Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике   Искать в Школе для электрика:
 
 

 

Справочник электрика / Электротехнические устройства

 

Ионисторы - устройство, практическое применение, достоинства и недостатки




Что такое ионистор

Ионисторы или суперконденсаторы выглядят как обычные электролитические конденсаторы, хотя отличаются от последних гораздо большей электроемкостью. По своим свойствам ионистор — это нечто среднее между аккумулятором и конденсатором. Его устройство можно описать как конденсатор с двойным электрическим слоем, не зря на англоязычных ресурсах ионисторы именуют EDLC - Electric Double Layer Capacitor.

Ионисторы - устройство, практическое применение, достоинства и недостатки

Такой конденсатор работает благодаря электрохимическим процессам, происходящими внутри него, а не просто благодаря электрическому полю, сохраняемому в диэлектрике между обкладками, как в обычном конденсаторе. Здесь нет классического слоя диэлектрика между обкладками, а сами обкладки изготовлены из веществ, отличающихся носителями заряда противоположного типа.

Поскольку емкость конденсатора прямо пропорционально связана с площадью его обкладок, для того чтобы получить большую емкость, необходимо иметь обширную площадь обкладок. Именно по этой причине электроды ионистора обычно изготовлены из вспененного углерода, дающего весьма значительную площадь «обкладок».

Электроды разделены сепаратором и находятся в твердом кислотном или щелочном электролите. Сепаратор исключает короткое замыкание между электродами. Кристаллический электролит из рубидия, серебра и йода позволяет создавать ионисторы высокой емкости с низким саморазрядом, стойкие к низким температурам.

Ионисторы с малым внутренним сопротивлением получаются, например, на основе раствора серной кислоты, однако рабочее напряжение таких ионисторов ограничено 1 вольтом, к тому же подобные решения токсичны, поэтому применяют их редко.

Устройство и принцип работы суперконденсатора

Электрохимическая реакция в ионисторе приводит к тому, что некоторые из электронов покидают электроды, при этом электроды заряжаются положительно. Отрицательные ионы притягиваются из электролита к заряженным положительно электродам. Так образуется электрический слой.

В результате заряд ионистора хранится на границе раздела углерода и электролита, и толщина электрического слоя, образованного катионами и анионами, составляет всего 1-5 нм, что эквивалентно очень маленькому расстоянию между обкладками конденсатора. Так получается значительная емкость измеряемая фарадами. Ионистор — полярен, поэтому при его включении в схему необходимо соблюдать правильную полярность.

Применение ионисторов

Сегодня ионисторы нередко встречаются в цифровой технике в качестве источников резервного питания микроконтроллеров, схем памяти, КМОП-микросхем, электронных часов и т. д.

Применение ионисторов

Находясь в промежуточном положении между конденсаторами и аккумуляторами, ионисторы применимы в различных областях: хранение энергии в системах рекуперативного торможения, приложениях с низким энергопотреблением и быстрой зарядкой (фотовспышка, плеер, память и т. д.).

В будущем, вероятно, портативные электронные устройства, электрокары и все то, что сегодня работает на аккумуляторах, с тем преимуществом, что заряжать их можно будет за считанные минуты. Незаменимы ионисторы и там, где требуется большое количество циклов заряда-разряда в условиях краткосрочного энергопотребления.

Перечислим лишь некоторые из сфер успешного применения ионисторов сегодня: ветровая энергетика, медицинское оборудование, резервирование мощности, аккумулирование энергии, регенерация энергии торможения, питание бытовой электроники и кухонных приборов, питание светодиодов и датчиков, резервная память, поддержание питания электронных замков, стабилизация напряжения.

Достоинства и недостатки

К недостаткам ионисторов можно отнести малое рабочее напряжение (до 2,7 вольт на элемент, что приводит к необходимости собирать ионисторы в батареи) и довольно высокую стоимость, по сравнению с аккумуляторами и конденсаторами. Положительные черты ионисторов: быстрота заряда и разряда, ресурс в сотни тысяч циклов, необслуживаемость, малые габариты и вес, простота в эксплуатации, широкий рабочий температурный диапазон, продолжительный срок службы.