Ionistor (Supercapacitor, ultracapacitor, o electrochimic dublu strat condensator) - dispozitiv electrochimic, un condensator cu electrolit „plăci“ organice sau anorganice, care servește ca un strat dublu electric la electrod și electrolit.
Primul condensator cu un strat dublu pe electrozii de carbon poros a fost brevetat în 1957 de General Electric.
Întrucât mecanismul exact nu a fost clar până în acel moment, sa sugerat că energia este stocată în porii de pe electrozi, ceea ce duce la formarea unei "capacități excepțional de mari pentru acumularea unei încărcări".
Puțin mai târziu, în 1966, Standard Oil of Ohio, Cleveland (SOHIO), SUA a brevetat un element care păstrează energia în stratul dublu.
Confruntându-se cu faptul de un mic volum de vânzări în 1971 Sohio a trecut compania licențiat NEC, care a reușit să promoveze cu succes produsul pe piață sub numele de «supercondensator» (Supercapacitor). În 1978, Panasonic a lansat "Capacitorul de aur" ("Gold Cap") "Gold Capacitor", care funcționează pe același principiu.
Aceste condensatoare au o rezistență internă relativ ridicată care limitează puterea de ieșire a energiei, astfel încât aceste condensatoare au fost utilizate numai ca baterii de acumulator pentru SRAM.
Primele ioniști cu rezistență internă redusă pentru utilizare în circuite puternice au fost dezvoltate de PRI în 1982. Pe piață, acești ioniști au apărut sub numele de "PRI Ultracapacitor".
1) Ioniști cu electrozii de carbon polarizați ideal (ionistor "ideal", condensator ionic). Nu folosiți reacții electrochimice, nu lucrați datorită transferului de ioni între electrozii. Unele variante de electroliți: soluție apoasă 30% de KOH; 38% soluție apoasă de H2S04; electroliți organici [3].
2) Ioniști cu un electrod de carbon polarizabil ideal și un catod sau anod nepolarizabil sau slab polarizabil (ioniști "hibrizi"). O reacție electrochimică apare pe un singur electrod. Variante: Ag (-) și electrolitic solid RbAg4 I5; 30% soluție apoasă de KOH și NiOOH (+) [3]
3) Pseudocapacitorii - ioniștii care utilizează procese electrochimice reversibile pe suprafața electrozilor. Ei au o capacitate specifică mare. Schema electrochimică: (-) Ni (H) / soluție apoasă 30% de KOH / NiOH (+); (-) C (H) / soluție apoasă 38% de H2SO4 / PbSO4 (PbO2) (+) [3].
Diferența dintre un ionistor și un condensator este că nu există un strat special de dielectric între electrozii săi. În schimb, electrozii ioniștilor sunt fabricați din substanțe având tipuri opuse de purtători de sarcină.
După cum știți, capacitatea condensatorului depinde de suprafața plăcilor: cu cât este mai mare, cu atât este mai mare capacitatea. Prin urmare, electrozii ioniștilor sunt cel mai adesea realizați din carbon spumos sau carbon activ. Datorită acestei tehnici, este posibil să se obțină o suprafață mare de "plăci" specifice. Electrozii sunt separați printr-un separator și toate acestea sunt în electrolit. Separatorul este necesar doar pentru a proteja electrozii de scurtcircuit. Electrolitul se efectuează pe bază de soluții de acizi și alcalii și este cristalin și solid.
De exemplu, folosind un electrolit solid cristalin bazat pe rubidiu, argint și iod (RbAg4 I5) poate crea supercapacitors cu autodescărcare redusă, capacitate ridicată și să reziste la temperaturi scăzute. Este, de asemenea, posibilă fabricarea ioniștilor pe bază de electroliți ai soluțiilor acide, cum ar fi H2S04. Astfel de condensatori dublu strat electrice au o rezistență internă scăzută, dar, de asemenea, tensiunea de lucru scăzută de aproximativ 1 V. Recent, condensatoarele electrice dublu strat de electroliți pe bază de alcalii și acizi aproape nu produc ca atare ionistory conțin substanțe toxice.
Ca urmare a reacțiilor electrochimice, un număr mic de electroni sunt detașați de electrozi. În acest caz, electrozii dobândesc o încărcătură pozitivă. Ionii negativi care sunt în electrolit sunt atrase de electrozi, care sunt încărcați pozitiv. Ca rezultat al întregului proces, se formează un strat electric.
Încărcarea în ionistor este reținută la interfața dintre electrod din carbon și electrolit. Grosimea stratului electric, care este formată de anioni și cationi, este foarte mică uneori egală cu 1 ... 5 nanometri (nm). După cum știți, pe măsură ce distanța dintre plăci scade, capacitatea crește.
Principalele calități pozitive ale ioniștilor includ:
· Timp scurt de încărcare și descărcare. Datorită acestui lucru, ionistul poate fi încărcat și utilizat rapid, în timp ce încărcarea bateriei durează mult timp;
· Numărul ciclurilor de încărcare / descărcare - mai mult de 100.000;
· Nu necesită întreținere;
· Greutate și dimensiuni reduse;
· Încărcarea nu necesită încărcătoare complicate;
· Funcționează pe o gamă largă de temperaturi (-40 ... + 70 0 C). La o temperatură mai mare de +70 ° C, ionistul, de regulă, se prăbușește;
· Durată lungă de funcționare.
· Energia specifică este mai mică decât cea a surselor tradiționale (5-12 Wh / kg la 200 Wh / kg pentru bateriile litiu-ion).
· Tensiunea depinde de gradul de încărcare.
· Abilitatea de a arde contactele interne în cazul scurtcircuitului.
· Rezistență internă mare în comparație cu condensatoarele tradiționale (10. 100 ohmi pentru ionistor 1 Ф ♦ 5.5 V).
În mod semnificativ mai mare auto-descărcare în comparație cu bateriile: aproximativ 1 μA într-un ionistor 2 Φ 2,5 V [3].
Pentru a mări tensiunea de lucru a ionistorului, acestea sunt conectate în serie, precum și la conectarea bateriilor. Este adevărat că, pentru funcționarea fiabilă a unui astfel de ionistor compozit, fiecare ionistor separat trebuie să fie aruncat de un rezistor. Aceasta se face pentru a egaliza tensiunea pe fiecare ionistor individual. Acest lucru se datorează faptului că parametrii ioniștilor individuali diferă. Curentul care trece prin rezistența de egalizare trebuie să fie de câteva ori mai mare decât curentul de scurgere (auto-descărcare) al ionistorului. Valoarea curentului de auto-descărcare pentru ioniștii cu putere redusă este de zeci de microamperi.
De asemenea, merită să ne amintim că un ionistor este o componentă polară. Prin urmare, la conectarea la circuit, respectați polaritatea.
În plus, este necesar să se evite scurtcircuitarea concluziilor ionistorului. Și deși ioniștii sunt suficient de rezistenți la scurtcircuit, pot duce la o creștere excesivă a temperaturii peste valoarea maximă datorată acțiunii termice a curentului, ceea ce va duce la deteriorarea ionistorului.
Ionistorii funcționează perfect în circuitele de curent constant și pulsatoriu. Este adevărat că, în cazul unui curent pulsatoriu de înaltă frecvență care curge prin ionistor, acesta poate fi încălzit din cauza rezistenței interne ridicate la frecvențe înalte. Așa cum am menționat deja, o creștere a temperaturii electrozilor ionizori este mai mare decât cea maximă admisă rezultând în deteriorarea ei.
Documentația pentru ionistor, de regulă, indică valoarea rezistenței sale interne la o frecvență de 1 kHz. De exemplu, pentru un ionist DB-5R5D105T cu o capacitate de 1 Farad, rezistența internă la o frecvență de 1 kHz este de 30Sh. Există, de asemenea, ioniști cu rezistență internă chiar mai mică. Acestea sunt etichetate ca rezistență redusă sau ESR scăzută. Astfel de ioniști sunt încărcați mai repede.
Pentru un curent direct, rezistența internă a unui ionistor este mică și se ridică la câțiva milimetri, zeci de ohmi.
Desemnarea ionistorului în schemă
ionizator condensator electrod de energie
În circuite, un ionistor este de asemenea menționat ca un condensator electrolitic.
Determinați că diagrama descrie un ionistor pe baza valorii parametrilor nominali. Dacă, lângă denumirea, de exemplu, este indicat 1F * 5,5 V, atunci acesta este un ionistor. După cum știți, nu există condensatori electrolitici cu o capacitate de 1 Farad și, dacă există, dimensiunile sale sunt considerabile. De asemenea, loveste instantaneu o tensiune nominala de 5,5 V. Așa cum am menționat deja, ioniștii în principiu nu sunt proiectați pentru o tensiune mare de funcționare.
Trimiteți-le prietenilor: