Архив рубрики: элементы

Ионистор

Ионистор (супер-конденсатор, ультра-конденсатор) — конденсатор с органическим или неорганическим электролитом , «обкладками» в котором служит двойной электрический слой на границе раздела электрода и электролита .
В связи с тем, что толщина двойного электрического слоя (то есть расстояние между «обкладками» конденсатора) очень мала, запасенная ионисторов энергия выше по сравнению с обычными конденсаторами того же размера. К тому же, использование двойного электрического слоя вместо обычного диэлектрика позволяет намного увеличить площадь поверхности электрода (например, путем использования пористых материалов, таких, как активированный уголь или вспененные металлы). Удельная емкость ионистора достигает — десятка фарад / куб. см , при номинальном напряжении 2-4 вольта.Supercapacitor_diagram.svg

Преимущества

С появлением ионисторов стало возможным использовать конденсаторы в электрических цепях не только как превращает элемент, но и как источник тока. Такие элементы имеют несколько преимуществ над обычными химическими источниками тока — гальваническим элементами и аккумуляторами :

  • Высокие скорости заряда и разряда.
  • Простота зарядного устройства
  • Малая деградация даже после сотен тысяч циклов заряда / разряда.
  • Малый вес по сравнению с электролитическими конденсаторами подобной емкости
  • Низкая токсичность материалов.
  • Высокая эффективность (кпд более 95%).
  • Неполярные (хотя на ионистор и указаны «+» и «-», это делается для обозначения полярности остаточного напряжения после его заряда на заводе-изготовителе).

Недостатки

  • Удельная энергия меньше, чем у традиционных источников (1-3 Вт · ч / кг при 30-40 Вт · ч / кг для батареек).
  • Напряжение зависит от степени заряженности.
  • Возможность выгорания внутренних контактов при коротком замыкании.
  • Малый срок службы (сотни часов) на предельных напряжениях заряда.
  • Большой внутренний сопротивление по сравнению с традиционными конденсаторами (50-100 Ом в ионистора 1Ф x 5,5 В)
  • Значительно больше, по сравнению с аккумуляторами саморазряд: около 1 мкА в ионистора 2Ф x 2.5В

Плотность энергии

Плотность энергии ионисторов зависит от конструкции. Например, плотность энергии ионистора ELNA 1 Ф x 5.5 В массой 4.1 г составляет 3600 Дж / ​​кг или 1Вт · ч / кг. Это в 200 раз меньше виж плотность энергии литий-ионных аккумуляторов , и в 5,6 раз больше плотности энергии электролитического конденсатора
Плотность мощности ионистора зависит от внутреннего сопротивления. У того же ионистора ELNA 1Ф x 5.5В внутреннее сопротивление составляет 30 мОм. Максимальная мощность, которую можно получить от источника энергии достигается при сопротивлении нагрузки равном внутреннему сопротивлению. Таким образом, максимальная мощность, которую можно получить от данного ионистора составляет 61 кВт / кг. Для сравнения, такой параметр в пускового свинцового аккумулятора составляет 300Вт/кг
В 1997 исследователи из CSIRO разработали супер-конденсатор, который мог хранить большой заряд за счет использования пленочных полимеров как диэлектрика . Электроды были изготовлены из углеродных нанотрубок . В обычных конденсаторов удельная энергия составляет 0,5 Вт · ч / кг, а у конденсаторов PET она была в 4 раза больше.
В 2008 году индийские исследователи разработали опытный образец ионистора на основе графеновых электродов имеет удельную энергоемкость до 32 Вт · ч / кг, сравнимую с таковой для свинцово-кислотных аккумуляторов (30-40 Вт · ч / кг)  .

Срок службы ионисторов большой. Проводились исследования по определению максимального числа циклов заряд-разряд. После 100000 циклов не наблюдалось ухудшения характеристик. Согласно недавним заявлениям сотрудников MIT, ионисторы могут вскоре заменить обычные аккумуляторы. Кроме того, в 2009 году были проведены испытания аккумулятора на основе ионистора, в котором в пористый материал были введены наночастицы железа. Полученный двойной электрический слой пропускал электроны в два раза быстрее за счет создания «туннельного эффекта».

Недавние открытия в области микро-суперконденсаторов

Использование миниатюрных суперконденсаторов ( конденсаторов большой емкости ) как замена аккумуляторных батарей может значительно повысить срок службы будущих мобильных телефонов, портативных компьютеров и другой электронной техники. Это, вероятно, станет возможным благодаря исследованиям, проведенным группой ученых из университета Дрексела (Drexel University) в Филадельфии, которые разработали новую технологию производства миниатюрных суперконденсаторов, используя методику микрообработки материалов, подобную которой используют для производства микрокристаллов полупроводниковых электронных приборов.
Аккумуляторные батареи накапливают энергию, используя химические реакции между реактивами, входящих в состав их электролита. Благодаря этому они обычно имеют большую энергетическую емкость, чем конденсаторы. Но конденсаторы накапливают энергию просто в виде электрического заряда, не подвергая изменениям свою внутреннюю структуру. Именно поэтому они могут без потери емкости вынести миллиона циклов зарядки и разряда, тогда как аккумуляторные батареи выдерживают от тысячи до нескольких тысяч таких циклов.
Технология производства миниатюрных суперконденсаторов, совместно разработанная Юрием Гоготцы (Yury Gogotsi) из университета Дрексела и Джоном Чмиола (John Chmiola), химиком из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, заключается в том, что пищеварение электродов из углеродистой пленки, нанесенной на подложку из карбида титана. Полученная таким образом поверхность электродов (обкладок) конденсаторов имеет большую площадь, благодаря чему новые суперконденсаторы имеют емкость в два раза выше, чем изготовленные по другой технологии конденсаторы большой емкости. В два раза выше емкость конденсатора объясняется тем, что конденсатор сможет накопить в два раза больше энергии.
Встроив такие микроконденсаторов большой емкости прямо в схемы электронных устройств можно значительно уменьшить габариты и вес этих устройств. Кроме этого, благодаря уникальным электрическим свойствам суперконденсаторов, эти электронные устройства функционировать дольше не вызывая необходимости замены старой аккумуляторной батареи на новую. Такие конденсаторы большой емкости, работающих параллельно с обычными аккумуляторными батареями, смогут найти применение в системах хранения энергии, полученной от возобновляемых источников энергии, значительно повышая ресурс аккумуляторных батарей.
В дальнейших планах ученых, которые продолжают работу по совершенствованию разработанной технологии, на первом плане стоит достижение емкости суперконденсаторов, связанной с емкостью аккумуляторных батарей похожих габаритных размеров. Они надеются, что как только это им удастся, несмотря на практически неисчерпаемый ресурс конденсаторов, рынок электронных устройств, электрических автомобилей и беспилотных летательных аппаратов ждет «аккумуляторная» революция.

Фоторезистор и фотореле

ФоторезисторLight-dependent_resistor_schematic_symbol.svg — элемент электрической цепи , который меняет свой ​​сопротивление при освещении .
Принцип действия фоторезистора основан на явлении фотопроводимости — уменьшении сопротивления полупроводника при возбуждении носителей заряда светом.
Популярным полупроводником , на основе которого изготавливаются фоторезисторы, является CdS .
Фоторезисторы применяются фотореле , автоматически включают уличное освещение в сумерках, в турникетах метро и т.д..

Фотореле — прибор автоматического управления различными установками, использующий безинерционность фотоэффекта , то есть практически мгновенно реагирует на световое воздействие или его изменение.

Применение фотореле чрезвычайно разнообразны. Оно включает и выключает в нужное время освещение улиц, сортирует различные детали по форме и размеру, моментально останавливает станок, если рука человека окажется в опасной зоне!