практически удалось решить проблему превышающего веса, для этого необходим графен однако такое возможно пока только в лабораторных условиях.

В настоящее время одним самых наиболее удачных применений ионисторов стало использование в общественном электротранспорте. В конструкции такой техники применяются устройства бесперебойного питания в которых присутствуют суперконденсаторы.

Аварийное освещение в которых установлены конденсаторы большой емкости вместо аккумуляторов имеют значительное преимущество перед системами с обычными аккумуляторами.

Интересно знать! Некоторые зарубежные производители встраивают резервные источники питания на основе ионисторов в светодиодные лампы.

Перспективы развития

Современные технологии и разработки позволяют предположить, что ионисторы в скором времени будут применяться практически во всех энергоемких производствах, космической промышленности, медицине и военной технике. Постепенно будет увеличиваться внутренняя емкость суперконденсаторов, в результате чего станет возможным заменить старые свинцово-кислотные батареи.

Также станет возможным внедрение в различные электронные устройства с регулированием и управлением. Причем станет доступным производство экологически чистых источников экономии энергии, которые значительно превышают аналоги по характеристикам. А также суперконденсаторы находят широкое применение в автомобильном транспорте, мобильных и электронных устройствах.

Полное вытеснение обычных аккумуляторов пока не происходит так как суперконденсаторы используются только в определенных областях. Однако наука не стоит на месте и постоянно развивается, в результате чего в скором времени мы сможем увидеть данные устройства в автомобильной технике, мобильных и электронных устройствах.

Ионистор вместо аккумулятора в видеорегистраторе

Среди последних новинок науки и техники необходимо отметить появление конденсатора нового типа – ионистор, который также называют суперконденсатор. Что же это за зверь, и можно ли его использовать в автомобильном видеорегистраторе и других электронных приборах в качестве резервного источника питания?

Может ли ионистор заменить аккумулятор?

Из школьного курса физики известно, что конденсатор может запасать энергию, накапливая заряд электричества. Вот только величина этого заряда очень мала, поэтому его хватает только на хорошую искру при коротком замыкании. Также школьники используют металлобумажные конденсаторы переменного тока на 400…1000 Вольт для того, чтобы лупить друг друга электротоком, предварительно зарядив его в розетке 220 В. А в основном конденсаторы используют как радиокомпонент в электронных приборах.

Форм-фактор ионисторов, которые используются в качестве резервных аккумуляторов

Но в конце прошлого века в секретных лабораториях был придуман новый тип конденсатора, в котором вместо металлической ленты используется электролит и другие хитрые химические вещества. Благодаря такой конструкции новый тип конденсатора при малых размерах имеет громадную емкость, которую уже можно использовать для накопления заряда, достаточного для кратковременной работы электронных устройств с малым потреблением тока. Он получил название ионистор из-за того, что функционирует благодаря ионному переносу в химической среде между электродами.

Вот такой мощный ионистор на 3000 Фарад может завести автомобиль

В наше время ионисторы используются как резервный источник питания. Например, на Алиэкспресс за 5…10 баксов можно купить 5-вольтовый ионистор, который получает полную зарядку всего за 10…100 секунд. Однако он может питать средний светодиодный фонарик в течение 20…30 минут.

Обзор китайского ионистора

Теперь разберемся, сможет ли суперконденсатор заменить аккумулятор в автомобильном видеорегистраторе? В регике нет компонентов, которые бы потребляют большой ток – сервоприводы, электродвигатели, мощные лампы освещения. Поэтому расход тока достаточно мал – 50…100 мА. Средней паршивости ионистор сможет обеспечить работу видеорегистратора в течение 3…10 минут. Это более чем достаточно, чтобы дописать до конца видеоролик и корректно завершить работу.

В этом видеорегистраторе установлен суперконденсатор на 7,5 Фарад вместо аккумулятора

Так что, если вы колеблетесь — покупать ли видеорегистратор с суперконденсатором вместо встроенного аккумулятора, то все сомнения напрасны. Этот прибор выполнит все необходимые функции в вашем автомобиле, даже если в случае ДТП будет отключена бортовая сеть. Однако регистратор такого типа нельзя будет использовать как обычную переносную видеокамеру вне салона автомобиля – для уличной видеосъемки потребуется внешний источник питания.

Среди последних новинок науки и техники необходимо отметить появление конденсатора нового типа – ионистор, который также называют суперконденсатор. Что же это за зверь, и можно ли его использовать в автомобильном видеорегистраторе и других электронных приборах в качестве резервного источника питания?

Может ли ионистор заменить аккумулятор?

Из школьного курса физики известно, что конденсатор может запасать энергию, накапливая заряд электричества. Вот только величина этого заряда очень мала, поэтому его хватает только на хорошую искру при коротком замыкании. Также школьники используют металлобумажные конденсаторы переменного тока на 400…1000 Вольт для того, чтобы лупить друг друга электротоком, предварительно зарядив его в розетке 220 В. А в основном конденсаторы используют как радиокомпонент в электронных приборах.

Форм-фактор ионисторов, которые используются в качестве резервных аккумуляторов

Но в конце прошлого века в секретных лабораториях был придуман новый тип конденсатора, в котором вместо металлической ленты используется электролит и другие хитрые химические вещества. Благодаря такой конструкции новый тип конденсатора при малых размерах имеет громадную емкость, которую уже можно использовать для накопления заряда, достаточного для кратковременной работы электронных устройств с малым потреблением тока. Он получил название ионистор из-за того, что функционирует благодаря ионному переносу в химической среде между электродами.

Вот такой мощный ионистор на 3000 Фарад может завести автомобиль

В наше время ионисторы используются как резервный источник питания. Например, на Алиэкспресс за 5…10 баксов можно купить 5-вольтовый ионистор, который получает полную зарядку всего за 10…100 секунд. Однако он может питать средний светодиодный фонарик в течение 20…30 минут.

Обзор китайского ионистора

Теперь разберемся, сможет ли суперконденсатор заменить аккумулятор в автомобильном видеорегистраторе? В регике нет компонентов, которые бы потребляют большой ток – сервоприводы, электродвигатели, мощные лампы освещения. Поэтому расход тока достаточно мал – 50…100 мА. Средней паршивости ионистор сможет обеспечить работу видеорегистратора в течение 3…10 минут. Это более чем достаточно, чтобы дописать до конца видеоролик и корректно завершить работу.

В этом видеорегистраторе установлен суперконденсатор на 7,5 Фарад вместо аккумулятора

Так что, если вы колеблетесь — покупать ли видеорегистратор с суперконденсатором вместо встроенного аккумулятора, то все сомнения напрасны. Этот прибор выполнит все необходимые функции в вашем автомобиле, даже если в случае ДТП будет отключена бортовая сеть. Однако регистратор такого типа нельзя будет использовать как обычную переносную видеокамеру вне салона автомобиля – для уличной видеосъемки потребуется внешний источник питания.

Если вы собираетесь купить видеорегистратор для автомобиля, не повторяйте чужих ошибок. Собрали самые популярные из них в нашей статье.

Несмотря на то, что в интернете можно найти десятки инструкций по правильному выбору видеорегистраторов, покупатели продолжают совершать одни и те же ошибки. Кстати, иногда и сами инструкции провоцируют их на это. Мы побеседовали с продавцами и производителями таких устройств и попытались выяснить: что именно делают не так покупатели. Можно сказать, наш рейтинг составлен на основе типичных ошибок — учитесь на чужом опыте!

Лучше брать устройство с записью в 4К

Казалось бы, какие тут могут быть вопросы – 4К всяко лучше SHD и уж тем более HD. Но на самом деле это не так: большинство устройств просто интерполируют изображение в более высокое разрешение. Проверить «честность» формата 4К можно нехитрым путем.

Кстати, та же ситуация и с форматом Super HD. Производитель может сэкономить на матрице и программным путем увеличить разрешение с HD до SHD. Вот как можно вычислить такие фокусы.

Допустим, в характеристиках видеорегистратора указано разрешение SHD (2304*1296). Считаем, сколько мегапикселей понадобится матрице в этом случае: 2304*1296 = 2 985 984, то есть 3 Мп. Если в устройстве установлена матрица 2 Мп, значит, мы имеем дело с интерполяцией.

Вот в этой модели все честно: разрешение 2304×1296 поддержано 4-мегапиксельной матрицей.

Угол обзора: чем шире — тем лучше

Какое устройство вы выберете: с углом обзора 120°, 140° или 170°? Правильное решение – 140°. Угол в 120° будет недостаточен для захвата пространства перед автомобилем: если вас ударят в переднее крыло, инцидент может просто не попасть в объектив камеры. Но 170° тоже плохо: изображение будет слишком искаженным эффектом «рыбьего глаза». К тому же чем больше угол обзора, тем больше деталей нужно отразить на одном пикселе матрицы. Мелкие детали (а в частности госномера) могут просто теряться на видео, хотя они не менее важны. Оптимальный угол составляет приблизительно равен 140°-150° по диагонали.

Вот пример хорошего видеорегистратора с углом 140°, улучшенной контрастностью и антибликовым фильтром.

Встроенный аккумулятор лучше конденсатора

Аккумуляторы для пользователей привычнее: многие даже не знают, что такое конденсаторы в видеорегистраторах. А между тем, это отличная альтернатива. Основной недостаток аккумулятора заключается в том, что внутри автомобиля в зависимости от сезона, температура может изменяться условно от -50 °С на севере до +70 °С на юге. Любой используемый в регистраторах аккумулятор крайне отрицательно реагирует на такие изменения и достаточно быстро выходит из строя. Обычно он находится внутри корпуса регистратора в очень узком пространстве, т. е. при высокой внешней температуре может начать разрушаться, вздуваться и просто выламывать, например, линзу из корпуса. Может понадобиться не просто замена батареи, а ремонт всего устройства.

Альтернативой является ионистор, то есть конденсатор, который накапливает определенное количество энергии для корректного завершения работы и эффективно работает в очень широком диапазоне температур, что актуально для России с ее огромной территорией. Правда, его хватает лишь на корректное завершение работы устройства, зато никаких проблем с перегревом.

Вот модель с суперконденсатором, которая не боится даже +70 °С:

Wi-Fi не так уж и нужен

Еще одно ошибочное мнение. Считается, что модуль Wi-Fi нужен в том случае, если регистратор не оснащен дисплеем, иначе владелец не сможет его настроить. Но представьте себе ситуацию: у вас произошло ДТП и инспектор предлагает приобщить видеозапись (читайте, карту памяти) к протоколу. По сути, вы лишаетесь всех видеодоказательств: карта может просто пропасть в недрах ГИБДД (или, например, выпасть еще до поступления в недры). Есть видеорегистраторы с двумя картами памяти, но такие модели слишком дорогие.

Выход — как раз задействовать Wi-Fi и передать запись на смартфон. Тогда вы со спокойной душой можете пожертвовать картой памяти.

У этого устройства есть модуль Wi-Fi, а само оно похоже на смартфон, еще и экран 5-дюймовый.

Крепление должно быть на присоске

Некоторые автомобили ночуют во дворах – понятно, что владельцам не хочется оставлять дорогое устройство под ветровым стеклом. Поэтому после парковки они уносят регистраторы домой, а утром устанавливают снова. Соответственно, при выборе крепления на стекло автовладельцы предпочитают присоски: вариант со скотчем для них не подходит. Но не многие знают о том, что есть и третий способ крепления: на магнитах. То есть основание у вас все-таки приклеено к стеклу, а само устройство легко снимается и надевается, причем магнитное крепление обеспечивает еще и зарядку.

Вот современная модель с магнитным типом крепления.

Больше полезного о видеорегистраторах:

Конденсатор вместо аккумулятора в авто: можно ли заменить?

Производители вполне серьезно рассматривают замену аккумулятора суперконденсатором или двойным электрохимическим ионистером.  Вопрос прорабатывается инженерами и даже когда-то применялся в практических целях. Сейчас использование такого устройства ограничено в областях применения техническим прогрессом. Так можно ли заменить АКБ автомобиля конденсатором? При каких условиях? На это и многое другое дадим ответы в нашей статье.

Плюсы и минусы конденсатора по сравнению с аккумулятором

АКБ и конденсатор — это устройства, которые накапливают электричество от генератора тока, отдают при необходимости, например, для запуска автомобиля. Каковы же достоинства, недостатки конденсатора по сравнению с аккумулятором?

Плюсы использования:

  1. Ионистер отдает пиковый ток практически мгновенно.
  2. Заряжается суперконденсатор буквально за секунды. Недаром NASA использует их в космическом пространстве.
  3. Безопаснее жидкостного аккумулятора. В отличие от литиевых, свинцовых батарей, заряд накапливается на твердом теле.
  4. Надежно и долговечно. Конденсаторы позволяют производить до миллиона перезарядок. Вместо 1—2 тысяч у электрохимических батарейных АКБ.
  5. Эффективность отдачи энергии 98 %.
  6. Ионистеры устойчивы к экстремально низким или высоким температурам, механическим повреждениям.

Недостатки в сравнении с АКБ:

  1. Большой коммерческий суперконденсатор накапливает лишь 20 % от энергии АКБ похожего размера.
  2. Малая плотность энергии на единицу массы.
  3. Низкая автономность без внешнего питания.
  4. Высокая скорость саморазряда.
  5. Самый мощный ионистер не сможет питать бортовую сеть даже в течение нескольких минут.

Видимо, пока конденсатор может применяться лишь для запуска двигателя, но не для длительной работы в сети автомобиля.

Почему конденсатор редко используют вместо аккумулятора

Есть одно серьезное препятствие на пути использования этого средства запуска. Конденсаторы «не держат заряд».

У аккумулятора и конденсатора изначально разные цели использования. АКБ должен как можно более длительное время не разряжаться, выдавая энергию по частям. Если по какой-то причине генератор выйдет из строя, то аккумулятор позволит проехать машине около получаса. То есть она гарантированно доберется до дома или СТО. С ионистерами этот фокус не пройдет.

Разряд конденсатора будет постоянным из-за утечек, работы элементов бортовой сети даже при ожидании.

Величина напряжения у аккумулятора практически неизменна при полностью заряженном и полуразряженном состоянии. Кондер меняет напряжение от силы заряда. Иногда в очень широких пределах, что вредно для бортовой электроники.

Как заменить

Заменить АКБ как стартовое устройство, реально. Берем суперконденсаторы БУ Maxwell 1200F. Сборка из 6 штук по 200 фарад каждый, 2,7 вольт на один конденсатор.

Общий вольтаж системы — 16,2 вольт.

Технические характеристики:

  1. Срок службы около от 10 лет гарантированно.
  2. Миллион циклов перезарядки.
  3. Ток максимальный — 930 А.
  4. Температура работы от -45 до +65 градусов.

За сутки напряжение на заряженном устройстве снижается с 14,7 вольт до 12,3 вольт. Потом разряжается все медленнее и через 6 месяцев остается 9 вольт.

При установке на Хонду Фит одного такого устройства без аккумулятора, заряженного до 14,5 вольт, конденсатора хватает на 3 ч. После этого напряжение падает до 11,5 единиц. Если установить автозапуск по падению напряжения, автомобиль автоматически запустится и генератор зарядит конденсатор.

Гибридная связка менее мощного аккумулятора с конденсаторной сборкой будет крутить стартер бодрее при низких температурах.

Использование суперконденсаторов позволит запустить машину даже с «дохлым» АКБ. Поддержание заряда суперконденсаторов не требует мощного аккумулятора. Если кондеры подключить параллельно с АКБ автомобиля, то срок службы аккумулятора возрастет многократно. Токовый удар сгладится.

Почему вместо аккумулятора не используют конденсаторы? | NEOVOLT.RU Надёжные аккумуляторы

🔋 Neovolt.ru Блог Технологии

Что если использовать электролитический конденсатор вместо аккумулятора? Такое возможно, но есть одно слишком серьёзное препятствие — телефоны и электромобили совсем не смогут «держать заряд».

Вопрос заслуживает внимания и рассматривается на уровне инженерных проектов и даже когда-то применялся на практике.

В качестве альтернативы аккумуляторам всерьёз рассматривают суперконденсаторы (так называемые двойные электрохимические ионисторы). Но пока на текущем уровне технологического прогресса это допустимо лишь в определённых областях.

▶ Подробные эксперименты по данному вопросу проводили на Habr.

В чём плюсы конденсатора в сравнении с аккумулятором?

Мгновенно. Ионистор отлично справляется с пиковым пусковым током, накапливая и отдавая энергию практически мгновенно.

Быстро. Заряжается не за час-другой, а за считанные секунды (поэтому, например, NASA применяет суперконденсаторы в космосе).

Безопасно. Накапливает заряд на твёрдых телах, когда как литиевые батареи — в процессе химических реакций (обычно жидкостных).

Надёжно. Коммерческие суперконденсаторы гарантируют 1 миллион циклов заряда, когда как обычные аккумуляторы — в среднем 800-1200 циклов.

КПД. Суперконденсаторы отдают энергию с эффективностью порядка 98%.

Выносливо. Устойчивость к экстремальным температурам и физическим повреждениям.

В чём минусы конденсатора в сравнении с аккумулятором?

Низкая ёмкость. Самый большой коммерческий суперконденсатор в фарадах (F) накапливает лишь 20% от электрической энергии в сравнимой батарее.

Не держит. Аккумуляторы предлагают намного больше плотности энергии на единицу массы, обеспечивая долгую автономность без внешнего питания.

Саморазряд. Степень саморазряда существенно превышает таковую у самого слабого аккумулятора.

Малоприменим. В итоге даже самый мощный суперконденсатор (обеспечивающий лучшую величину энергии) не сможет дольше минуты питать «аварийку» у заглушенного автомобиля и подсветку экрана у работающего телефона.

И всё-таки, почему конденсатором нельзя заменить аккумулятор?

1️⃣ У них разные цели

В аккумуляторе намного больше запасается энергии, а это самая важная его цель — не разряжаться как можно дольше в бытовых приборах, в потребительской электронике и автомобилях.

2️⃣ У конденсатора саморазряд

В аккумуляторах он тоже есть, но в значительной меньшей степени проявляется. Суперконденсаторы быстро заряжаются и быстро отдают заряд — для длительного хранения энергии они не подходят ещё и по причине утечек.

3️⃣ Разное напряжение

В то время, пока аккумулятор поддерживает ваш телефон в рабочем состоянии, напряжение практически не меняется. Конденсатор изменяет напряжение в зависимости от накопленного заряда — цифры меняются в значительных пределах, что неприемлемо для чувствительной мобильной электроники, например.

💡 В этой статье автор рассматривает тему суперконденсаторов в максимально упрощённом варианте для массовой публики.

Если вас интересует, например, подробная возможность установки конденсаторов вместо аккумуляторов в RAID-контроллерах, то напишите об этом в комментарии.

Также по вопросам замены элементов питания в вашей электронике пишите:
• Вконтакте,
• Одноклассники,
• Facebook,
• на email.
Или звоните по бесплатному в России телефону 📞 8 (800) 555-86- 57.

Батареи против суперконденсаторов — компоненты ES

В настоящее время доминирующим устройством хранения энергии остается аккумулятор, особенно литий-ионный аккумулятор. Литий-ионные батареи питают почти все портативные электронные устройства, а также почти все электромобили, включая Tesla Model S и Chevy Volt. Батареи накапливают энергию электрохимически, когда химические реакции высвобождают электрические носители, которые могут быть извлечены в цепь. Это можно проиллюстрировать на примере ионно-литиевой батареи: во время разряда энергоемкий ион лития перемещается от высокоэнергетического анодного материала через сепаратор к низкоэнергетическому катодному материалу.Движение лития высвобождает энергию, которая выводится во внешнюю цепь. Когда аккумулятор заряжен, энергия используется для перемещения иона лития обратно в высокоэнергетический анодный состав.

Процесс зарядки и разрядки аккумуляторов — медленный процесс, который со временем может привести к разложению химических соединений внутри аккумулятора. В результате батареи имеют низкую удельную мощность и теряют способность сохранять энергию в течение всего срока службы из-за материального ущерба.

Суперконденсатор использует другой механизм хранения.В суперконденсаторе энергия электростатически накапливается на поверхности материала и не включает химических реакций. Благодаря своему основному механизму суперконденсаторы можно быстро заряжать, что приводит к очень высокой плотности мощности, и со временем они не теряют своих возможностей хранения. Суперконденсаторы могут работать миллионы циклов заряда / разряда без потери способности аккумулировать энергию. Основным недостатком суперконденсаторов является их низкая плотность энергии, а это означает, что количество энергии, которую суперконденсаторы могут хранить на единицу веса, очень мало, особенно по сравнению с батареями.Кроме того, стоимость материалов суперконденсаторов часто превышает стоимость материалов батарей из-за повышенной сложности создания высокопроизводительных материалов суперконденсаторов, таких как графен. Однако недавние достижения в создании новых материалов для суперконденсаторов и совершенствовании методов производства материалов могут вскоре преодолеть разрыв в плотности энергии для некоторых коммерческих приложений.

Две технологии в этой войне накопителей энергии, батарея и суперконденсатор, напоминают мне черепаху и зайца из известной басни.Батарея представляет черепаху как медленного и стабильного поставщика энергии для больших потребностей в энергии, а суперконденсатор представляет собой зайца, который быстро заряжается и разряжается для низких энергозатрат. Тем не менее, вместо того, чтобы рассматривать их как конкурирующие технологии, может быть более полезно рассматривать их как дополнительные технологии: суперконденсаторы от Maxwell Technologies (NASDAQ: MXWL) в настоящее время используются в китайских гибридных автобусах. Суперконденсаторы заряжаются, когда автобус ломается, а затем разряжаются, чтобы помочь автобусу разогнаться.Однако одни суперконденсаторы не могут удовлетворить потребности автобуса в энергии. Электромобили Tesla полностью работают от аккумуляторов, но вес аккумулятора значительно ограничивает запас хода автомобиля, и большая часть электроэнергии используется во время разгона. Если объединить две технологии, улучшенный электромобиль будет ускоряться с помощью суперконденсаторов, что уменьшит количество необходимых батарей, уменьшит вес автомобиля и тем самым расширит запас хода. В этом случае черепаха и заяц не соревнуются в гонках, а работают вместе для достижения общей цели.

Что такое суперконденсатор? Объяснение следующего шага для электромобилей и гибридов

► Суперконденсаторы имеют несколько преимуществ перед батареями
► Но в настоящее время есть и недостатки
► Они используются в новом Lamborghini Sian

В 2019 году электромобили широко рассматриваются как преемники автомобилей с ДВС, и производители спешат электрифицировать свои модельные ряды: на автосалоне во Франкфурте в 2019 году будут представлены готовые к производству электромобили от Porsche, VW и Honda, и это лишь некоторые из них.И легко понять почему.

Увеличенный запас хода, больше точек зарядки и общие усовершенствования теперь делают электромобили серьезным соперником бензиновых аналогов. Но для многих они все еще далеки от совершенства: требуется время на зарядку и по-прежнему отсутствует по-настоящему широко распространенная инфраструктура, по крайней мере, в Великобритании.

Хотя сейчас литий-ионная технология используется по умолчанию, она не может быть окончательным ответом, когда дело доходит до питания электромобилей. Суперконденсаторы позволяют решить некоторые давние проблемы, связанные с полностью электрическими автомобилями с батарейным питанием, а также имеют дополнительные преимущества для гибридов.Они могли бы стать толчком для мира электромобилей, но что такое суперконденсаторы, как они работают и настолько ли они научно-фантастические, как звучат?

Что такое суперконденсатор?

Давайте сначала объясним, что такое суперконденсатор. Иногда называемый ультраконденсатором, суперконденсатор, как и батарея, является средством хранения и высвобождения электричества. Но вместо того, чтобы хранить энергию в виде химикатов, суперконденсаторы хранят электричество в статическом состоянии, что позволяет им быстрее заряжать и разряжать энергию.

В химическую лабораторию!

Литий-ионные батареи

работают с использованием слоев ячеек с использованием положительных и отрицательных электродов, разделенных электролитом. Они генерируют заряд, когда ионы лития переходят от отрицательного к положительному при разряде, а при зарядке происходит обратное.

Как работают суперконденсаторы?

Конденсаторы

, с другой стороны, хранят электричество в статическом состоянии, а не оставляют его «запертым» в химических реакциях. Взломайте конденсатор, и вы обнаружите две проводящие пластины, называемые электродами, разделенные изоляционным материалом, известным как диэлектрик.Эти две пластины, одна положительная, а другая отрицательная, создают электрическое поле при подключении к электрической цепи, которая поляризует атомы в диэлектрике, поэтому положительные атомы сидят на стороне отрицательной пластины, а отрицательные атомы — на стороне положительной пластины. пластина, создавая таким образом заряд.


Во многих отношениях суперконденсатор — это просто конденсатор большего размера с большими электродными пластинами и меньшим расстоянием между ними, что позволяет хранить больший заряд в виде потенциальной электрической энергии.Суперконденсатор не использует диэлектрик; вместо этого пористые электродные пластины пропитаны электролитом и разделены очень тонким разделительным материалом. Когда заряд проходит через электроды, атомы в них становятся поляризованными, придавая электродам положительный или отрицательный заряд.

Затем они притягивают электроны противоположной полярности в электролите и, таким образом, создают двойной электрический слой, что означает, что суперконденсаторы хранят намного больше энергии, чем их обычные конденсаторные аналоги.

В чем преимущества суперконденсаторов?

Суперконденсаторы уже существуют в автомобилях с системами рекуперативного торможения. Это связано с их большей удельной мощностью, чем у батарей, основанных на химических реакциях, что позволяет им быстро накапливать и разряжать электричество, что удобно для сбора энергии, генерируемой при торможении, а затем быстрого высвобождения ее при ускорении.

В автомобилях, полностью построенных на элементах, таких как Toyota FCHV, также используются суперконденсаторы для обеспечения дополнительной ускоряющей мощности, которую водородные топливные элементы не могут сделать в одиночку.

Им еще предстоит заменить литий-ионные батареи в качестве основного источника энергии, но электрические и гибридные автомобили развиваются из года в год, так что у суперконденсаторов есть большой потенциал, чтобы играть большую роль в электромобилях и автомобилях следующего поколения. зарядная инфраструктура для их поддержки.

Поскольку суперконденсаторы в значительной степени полагаются на физику, а не на химию, чтобы хранить свою энергию, они не разлагаются так же, как литий-ионные батареи. Это может предоставить огромные возможности для увеличения срока службы электромобиля, а также для снижения воздействия на окружающую среду использования литий-ионных элементов питания.

Но самым большим преимуществом суперконденсаторов перед литий-ионными и никель-кадмиевыми батареями является их способность быстро заряжаться и разряжаться; мы говорим о зарядке за минуты, а не за часы. Таким образом, суперконденсаторы могут стать панацеей для сокращения часов, которые в настоящее время уходит на перезарядку полностью электрического автомобиля, или могут повысить скорость гибридов, о чем мы расскажем позже в этой статье.

Суперконденсаторы

также очень хорошо справляются с беспроводной зарядкой, что в сочетании с их способностью заряжаться на высокой скорости может избавить от необходимости подключать электромобили к точкам питания и сделать процесс зарядки более плавным.

В чем недостатки суперконденсаторов?

В настоящее время с суперконденсаторами связаны две основные проблемы, и самая тревожная — это плотность энергии. Конечно, суперконденсаторы могут поглощать и выдавать большое количество энергии быстрее, чем литий-ионные батареи, но сейчас они не могут хранить столько энергии.

Это проблема, которая делает их менее подходящими для электромобилей в нынешних условиях, но не означает, что они должны быть исключены в будущем. Не забывайте, что потребовалось время, чтобы извлечь приемлемый диапазон пробега из литий-ионных аккумуляторных систем, поэтому есть возможности для повышения плотности энергии суперконденсаторов, если умные люди работают над повышением их эффективности.

Исследователи из Университета Суррея заявили о прорыве в материалах для суперконденсаторов, которые могут позволить им использовать весь диапазон бензиновых автомобилей, но это первые дни, и вы не увидите этого на современных суперконденсаторах.

Вторая проблема с суперконденсаторами в том виде, в каком они стоят, — это их разрядка или время, в течение которого они могут удерживать заряд. В настоящее время суперконденсаторы не могут держать заряд так же долго, как литий-ионные батареи. Например, если вы оставите автомобиль с суперконденсаторным питанием в гараже на неделю, вы, вероятно, найдете его бесплатно, когда вернетесь.

Быстрая зарядка может решить эту проблему, но вам нужно убедиться, что у вас есть под рукой зарядное устройство, имеющее достаточную силу тока, чтобы обеспечить высокий заряд, с которым может справиться суперконденсатор. У вас вряд ли будет домашнее зарядное устройство на пару тысяч ампер в запасе.

По мере того, как в суперконденсаторах происходят прорывы, мы можем ожидать лучшего накопления энергии и способов предотвращения быстрой разрядки, которая в конечном итоге может привести к тому, что суперконденсаторы вытеснят литий-ионные аккумуляторные системы.Но это похоже на долгий путь.

Суперконденсаторы прямо сейчас? Рука помощи гибридам

По мере того, как в суперконденсаторах происходят прорывы, мы можем ожидать лучшего накопления энергии и способов предотвращения быстрой разрядки, которая в конечном итоге может привести к тому, что суперконденсаторы вытеснят литий-ионные аккумуляторные системы. Но это похоже на долгий путь.

Так что насчет сейчас? Хотя суперконденсаторы, возможно, какое-то время не будут использоваться в электромобилях, эта технология уже идеально подходит для гибридных силовых агрегатов.Суперконденсаторы уже используются для быстрой зарядки блоков питания в гибридных автобусах при их движении от остановки к остановке, но такие производители автомобилей, как Lamborghini, обнаруживают, что они также могут добавить серьезную дополнительную производительность.

Когда гибридная энергия используется исключительно для повышения производительности, такие вопросы, как дальность действия и способность удерживать заряд, не так важны — и именно поэтому мы уже наблюдаем, как технологии проникают в мир гиперкаров.

Lamborghini Sian сочетает в себе электромотор мощностью 34 л.с. с питанием от суперконденсатора и двигатель Sant’Agata V12 для sub 3.0 с 0 до 100 км / ч.

В Сиане использование суперконденсатора является единственным методом хранения электроэнергии, но, возможно, мы могли бы получить автомобили, в которых также сочетаются суперконденсатор и литий-ионная технология, используя преимущества обоих; литий-ионные батареи по-прежнему будут основным источником энергии, но суперконденсаторы могут их дополнить для более быстрого разряда и перезарядки энергии во время разгона и торможения.


Какое будущее у суперконденсаторов?

Мы просто обсуждаем здесь идею, но такая машина могла бы работать на суперконденсаторной энергии в городах, где есть инфраструктура для поддержки быстрой зарядки, эффективно переключаясь с powerpoint на powerpoint.Затем для более длительных прогулок автомобиль может переключиться на литий-ионный аккумулятор с рекуперативным торможением, помогающим увеличить запас хода.

Учитывая, что Тесла купила Максвелла, специалиста по суперконденсаторам и батареям, в 2019 году, есть шанс, что именно производитель автомобилей сделает такой электромобиль реальностью; Время покажет, для чего Tesla использует технологию Максвелла.

Суперконденсаторы

уже используются для быстрой зарядки источников питания в гибридных автобусах при их движении от остановки к остановке. В настоящее время такие зарядные устройства коммерчески нецелесообразны для массового производства, но по мере того, как все больше людей покупают электромобили, инфраструктура зарядки, вероятно, разовьется до такой степени, что широко распространенные зарядные устройства для суперконденсаторов станут реальностью.

Итак, мы можем ожидать увидеть точки зарядки суперконденсаторов и беспроводные зарядные устройства, питаемые от них на станциях, как электрический эквивалент бензонасоса, способного заправить автомобиль за считанные минуты.

Чтобы получить немного научной фантастики о вещах, такую ​​зарядку можно было бы расширить с помощью суперконденсаторов, встроенных в дороги, постоянно доставляющих энергию электромобилям, когда они мчатся и останавливаются на светофоре. За пределами выделенных полос на автомагистралях такое видение может показаться немного надуманным.

Но системы электромобилей, аккумуляторы, зарядка и технологии постоянно совершенствуются, поэтому возможности для суперконденсаторов для усиления будущих электромобилей огромны.

Суперконденсаторы против батарей | Kurz Industrial Solutions

Размещено автором Kurz Industrial Solutions

Суперконденсаторы, ультраконденсаторы и аккумуляторы. Какая разница? С 2011 года суперконденсаторы изучаются как вариант замены обычных батарей в электромобилях.Они могут хранить огромное количество энергии и иметь гораздо более длительный срок службы по сравнению с традиционными батареями (20 лет против пяти лет соответственно). Эти новые формы источников питания также можно заряжать, разряжать и перезаряжать быстрее, чем батареи, без износа. По мере роста потребностей в энергии и спроса на альтернативные источники энергии ожидается, что конденсаторы превзойдут литий-ионные батареи с точки зрения долговечности и эффективности. Технологии продолжают улучшать конденсатор, но вот его сравнение с батареей в настоящее время.

Что такое суперконденсатор?

Суперконденсатор, также называемый «ультраконденсатором», представляет собой новый вид источника энергии. Среди всех систем питания он выделяется своей долговечностью, возможностью почти мгновенной подзарядки и исключительной плотностью энергии. Технология суперконденсаторов значительно улучшилась за последние несколько лет, а это означает, что это устройство хранения энергии становится только лучше с возрастом. Одним из основных достижений в области технологий за последние годы стала долговечность.Суперконденсатор спроектирован так, чтобы выдерживать экстремальные температуры и температурные колебания, которые традиционные батареи не выдерживают. Он также имеет более низкую рабочую температуру, чем аккумулятор. Это увеличивает срок службы конденсаторов и делает их лучшим вариантом для работы в суровых условиях. Они также не разлагаются так быстро, как обычные батареи. Суперконденсатор пока доказал свою пригодность для питания электромобилей в небольших масштабах. Однако он также используется для движения общественного транспорта по всему миру.

Как работает суперконденсатор

В отличие от батареи, которая получает энергию в результате химической реакции, ультраконденсатор накапливает энергию внутри электрического поля. Это обеспечивает более быструю зарядку и разрядку. У ультраконденсатора также минимальное внутреннее сопротивление, что позволяет ему работать с почти 100% эффективностью. Ультраконденсатор также работает с нестандартным топливным элементом, который используется в различных отраслях промышленности, включая аэрокосмическую, оборонную и автоспорт.Это касается и автомобилей. Также вносятся усовершенствования в ответ на потребности в электроэнергии с использованием углеродных нанотрубок и двухслойных конденсаторов, которые улучшат накопление энергии. Текущие исследования помогают преобразовать традиционные медные провода в более прочные и долговечные кабели суперконденсаторов. Эта модификация позволит ультраконденсатору удовлетворить огромные потребности в мощности за счет хранения и высвобождения больших объемов энергии.

Преимущества ультраконденсатора

Ультраконденсатор более экологичен, чем традиционный аккумулятор, поскольку он не содержит токсичных металлов или вредных химикатов.Ультраконденсатор может выдержать более миллиона циклов зарядки и разрядки за свой срок службы. Ультраконденсаторы накапливают энергию на 30% или больше, чем обычные батареи, а это означает, что они обладают огромным потенциалом для увеличения запаса топлива электромобилей и других видов транспорта. Их уровень шума также ниже, чем у обычных батарей, они занимают меньшую площадь поверхности и используют меньше топливных элементов. Плотность энергии улучшена за счет использования специально изогнутого графена, а плотность мощности также улучшена за счет использования изогнутого графена.Изогнутый графен также более надежен, чем активированный уголь, что означает более длительный срок службы и лучшую надежность.

Есть много веских причин рассматривать ультраконденсаторы для будущих потребностей в энергии. Эта технология имеет более высокую плотность хранения энергии, чем многие другие технологии, а также более длительный срок службы и лучшую долговечность. Его универсальный источник питания также можно подключить к батарее, чтобы обеспечить дополнительные преимущества, такие как избыточная мощность для ускорения и повышения безопасности.При подключении к литий-ионным батареям суперконденсатор может даже заряжаться на ходу и помогать с рекуперативным торможением. Технологии все еще находятся в разработке, но этот новый источник энергии пока имеет огромный потенциал.

Есть еще вопросы или вы хотите узнать больше? Свяжитесь с нашей командой Wind сегодня же!

Эта запись была размещена в Промышленные решения. Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Комментарии закрыты.

Могут ли суперконденсаторы превзойти батареи для хранения энергии?

Загрузить статью в формате.Формат PDF

Суперконденсатор — это двухслойный конденсатор с очень высокой емкостью, но с низкими пределами напряжения. Суперконденсаторы хранят больше энергии, чем электролитические конденсаторы, и их значение измеряется в фарадах (F). Суперконденсаторы накапливают электрическую энергию на границе раздела электрод-электролит. Они состоят из двух металлических пластин, покрытых только пористым материалом, известным как активированный уголь. В результате они имеют большую площадь для хранения гораздо большего количества заряда.

Пластины погружены в электролит, состоящий из положительных и отрицательных ионов, растворенных в растворителе.При приложении напряжения на поверхности образуются два отдельных заряженных слоя с небольшим разделительным расстоянием. Вот почему суперконденсаторы часто называют электрическими двухслойными конденсаторами или EDLC ( Рис. 1 ).

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275eff6d5f267ee210d9d» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Www Electronicdesign Com Сайты Electronicdesign com Файлы 0916 Energy Tech F1 0 «data-embed-src =» https: //img.electronicdesign.com / files / base / ebm / electronicdesign / image / 2016/08 / www_electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_0916_EnergyTech_F1_0.png? auto = format & fit = max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}%
1. Разделение расстояния заряда в толщина двойного слоя составляет порядка нескольких ангстрем (0,3-0,8 нм) (любезно предоставлено InTech)

У суперконденсаторов

много преимуществ. Например, они имеют длительный срок службы — их можно включать сотни тысяч раз с минимальным изменением производительности.Срок службы суперконденсатора составляет от 10 до 20 лет, а емкость может снизиться со 100% до 80% примерно через 10 лет. Благодаря низкому эквивалентному последовательному сопротивлению (ESR) суперконденсаторы обеспечивают высокую удельную мощность и высокие токи нагрузки, что позволяет достичь почти мгновенного заряда за секунды. Температурные характеристики также высоки, обеспечивая передачу энергии при температурах до –40 ° C.

С другой стороны, суперконденсаторы компенсируются их низкой плотностью энергии. Таким образом, их нельзя использовать в качестве постоянного источника питания.Одна ячейка имеет типичное напряжение 2,7 В; если требуется более высокое напряжение, элементы необходимо соединить последовательно.

Суперконденсаторы

используются во многих приложениях управления питанием, требующих множества быстрых циклов зарядки / разрядки для краткосрочных потребностей в питании. Некоторые из этих приложений включают:

• Стабилизация напряжения в системах старт / стоп

• Электронные дверные замки при отключении электричества

• Системы рекуперативного торможения

• Распределительная микросеть

• Медицинское оборудование

• Сбор энергии

• Бытовая электроника

• Кухонная техника

• Резервное копирование часов в реальном времени

• Коммунальные счетчики

• Резервное питание

• Стабильность сети

• Энергия ветра

• Энергоэффективность и регулирование частоты

• Дистанционное питание датчиков, светодиодов, переключателей

• SRAM с резервным копированием памяти

• Подача мощности в импульсном режиме

• Гибридизация вилочного погрузчика

Краткое изложение стандартов, относящихся к суперконденсаторам, см. В разделе «Стандарты суперконденсаторов и стандартизированные испытания» в конце статьи.

Материалы суперконденсатора

Для изготовления электродов суперконденсатора использовались различные материалы, такие как различные углеродные материалы, смешанные оксиды металлов и проводящие полимеры. Достижения в области материалов на основе углерода, а именно графена, увеличивают плотность энергии почти до уровня батарей.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275eff6d5f267ee210d9f» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Сайты электронного дизайна Electronicdesign com Загрузка файлов 2015 12 0916 Energy Tech F2 «data-embed-src =» https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2016/08/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2015_12_0916_EnergyTech_F2.png?auto=format&fit=max&w=1440 «data-Grade 2.png? прочнее стали и отлично проводит электричество, что делает его намного лучшим вариантом, чем медь (любезно предоставлено Википедией)

Графен представляет собой тонкий слой чистого углерода в форме двумерной сотовой решетки атомного масштаба.Графен очень прочный и тонкий, с высокой емкостью из-за большой площади внутренней поверхности (рис. 2) . Исследователи из компаний, разрабатывающих коммерческие решения для графеновых суперконденсаторов, нацелены на гораздо более эффективные и экологичные решения для хранения энергии по более низким ценам. Некоторые технологии уже реализованы, некоторые готовятся к запуску, а другие все еще находятся в разработке. Среди последних разработок:

Графеновые суперконденсаторы

Skeleton Technology станут ключевыми фигурами в испытании нового транспортного парка в Великобритании, впервые превратив жесткие дизельные грузовики в гибриды за счет энергии от рекуперативного торможения.Гибридная система грузовиков, разработанная Adgero и Skeleton Technologies, получившая название UltraBoost, будет установлена ​​и пройдет испытания на маршрутах доставки в Великобритании в ближайшие недели. Во время торможения агрегат становится генератором, рекуперирующим кинетическую энергию, которая в противном случае была бы потеряна в виде тепла. В основе этой технологии лежит банк из пяти мощных суперконденсаторов на основе графена, известных как SkelMod.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275eff6d5f267ee210da1» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Сайты электронного дизайна Electronicdesign com Загрузка файлов 2015 12 0916 Energy Tech F3 2 «data-embed-src =» https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2016/08/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2015_12_0916_EnergyTech_F3_2.png?auto=format&fit=max&w=1440}

-embed

Zap & Go, британский стартап, запускает новый тип зарядного устройства специально для деловых путешественников. Он использует графеновые суперконденсаторы для зарядки телефонов за пять минут. Компании пришлось разработать новый тип блока питания, потому что зарядка зарядного устройства за несколько минут не работала бы с существующими блоками питания.Пятиминутное зарядное устройство Zap & Go скоро появится на рынке, и его можно предварительно заказать (рис. 3) .

Другие компании также разрабатывают суперконденсаторы с интересными приложениями.

Eaton, компания по управлению энергопотреблением, предлагает решения с суперконденсаторами, такие как плоские элементы, большие элементы, маленькие цилиндрические элементы и модули. Например, его XLR 48V суперконденсаторный модуль (рис. 4) обеспечивает хранение энергии для мощных систем с частой зарядкой / разрядкой в ​​гибридных или электрических транспортных средствах, общественном транспорте, погрузочно-разгрузочных работах, тяжелом оборудовании и морских системах.Мониторинга не требует, так как в модуле встроена балансировка ячеек.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275eff6d5f267ee210da3» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Сайты электронного дизайна Electronicdesign com Загрузки файлов 2015 12 0916 Energy Tech F4 «data-embed-src =» https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2016/08/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2015_12_0916_Epng? auto = format & fit = max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}%
4. Модули XLR состоят из 18 отдельных ячеек суперконденсатора Eaton XL60, предназначенных для обеспечения 48,6 В и 166 F 5-метрового постоянного тока. сопротивление для включения в системы, требующие до 750 В. (Предоставлено Eaton)

Суперконденсаторы

Maxwell Technologies используются для накопления энергии рекуперативным торможением в системе метро Пекина. Корпорация China Railway Rolling Stock Corp. (CRRC-SRI) использует 48-вольтовые модули Maxwell (рис.5) в двух наборах накопителей энергии с рекуперативным торможением для линии № 8 системы, городской железнодорожной сети, которая проходит с севера на юг через столицу Китая.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275eff6d5f267ee210da5» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Сайты электронного дизайна Electronicdesign com Загрузка файлов 2015 12 0916 Energy Tech F5 «data-embed-src =» https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2016/08/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2015_12_0916_EnergyTech_F5.png? auto = format & fit = max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}%
5. 48-В модули Maxwell обеспечивают длительный срок службы (10 лет постоянного тока) и возможность быстрой зарядки / разрядки (С любезного разрешения Maxwell)

.

Vishay предлагает свой 220 EDLC ENYCAP с номинальным напряжением 2,7 В. Его можно использовать в нескольких приложениях, включая резервное питание, поддержку импульсного питания, устройства хранения для сбора энергии, источники питания микро-ИБП и рекуперацию энергии.

Хотя одна ячейка суперконденсатора обеспечивает 2,7 В, более высокие напряжения могут быть достигнуты путем последовательного соединения нескольких суперконденсаторов. Так же, как и в случае литий-ионных батарей, суперконденсаторы в стопке могут иметь разную емкость из-за производства или неравномерного старения. Для цепочек из более чем трех конденсаторов требуется балансировка напряжений для обеспечения длительного срока службы, предотвращения перенапряжений за счет поддержания напряжения на каждой ячейке как можно более низким для достижения необходимого общего напряжения батареи.

Суперконденсаторы управления питанием

Инженеры

могут выбирать из различных устройств, разработанных специально для управления уникальными требованиями к заряду суперконденсаторов, в зависимости от приложения.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275eff6d5f267ee210da7» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Сайты электронного дизайна Electronicdesign com Загрузка файлов 2015 12 0916 Energy Tech F6 «data-embed-src =» https: //img.electronicdesign.com / files / base / ebm / electronicdesign / image / 2016/08 / electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2015_12_0916_EnergyTech_F6.png? auto = format & fit = max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}%
6. При потере питания на входе , контроллер двунаправленной коммутации LTC3350 действует как повышающий преобразователь для подачи питания от суперконденсаторов на VOUT, который становится резервным источником питания для приложения (любезно предоставлено Linear Technology)

Например, компания

Linear Technology предлагает свой LTC3350 (рис.6) , резервный контроллер питания, который может заряжать и контролировать последовательный стек до четырех суперконденсаторов. LTC3350, разработанный для автомобилей и других транспортных средств, предлагает следующие функции:

• Резервное питание за счет зарядки батареи до четырех суперконденсаторов в случае сбоя питания. Он может выдерживать входное напряжение от 4,5 до 35 В и ток заряда / резервного питания более 10 А.

• Балансировка и защита от перенапряжения для последовательного стека суперконденсаторов.

• Мониторинг системных напряжений, токов и температуры кристалла.

• Внутренние конденсаторы для балансировки напряжения, устраняющие необходимость в балансных резисторах.

ISL78268 компании

Intersil — это синхронный понижающий контроллер, предназначенный для поддержки диапазона входного напряжения от 5 до 55 В. Понижающий контроллер объединяет управление режимом пикового тока для генерации ШИМ и контур постоянного среднего тока, идеально подходящий для зарядки суперконденсаторов. ISL78268 позволяет заряжать батарею конденсаторов с использованием метода постоянного тока / постоянного напряжения (CICV). Помимо зарядки суперконденсаторов, ISL78268 также подходит для автомобильных и телекоммуникационных источников питания.

Драйвер трансформатора с Н-мостом MAX13256 компании Maxim от

— еще одно решение для зарядки суперконденсаторов при одновременном управлении нагрузкой системы. Добавление небольшого диода и резистора параллельно между положительным выводом суперконденсатора и выходом схемы трансформатора ограничивает ток, используемый для зарядки суперконденсатора во время нормальной работы. Это также позволяет легко разряжать, когда требуется энергия.

Достижения, достигнутые в емкости суперконденсаторов и плотности энергии, в конечном итоге приведут к большей функциональности и более широкому присутствию устройств в энергетической отрасли.Основываясь на всех присущих им преимуществах, суперконденсаторы должны помочь снизить затраты для клиента за счет минимизации количества необходимых батарей, а также частоты их замены.

Стандарты суперконденсаторов и стандартизированные испытания

Несмотря на то, что тестирование может убедиться в надежности суперконденсаторов, производители не обязаны соблюдать определенные стандарты или тесты. Несколько стандартов, предназначенных для суперконденсаторов, позволяют производителям добровольно тестировать свои продукты с использованием различных методов.

Некоторые из наиболее часто используемых стандартов и тестов для суперконденсаторов включают:

• Соответствие ограничению использования опасных веществ (RoHS) : Эта европейская директива специально гарантирует, что в процессе производства продукта не используются опасные материалы, ограниченные европейскими стандартами. Он ограничивает использование шести опасных материалов (свинец, ртуть, кадмий, шестивалентный хром, полибромдифенилы и полибромдифениловый эфир) в процессе производства электронного и электрического оборудования.

• IEC 60068-2-27 и 2-29 : Эти стандарты защиты от ударов гарантируют, что продукт будет долговечным в тяжелых условиях эксплуатации с высокими требованиями, и что он может выдерживать внезапные приложенные силы и удары.

• Соответствие REACH : REACH означает «Регулирование, оценка, разрешение и ограничение химических веществ». Единственная цель REACH — решить проблему производства и использования химических веществ и их потенциального воздействия как на здоровье человека, так и на окружающую среду.

• UL 810A : Стандарт был разработан UL специально для технологии суперконденсаторов.Требования этого теста охватывают суперконденсаторы, используемые в таком оборудовании, как электронные продукты, источники бесперебойного питания, аварийное освещение, запуск двигателя и силовое оборудование.

• IEC 62576 : Этот стандарт описывает методы тестирования основных электрических характеристик (емкость, поддержание напряжения и энергоэффективность) обычных электрических двухслойных конденсаторов (EDLC), которые будут использоваться для поддержки пиковой мощности в гибридных электромобилях.

• IEC 62391-2: Это для фиксированных EDLC для использования в электронном оборудовании и EDLC для приложений питания.

По мере увеличения присутствия суперконденсаторов на рынке силовой электроники потребность в едином стандарте также растет. При выборе суперконденсатора клиентам будет проще иметь в виду только один стандарт. Прямо сейчас, например, существует несколько методов тестирования ESR (например, IEC6231, EUCAR, собственные методы производителей).

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df273aef6d5f267ee155392» data-embed-element = «aside» data-embed-alt = «Electronicdesign 13840 Sourceesb» data-embed-src = «https : // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2019/04/electronicdesign_13840_sourceesb.png?auto=format&fit=max&w=1440 «data-embed-caption =» «]}%

Как гибридизировать батареи и суперконденсаторы

Чтобы получить более подробную информацию об изменении климата, зарегистрируйтесь в The Climate Issue, нашем двухнедельном информационном бюллетене, или посетите наш центр изменения климата

W HEN IT COMES Чтобы ускорить темп, некоторые электромобили полагаются не только на батарею, обеспечивающую необходимую мощность, но и на второй источник энергии, называемый суперконденсатором.Аккумулятор выполняет роль марафонца, обеспечивая стабильный разряд на большом расстоянии. Суперконденсатор — это спринтер, быстро высвобождающий большое количество энергии.

Послушайте эту историю

Ваш браузер не поддерживает элемент

Больше аудио и подкастов на iOS или Android.

Быстрый разряд — не единственное преимущество суперконденсаторов. Их также можно заряжать быстрее. Это делает их особенно полезными в системах рекуперативного торможения, поскольку они способны поглощать больше электроэнергии, производимой при замедлении транспортного средства.Однако они могут хранить только часть энергии, которую расходует батарея. Поэтому у них скоро закончится затяжка. Из-за этого инженеры какое-то время пытались объединить лучшие элементы суперконденсатора с наиболее полезными функциями батареи, чтобы сделать запоминающее устройство, обладающее как скоростью, так и долговечностью. Теперь у них есть некоторый успех. Действительно, NAWA Technologies, расположенная недалеко от Экс-ан-Прованса, Франция, утверждает, что ее суперконденсаторная батарея может более чем вдвое увеличить запас хода электромобиля, позволяя проехать 1000 км без подзарядки.Это новое устройство также, как утверждает NAWA , может быть заряжено до 80% всего за пять минут.

Научный бит

Конденсаторы и батареи работают по-разному, поэтому их сложно объединить. Конденсатор физически хранит энергию в виде статического электричества. Он легко и быстро разряжается, поэтому конденсаторы имеют хорошую удельную мощность (скорость, с которой они передают энергию на единицу веса). Приличный современный суперконденсатор имеет удельную мощность в несколько киловатт на килограмм.

Батареи накапливают свою энергию химически в виде реактивных веществ в своих двух электродах. Эти электроды физически разделены, но соединены материалом, называемым электролитом, через который заряженные атомы, известные как ионы, могут переходить от одного к другому, чтобы разрешить протекание реакции. Однако это происходит только тогда, когда поток ионов уравновешивается потоком электронов через внешнюю цепь между электродами. Этот поток электронов представляет собой электрический ток, который является причиной существования батареи.

Контролируемые таким образом химические реакции требуют времени, поэтому батареи имеют низкую удельную мощность. Литий-ионная (литий-ионная) батарея, используемая в электромобилях, может потреблять лишь десятую часть киловатта на килограмм. Но химические вещества могут удерживать много энергии, поэтому батареи имеют высокую плотность энергии (количество энергии, которое они могут содержать, опять же на единицу веса). Литий-ионный аккумулятор может хранить 200-300 ватт-часов на килограмм ( Вт, ч / кг). Суперконденсаторы обычно потребляют менее 10 Вт ч / кг.

Конденсаторы, напротив, — базовые или «супер» — состоят из пары электропроводящих пластин, расположенных по обе стороны от разделительного материала. Когда к этим пластинам прикладывается напряжение, на поверхности одной накапливается положительный заряд, а на другой — соответствующий отрицательный. Подключите пластины через внешнюю цепь, и тогда, как и в случае с батареей, будет течь ток.

Чтобы перейти от простого конденсатора к суперразнообразию, нужно сделать две вещи. Один из них — покрытие пластин пористым материалом, например активированным углем, для увеличения площади поверхности, доступной для хранения энергии.Другой — погрузить их в электролит. Это создает еще большую зону хранения в виде границы электролита с пластинами. Но добавление электролита в смесь также дает возможность одновременно добавить немного электрохимии, подобной батарее. И Skeleton Technologies, эстонская компания по производству суперконденсаторов, планирует сделать именно это.

Тектоника плит

Компания Skeleton уже разработала пластины, состоящие из так называемого «изогнутого» графена, для новой линейки простых суперконденсаторов.Обычный графен представляет собой один слой атомов углерода, расположенных в гексагональной сетке. Он очень проводящий. Изогнутая разновидность скелета состоит из мятых листов материала. Последующее увеличение площади поверхности, как твердые надежды, приведет к увеличению удельной энергии их новых продуктов до 10-15 Вт ч / кг — хорошая доля от теоретического максимума для суперконденсатора 20-30 Вт ч / кг.

Но это только начало плана Скелета. В настоящее время инженеры компании работают с Технологическим институтом Карлсруэ в Германии, чтобы использовать изогнутый графен в так называемой «супер-батарее».Хотя это остается в основном суперконденсатором, аккумулирующим большую часть своего заряда электростатически, электролит, как говорит Себастьян Польманн, глава отдела инноваций Skeleton, также будет обеспечивать некоторое хранение химической энергии. Компания хранит молчание об используемом электролите и химическом составе. «Это несопоставимо с классической литий-ионной химией», — вот все, что скажет д-р Польманн. Но в целом, как он утверждает, будет что-то, что перезаряжается за 15 секунд и может хранить 60 Вт ч / кг.Skeleton планирует начать коммерческое производство этого к 2023 году.

Другие группы также работают над способами добавления в суперконденсатор химического накопителя энергии. Например, исследователи из Технологического университета Граца в Австрии разработали версию, в которой электрические контакты покрыты углеродом, пронизанным крошечными порами. Один контакт работает как пластина конденсатора, другой как электрод батареи. В отличие от Скелета, группа Граца открыто заявляет о своем подходе к химии электролитов.Они используют водный раствор йодида натрия (т.е. раствор ионов натрия и ионов йода). На электроде иодид превращается в элементарный йод, который кристаллизуется в порах во время разряда. Затем этот процесс меняется на противоположный, когда устройство заряжается. Поры в пластине также служат для размещения ионов натрия.

Согласно статье, опубликованной его изобретателями недавно в Nature Communications , характеристики элемента Граца превышают характеристики литий-ионного аккумулятора. Например, он способен выдерживать до 1 миллиона циклов зарядки и разрядки, — говорит Камар Аббас, член команды.Можно ожидать, что литий-ионный эквивалент выдержит пару тысяч циклов.

И Skeleton, и группа Graz, таким образом, берут модифицированную архитектуру суперконденсатора и добавляют некоторую специальную электрохимию. Напротив, хотя предложение от NAWA Technologies действительно также использует модифицированные пластины суперконденсатора в качестве электродов, оно использует проверенные и проверенные литий-ионные ингредиенты для химической работы.

Как и Skeleton, NAWA уже производит суперконденсаторы.Пластины для них создаются с использованием процесса, который фирма называет VACNT (вертикально ориентированные углеродные нанотрубки). Таким образом, трубки выстраиваются в массив, который в миниатюре напоминает щетину кисти. Крайняя миниатюра. На квадратный сантиметр их около 100 миллиардов, и все они стоят по очереди. Это значительно увеличивает площадь поверхности, доступную для удержания электрического заряда.

Чтобы адаптировать пластины VACNT для работы также в качестве электродов, подобных батареям, инженеры NAWA прорежили лес нанотрубок, чтобы освободить место для покрытий из химических веществ, которые батареи используют для своих реакций, а также для движения лития. ионы в промежутки между трубками и из них.Эта свобода передвижения, по мнению компании, увеличит удельную мощность устройства в десять раз.

Для начала нанотрубки катода по изобретению (положительный электрод в батарее) будут покрыты никелем, марганцем и кобальтом, смесью, уже широко используемой для изготовления таких катодов. Обычные аноды (отрицательные электроды) уже сделаны на основе углерода, поэтому использование этого элемента в виде нанотрубок не является большим отклонением. Однако другие, менее коммерчески разработанные химические составы батарей также должны работать с электродами VACNT .К ним относятся литий-сера и литий-кремний, оба из которых могут увеличивать плотность энергии.

Кремний является особенно многообещающим, но он разбухает при поглощении ионов, что может привести к повреждению аккумулятора. Зачистка нанотрубок в электроде VACNT должна работать как клетка, чтобы контролировать кремний, говорит Паскаль Буланже, физик, который помог найти NAWA в 2013 году. Новый электродный материал также можно использовать с твердым телом, а не с жидкостью. электролиты для изготовления «твердотельных» аккумуляторов.Они мощные и надежные, но коммерциализировать их сложно.

Щетина для работы

В ходе испытаний с рядом неназванных компаний по производству аккумуляторов доктор Буланже сообщил, что электродов VACNT достигли плотности энергии 500 Вт ч / кг в одной батарее и до 1400 ватт-часов на литр в другой. . Это примерно вдвое больше, чем у типичного литий-ионного аккумулятора с точки зрения веса и объема соответственно. «Мы сделали это очень легко, — добавляет он, — поэтому мы считаем, что есть еще возможности для улучшения.

Одна фирма, с которой NAWA действительно сотрудничает, — это Saft, крупный производитель аккумуляторов, принадлежащий французскому нефтяному гиганту Total, стремящемуся к диверсификации с ископаемого топлива. Среди клиентов Saft несколько команд Формулы-1, которые используют электроэнергию в своих гоночных автомобилях. Saft также объединилась с PSA group, крупным европейским производителем автомобилей, для производства аккумуляторов для электромобилей.

Естественно, успех нового устройства будет зависеть от стоимости его производства. NAWA уже строит серийную линию по производству пластин VACNT для своих новейших суперконденсаторов.Используемый процесс выращивания нанотрубок на обеих сторонах рулона алюминиевой фольги, как говорит Ульрик Грейп, исполнительный директор NAWA , легко перенесет на существующую линию по производству аккумуляторов и может даже снизить затраты на производство аккумуляторов. Он ожидает, что первые версии гибридов суперконденсатор-батарея будут производиться к 2023 году.

Сможет ли такой гибридный накопитель конкурировать с обычными ионно-литиевыми батареями, еще неизвестно. Литий-ионные аккумуляторы имеют то преимущество, что они занимают посты, и производители аккумуляторов вложили миллиарды долларов в огромные «гигафабрики», чтобы выпускать их в массовом порядке.Тем не менее, несмотря на всю шумиху вокруг электромобилей, сомнения в отношении литий-ионных аккумуляторов остаются в умах многих клиентов. Беспокойство по поводу дальности, скорость перезарядки и стоимость — все вместе вызывает нерешительность при использовании кредитной карты. Сочетание остроты суперконденсатора с выносливостью батареи могло бы преодолеть по крайней мере первые два из этих возражений и, таким образом, наконец, по-настоящему запустить эру беззаботного электромобиля. печатного издания под заголовком «Что получится, если скрестить зайца с черепахой?»

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Графеновые суперконденсаторы: Введение и новости

Графеновые суперконденсаторы

Графен представляет собой тонкий слой чистого углерода, плотно упакованный и связанный вместе в гексагональной сотовой решетке.Его широко называют «чудо-материалом», потому что он наделен множеством удивительных свойств: это самое тонкое соединение, известное человеку, толщиной в один атом, а также самый известный проводник. Он также обладает удивительной прочностью и светопоглощением и даже считается экологически чистым и устойчивым, поскольку углерод широко распространен в природе и является частью человеческого тела.

Графен часто предлагается в качестве замены активированного угля в суперконденсаторах, отчасти из-за его большой относительной площади поверхности (которая даже больше, чем у активированного угля).Площадь поверхности является одним из ограничений емкости, а более высокая площадь поверхности означает лучшее накопление электростатического заряда. Кроме того, суперконденсаторы на основе графена будут использовать его легкий вес, эластичные свойства и механическую прочность.

Графеновый суперконденсатор может накапливать почти столько же энергии, сколько и литий-ионный аккумулятор, заряжаться и разряжаться за секунды и поддерживать все это в течение десятков тысяч циклов зарядки. Один из способов добиться этого — использовать высокопористую форму графена с большой площадью внутренней поверхности (полученную путем упаковки порошка графена в ячейку в форме монеты, а затем высушивания и прессования его).

Что такое суперконденсаторы?

Суперконденсаторы, также известные как EDLC (электрические двухслойные конденсаторы) или ультраконденсаторы, отличаются от обычных конденсаторов тем, что они могут хранить огромное количество энергии.

Основной конденсатор обычно состоит из двух металлических пластин, разделенных изолятором (например, воздухом или пластиковой пленкой). Во время зарядки электроны накапливаются на одном проводе и отходят от другого. Одна сторона получает отрицательный заряд, а другая — положительный.Изолятор нарушает естественное притяжение отрицательного заряда к положительному, и это напряжение создает электрическое поле. Как только электроны переходят на другую сторону, происходит разряд.

Суперконденсаторы также содержат две металлические пластины, покрытые только пористым материалом, известным как активированный уголь. Они погружены в электролит, состоящий из положительных и отрицательных ионов, растворенных в растворителе. Одна пластина положительная, а другая отрицательная. Во время зарядки ионы электролита накапливаются на поверхности каждой пластины с углеродным покрытием.Суперконденсаторы также накапливают энергию в электрическом поле, которое формируется между двумя противоположно заряженными частицами, только у них есть электролит, в котором равномерно распределено равное количество положительных и отрицательных ионов. Таким образом, во время зарядки каждый электрод имеет два слоя зарядового покрытия (двойной электрический слой).


Батареи и суперконденсаторы

В отличие от конденсаторов и суперконденсаторов, батареи накапливают энергию в химической реакции. Таким образом, ионы вставляются в атомную структуру электрода, а не просто цепляются за нее, как в суперконденсаторах.Это позволяет суперконденсаторам (и хранению энергии в целом без химических реакций) заряжаться и разряжаться намного быстрее, чем аккумуляторы. Благодаря тому, что суперконденсатор не подвержен такому же износу, как батарея на основе химической реакции, он может выдержать еще сотни тысяч циклов зарядки и разрядки.

Суперконденсаторы могут похвастаться высокой емкостью накопления энергии по сравнению с обычными конденсаторами, но они все еще отстают от батарей в этой области. Суперконденсаторы также обычно дороже в расчете на единицу, чем батареи.Технически можно заменить аккумулятор сотового телефона на суперконденсатор, и он будет заряжаться намного быстрее. Увы, долго заряжаться не будет. Однако суперконденсаторы очень эффективны при приеме или передаче внезапного всплеска энергии, что делает их подходящим партнером для батарей. Первичные источники энергии, такие как двигатели внутреннего сгорания, топливные элементы и батареи, хорошо работают как непрерывный источник малой мощности, но не могут эффективно справляться с потребляемой пиковой мощностью или возвращать энергию, поскольку они медленно разряжаются и перезаряжаются.Суперконденсаторы обеспечивают быстрые выбросы энергии во время пиковых нагрузок, а затем быстро накапливают энергию и улавливают избыточную мощность, которая в противном случае теряется. В примере с электромобилем суперконденсатор может обеспечивать необходимую мощность для ускорения, в то время как батарея обеспечивает запас хода и заряжает суперконденсатор между скачками напряжения.

Общие приложения суперконденсаторов

Суперконденсаторы в настоящее время используются для сбора энергии от систем рекуперативного торможения и высвобождения энергии, чтобы помочь гибридным автобусам разгоняться, обеспечивать пусковую мощность и стабилизацию напряжения в системах старт / стоп, резервную и пиковую мощность для автомобильных приложений, помогать при ускорении поезда открывать двери самолета в случае сбоев питания, помогать повысить надежность и стабильность энергосистемы систем шага лопастей, улавливать энергию и обеспечивать импульсную мощность для помощи при подъемных операциях, обеспечивать энергией центры обработки данных между сбоями питания и инициированием систем резервного питания, таких как дизельные генераторы или топливные элементы, и обеспечивают накопление энергии для увеличения мощности установок возобновляемых источников энергии и повышения стабильности сети.

Соперничающие материалы

Существует несколько материалов, которые исследованы и предложены для увеличения суперконденсаторов на столько же (или даже больше) графена. Среди этих материалов: конопля, которая использовалась канадскими исследователями для разработки конопляных волокон, которые по крайней мере так же эффективны, как и графеновые, в электродах суперконденсатора, сигаретные фильтры, которые использовались корейскими исследователями для подготовки материала для электродов суперконденсатора, который демонстрирует лучшие характеристики. пропускная способность и более высокая удельная емкость, чем у обычного активированного угля, и даже выше, чем у электродов из графена с примесью азота или углеродных нанотрубок.

Коммерциализация графеновых суперконденсаторов

Графеновые суперконденсаторы уже представлены на рынке, и несколько компаний, включая Skeleton Technology, CRRC, ZapGoCharger и Angstron Materials, разрабатывают такие решения. Прочтите наш отчет о рынке графеновых суперконденсаторов, чтобы узнать больше об этом захватывающем рынке и о том, как графен повлияет на него.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *