Az ionisztor (szuperkondenzátor, ultrakondenzátor, kétrétegű elektrokémiai kondenzátor) egy elektrokémiai eszköz, egy szerves vagy szervetlen elektrolittal rendelkező kondenzátor , amelyben a „lemezek” kettős elektromos réteget alkotnak az elektróda és az elektrolit határfelületén . Jellemzői szerint a kondenzátor és a kémiai áramforrás között köztes helyet foglal el .
Tekintettel arra, hogy az elektromos kettős réteg vastagsága (azaz a kondenzátor „lemezei” közötti távolság) rendkívül kicsi az elektrolitok felhasználása miatt, és a lemezek porózus anyagainak területe kolosszális, az ionisztor által tárolt energia nagyobb az azonos méretű hagyományos kondenzátorokhoz képest. Ezenkívül egy elektromos kettős réteg használata a hagyományos dielektrikum helyett lehetővé teszi az elektróda felületének nagymértékű növelését. Az ionisztorok tipikus kapacitása néhány farad 2-10 V névleges feszültség mellett.
Az első kétrétegű, porózus szénelektródákon lévő kondenzátort 1957-ben szabadalmaztatta a General Electric [1] . Mivel a pontos mechanizmus akkor még nem volt világos, feltételezték, hogy az elektródák pórusaiban energia raktározódik, ami "kivételesen nagy töltéstároló kapacitás" kialakulásához vezetett . Kicsit később, 1966-ban a Standard Oil of Ohio , Cleveland (SOHIO, USA ) szabadalmaztatott egy elemet, amely kettős rétegben tárolja az energiát [2] .
Az alacsony értékesítési volumen miatt a SOHIO 1971-ben engedélyezte a NEC -nek , amely sikeresen forgalmazta a terméket "Supercapacitor" (Supercapacitor) néven. 1978-ban a Panasonic piacra dobta a "Gold Capacitor"-t, "Gold Cap"-t, amely ugyanezen az elven működik. Ezek a kondenzátorok viszonylag nagy belső ellenállással rendelkeztek, ami korlátozta a kimenő teljesítményt, és illékony memória ( SRAM ) áramkörökben használták őket.
A Szovjetunió ionisztorait a Rádió 5. számában hirdették meg 1978-ban. Ezek KI1-1 ionisztorok voltak, kapacitásuk mérettől függően 0,1-50 F volt.
Az első kis belső ellenállású, nagy teljesítményű áramkörökben használható ionisztorokat a PRI fejlesztette ki 1982-ben. Ezek az ionisztorok "PRI Ultracapacitor" néven jelentek meg a piacon.
Az ionisztorok megjelenésével lehetővé vált a kondenzátorok elektromos áramkörökben történő alkalmazása nemcsak átalakító elemként, hanem feszültségforrásként is. Széles körben használják akkumulátorok helyettesítésére a termékparaméterekre vonatkozó információk tárolására külső áramforrás hiányában. Az ilyen elemeknek számos előnye és hátránya is van a hagyományos kémiai áramforrásokkal - galvanikus cellákkal és akkumulátorokkal - szemben :
Az elektródákat általában porózus anyagok, például aktív szén vagy habosított fémek felhasználásával készítik; és ezeket a fémeket az elektrolit típusának megfelelően választják ki. Egy ilyen porózus anyag teljes felülete sokszorosa egy hasonló, de sima felületű anyagénak, ami lehetővé tette a töltés megfelelő térfogatban történő tárolását.
Az ionisztorok energiasűrűsége még mindig többszöröse az akkumulátorok képességeinek. Például egy 0,51 kg tömegű BCAP3000 ionisztor (3000 F, 2,7 V) energiasűrűsége 21,4 kJ/kg (6 Wh/kg). Ez 7,6-szor kisebb, mint az ólom-elektrolit akkumulátorok energiasűrűsége , 25-ször kisebb, mint a lítium-polimer akkumulátoroké , de tízszer nagyobb, mint egy elektrolitkondenzátoré .
Az ionisztor teljesítménysűrűsége a belső ellenállástól függ. Az ionisztorok legújabb modelljeiben a belső ellenállás meglehetősen kicsi, ami lehetővé teszi az akkumulátor teljesítményéhez hasonló teljesítmény elérését.
2008- ban indiai kutatók kifejlesztettek egy grafénelektródákon alapuló ionisztor prototípust , amelynek fajlagos energiakapacitása akár 32 Wh/kg is lehet, ami hasonló az ólom-savas akkumulátorokéhoz (30-40 Wh/kg) [5] .
2011 -ben koreai tudósok Choi Jung-wook professzor vezetésével grafén és nitrogén felhasználásával készült szuperkondenzátort fejlesztettek ki, amely kétszer akkora kapacitást biztosít, mint az azonos osztályú hagyományos energiaforrások. Az akkumulátor elektromos tulajdonságainak javítását nitrogén hozzáadásával sikerült elérni [6] .
Az ionisztorral hajtott elektromos buszokat " kapabusoknak " nevezik. Jelenleg a capabusokat a Hyundai Motor , a Trolza , a Belkommunmash , a LIAZ, a NEFAZ és mások gyártják [7] .
A Hyundai Motor kapaszkodói közönséges buszok, elektromos meghajtással, fedélzeti ionisztorokkal. A Hyundai Motor tervezőinek elképzelése szerint egy ilyen buszt minden második vagy minden harmadik megállóhelyen töltenek, és a megállás időtartama elegendő a busz ionisztorainak feltöltéséhez. A Hyundai Motor a trolibusz gazdaságos helyettesítőjeként pozicionálja (nem kell kontakthálózatot kiépíteni) vagy dízel (sőt, hidrogén) buszt (az áram továbbra is olcsóbb, mint a dízel vagy a hidrogén üzemanyag).
A Trolza capabusai műszakilag „rúd nélküli trolibuszok”. Vagyis szerkezetileg ez egy trolibusz, de az érintkezési hálózatból származó táprúd nélkül, és ennek megfelelően ionisztoros áramellátással.
Az ionisztorok azonban különösen ígéretesek a hagyományos trolibuszok autonóm futórendszerének megvalósítására. Az ionisztorokkal felszerelt trolibusz manőverezhetőség szempontjából megközelíti a buszt . Egy ilyen trolibusz különösen:
Így a trolibuszrendszer az ionisztorral felszerelt trolibuszokat alkalmazva rugalmasságban megközelíti a megszokott buszrendszert.
2017 májusa óta Minszkben használják az első fehérorosz elektromos buszokat, a Belkommunmash E433 Vitovt Max Electro [8] . Az elektromos buszok töltése az útvonalak végpontjain található három töltőállomáson történik. A töltés 500 amperes áramerősséggel 5-8 percig tart. Egy üres elektromos busz 20 km-t tesz meg egy töltéssel. Az ionisztorokat a Chengdu Sinju Silk Road Development LLC gyártja a Great Stone kínai-fehérorosz ipari parkban .
AutóiparAz Orosz Föderációban kifejlesztett Yo-mobile autóprojekt szuperkondenzátort használt az elektromos energia tárolásának fő eszközeként. Magukat a szuperkondenzátorokat nem sorozatban gyártották, és az autóval párhuzamosan fejlesztették ki.
AutóversenyA Forma-1 -ben használt KERS rendszer ionisztorokat használ.
Zseblámpákban , zseblámpákban , zseblejátszókban és automata közüzemi fogyasztásmérőkben fő- és tartalék tápellátásra szolgálnak – bárhol, ahol gyorsan kell tölteni az eszközt. A mellrák lézeres detektora az ionisztorokon 2,5 perc alatt töltődik fel, és 1 percig működik [9] .
Az autótartozékok boltjai körülbelül 1 F kapacitású ionisztorokat árulnak, amelyeket arra terveztek, hogy az autórádiókat (és a szivargyújtó aljzatból táplált berendezéseket) lekapcsolt gyújtás mellett és a motor indítása közben táplálják (sok autóban az összes többi fogyasztó ki van kapcsolva, amíg az indító működik futás), valamint a csúcsterhelések túlfeszültségének kiegyenlítésére, például nagy teljesítményű hangszórók működéséhez.
Az MIT alkalmazottainak 2006 -os nyilatkozatai szerint [10] az ionisztorok hamarosan lecserélhetik a hagyományos akkumulátorokat . Ezenkívül 2009-ben teszteket végeztek egy ionisztor alapú akkumulátorral, amelyben vas nanorészecskéket vittek be a porózus anyagba . Az így létrejövő kettős elektromos réteg kétszer gyorsabban engedte át az elektronokat az alagúthatás létrejötte miatt . Az austini Texasi Egyetem tudósainak egy csoportja új anyagot fejlesztett ki, amely porózus ömlesztett szén. Az így nyert szén szuperkondenzátor tulajdonságaival rendelkezett. A fent leírt anyag kálium-hidroxiddal történő kezelése nagyszámú apró pórus kialakulásához vezetett a szénben, amelyek az elektrolittal kombinálva kolosszális elektromos töltést tudtak tárolni [11] .
Jelenleg a kondenzátor egyik szükséges részét létrehozták - egy szilárd nanokompozit elektrolitot lítium-ion vezetőképességgel. A kondenzátor elektródáinak fejlesztése folyamatban van. Az egyik feladat az ionisztor méretének csökkentése a belső szerkezet miatt [12] .
A Közép-Floridai Egyetem Nanotechnológiai Központjának (UCF) tudósai 2016-ban rugalmas ionisztort fejlesztettek ki, amely több millió nanométeres huzalból áll, amelyeket kétdimenziós dikalkogenid héjjal vontak be. Egy ilyen szuperkondenzátor több mint 30 ezer töltési ciklust képes kibírni [13] .
2019-ben a Szkolkovói Tudományos és Technológiai Intézet (Skoltech) orosz tudósai új módszert fejlesztettek ki a szénatomok nitrogénatomokkal való helyettesítésére a szuperkondenzátorok kristályrácsában, amely lehetővé teszi kapacitásuk hatszoros növelését, valamint növeli a töltés stabilitását. -kisütési ciklusok. Az ionisztorok szerkezeti rácsának szén nanofalainak plazmakezelésének feltalált módszere a szénatomok legfeljebb 3%-át nitrogénatomokkal helyettesíti. A nanofal fajlagos kapacitása ilyen kezelés után eléri a 600 F/g-ot [14] . A tudósok elmagyarázták, modellezték és leírták a nitrogénatomok szénrácsba való beépülésének mechanizmusát is. Ez a tanulmány megnyitja az utat a szén nanofalakon alapuló, rugalmas vékonyfilm szuperkondenzátorok létrehozásához [15] .
A "Menjünk kondenzátorra" cikk (először a "Young Technician" folyóiratban jelent meg 1990 decemberében ) receptet ad egy ionisztor (ott "IONICS" néven) saját kezű készítéséhez egy motoros hajómodellhez. .
Szótárak és enciklopédiák | |
---|---|
Bibliográfiai katalógusokban |