Ionistor to dwuwarstwowy kondensator elektrochemiczny lub superkondensator. Ich metalowe elektrody są pokryte bardzo porowatym węglem aktywnym, tradycyjnie wykonanym z łupin orzecha kokosowego, ale częściej niż aerożele węglowe, inne nanorurki nano-węglowe lub grafenowe. Pomiędzy tymi elektrodami znajduje się porowaty separator, który utrzymuje elektrody od siebie nawzajem, podczas nawijania na spirali wszystko jest nadmuchiwane elektrolitem. Niektóre innowacyjne formy jonisty mają stały elektrolit. Zastępują tradycyjne akumulatory w zasilaczach bezprzerwowych do samochodów ciężarowych, w których jonizator jest wykorzystywany jako źródło zasilania.

Zasada działania

Jonistor wykorzystuje działanie podwójnej warstwy utworzonej na granicy węgla z elektrolitem. Węgiel aktywny jest używany jako stała elektroda, a elektrolit jest w postaci płynnej. Gdy materiały te stykają się ze sobą, dodatnie i ujemne bieguny są rozmieszczone względem siebie w bardzo niewielkiej odległości. Kiedy stosuje się pole elektryczne, jako konstrukcję główną stosuje się podwójną warstwę elektryczną, która tworzy się w pobliżu powierzchni węgla w płynie elektrolitycznym.


Zaleta konstrukcji:

Zapewnia pojemność w małym urządzeniu, bez potrzeby stosowania specjalnych obwodów ładowania do monitorowania podczas rozładowywania w urządzeniach, w których używany jest jonizator.

Naładowanie lub nadmierna częstotliwośćWyładowanie nie ma negatywnego wpływu na żywotność, jak w typowych akumulatorach.

Technologia jest niezwykle "czysta" pod względem ekologicznym.

Nie ma problemów z niestabilnymi kontaktami, tak jak zwykłe baterie.

Wady projektu:

Czas pracy jest ograniczony przez użycie elektrolitu w urządzeniach, w których używany jest jonizator.

Elektrolit może płynąć, jeśli kondensator nie jest używany prawidłowo.

W porównaniu z aluminiowymi kondensatorami, te jonizatory mają wysoką odporność i dlatego nie mogą być stosowane w obwodach prądu przemiennego.

Wykorzystując zalety opisane powyżej, jonizatory elektryczne są szeroko stosowane w aplikacjach takich jak:

Reset pamięci dla timerów, programów, mocy e-mobilnej itp.

Sprzęt audio i wideo.

Źródła zapasowe podczas wymiany baterii na przenośny sprzęt elektroniczny.

Zasilacze do urządzeń wykorzystujących ogniwa słoneczne, takie jak zegarki i wskaźniki.

Rozruszniki do małych i mobilnych silników.

Reaktywne reakcje utleniania

Ładunek akumulatora znajduje się na styku elektrody z elektrolitem. Podczas procesu ładowania elektrony przemieszczają się od ujemnej elektrody do dodatniego konturu zewnętrznego. Podczas wyładowania elektrony i jony poruszają się w przeciwnym kierunku. Brak transferu ładunku w superkondensatorze EDLC. W tego typu superkondensatorze reakcja utleniania-redukcji powstaje na elektrodzie generującej ładunek i ładunek nośnyprzez podwójne warstwy konstrukcji, w których używany jest jonizator. Ze względu na występującą w tym typie reakcję oksydacyjno-redukcyjną, istnieje potencjał o niższej gęstości mocy niż EDLC, ponieważ system Faradaic jest wolniejszy niż systemy inne niż aradiidalne. Ogólnie rzecz biorąc, pseudokoncepty zapewniają wyższą gęstość właściwą i gęstość energii niż EDLC, ze względu na fakt, że odnoszą się one do systemu faraedycznego. Niemniej jednak, właściwy wybór super kondensatora zależy od programu i dostępności.

Materiały na bazie grafenu

Ionistor charakteryzuje się zdolnością szybkiego ładowania, znacznie szybszą niż tradycyjna bateria, ale nie jest w stanie przechowywać tak dużo energii jak bateria, ponieważ ma niższą gęstość energii. Zwiększoną wydajność osiąga się dzięki zastosowaniu grafenu i nanorurek węglowych. Pomogą one przyszłym jonistom w całkowicie rozładować baterie elektrochemiczne. Dzisiejsza nanotechnologia jest źródłem wielu innowacji, zwłaszcza w e-mobile. Grafen zwiększa pojemność jonizatorów. Ten rewolucyjny materiał składa się z arkuszy, których grubość może być ograniczona przez grubość atomu węgla i którego struktura atomowa jest ultra-gęstą. Takie właściwości mogą zastąpić krzem w elektronice. Porowaty separator jest umieszczony między dwiema elektrodami. Jednak zmiany w mechanizmie przechowywania i selekcji materiału elektrody prowadzą do różnych klasyfikacji jonizatorów o dużej pojemności:

Elektro-chemiczne dwuwarstwowe kondensatory (EDLC), które są najczęściej używaneelektrody węglowe o dużej zawartości węgla i zachowują energię dzięki szybkiej adsorpcji jonów na styku elektrody /elektrolitu.

Kondensatory Psuedo oparte na jednostajnym procesie transferu ładunku na lub w pobliżu powierzchni elektrody. W tym przypadku polimery i tlenki metali przejściowych pozostają elektrochemicznie aktywnymi materiałami, na przykład w elektronicznych zegarkach na bateriach.

Elastyczne urządzenia na bazie polimerów

Jonizator gromadzi i magazynuje energię z dużą prędkością, tworząc elektrochemiczne podwójne warstwy ładunków lub za pomocą reakcji utleniania i redukcji powierzchni, co prowadzi do wysokiej gęstości mocy z długą cykliczną stabilnością, niskim kosztem i ochroną środowiska. PDMS i PET są głównie używane przez substraty do realizacji elastycznych superkondensatorów. W przypadku folii PDMS może tworzyć elastyczne i przezroczyste jonizatory cienkowarstwowe w zegarze o wysokiej stabilności cyklicznej po 10 000 cyklach zginania.
Nanorurki węglowe z pojedynczego węgla można dodatkowo włączyć do folii PDMS w celu dalszej poprawy stabilności mechanicznej, elektronicznej i termicznej. Podobnie, materiały takie jak grafen i CNT są również pokryte folią PET w celu osiągnięcia wysokiej elastyczności i przewodności elektrycznej. Oprócz PDMS i PET inne materiały polimerowe również wzbudzają rosnące zainteresowanie i są syntetyzowane różnymi metodami. Na przykład miejscowe napromienianie pulsujące laseremzostał użyty do szybkiego przekształcenia pierwotnej powierzchni w elektrycznie przewodzącą strukturę porowatego węgla z danym wykresem. Naturalne polimery, takie jak włókniny z włókien drzewnych i papieru, mogą być również stosowane jako podłoża elastyczne i lekkie. CNT nakłada się na papier, aby uzyskać elastyczną elektrodę papierową nanorurki węglowej. Z powodu dużej elastyczności podłoża papierowego i dobrego rozkładu CNT, specyficzna pojemność i gęstość mocy i energii zmienia się o mniej niż 5% po zginaniu w ciągu 100 cykli w promieniu zgięcia 45 mm. Ponadto, ze względu na wyższą wytrzymałość mechaniczną i lepszą stabilność chemiczną, nanokrystaliczny papier bakteryjny jest również stosowany do wytwarzania elastycznych superkondensatorów, na przykład dla odtwarzacza Walkman.

Charakterystyka superkondensatorów

jest zdefiniowane w kategoriach aktywności elektrochemicznego i chemiczne właściwości kinetycznych, mianowicie elektronów i jonów kinetyki (transport) wewnątrz stopy wydajności elektrody i przenoszącego ładunek na elektrodzie /elektrolit. Aby uzyskać wysoką wydajność, przy stosowaniu materiałów opartych na węglu z EDLC, ważne pole powierzchni, przewodność elektryczna, wielkość porów i różnice są ważne. Grafen o wysokiej przewodności elektrycznej, dużej powierzchni i strukturze międzywarstwowej jest atrakcyjny do stosowania w EDLC. W przypadku pseudo-kondensatorów, pomimo tego, że zapewniają one wyższą pojemność w porównaniu z EDLC, są one nadal ograniczone przez gęstości chipów małej mocycam Jest to spowodowane słabym przewodnictwem elektrycznym, które ogranicza szybki ruch elektroniczny. Ponadto, proces redukcji utleniania, który prowadzi do procesu ładowania /rozładowywania, może uszkadzać materiały aktywne elektrycznie. Wysokie przewodnictwo elektryczne grafenu i jego doskonała wytrzymałość mechaniczna sprawiają, że nadaje się on jako materiał w pseudokondensatorach.
Badania adsorpcji na grafenie wykazały, że występuje on głównie na powierzchni arkuszy grafenowych z dostępem do dużych porów (tj. Struktura międzywarstwowa jest porowata, zapewniając łatwy dostęp do jonów elektrolitowych). Dlatego należy unikać aglomeracji grafenu bez porów, aby uzyskać lepszą wydajność. Wydajność można poprawić, modyfikując powierzchnię poprzez przyłączenie grup funkcyjnych, hybrydyzację z przewodzącymi polimerami i tworzenie kompozytów grafen /tlenek metalu.

Porównanie kondensatorów

Jononiści są idealni, gdy potrzebne jest szybkie ładowanie, aby zaspokoić krótkoterminowe zapotrzebowanie na moc. Akumulator hybrydowy spełnia zarówno potrzeby, jak i zmniejsza napięcie, co zapewnia dłuższą żywotność. Poniższa tabela pokazuje porównanie charakterystyk i głównych materiałów w kondensatorach.





elektrycznego dwukrotnie kondensator warstwa patrz kondensator



, elektrolity, iCal aluminium kondensator



akumulatora niklowo-kadmowe



zaplombowane akumulator



Zakres Zastosowanie temperatury



Z -25 do + 70 ° C



-55do 125 ° C



-20 do 60 ° C



-40 do + 60 ° C

(85 )
elektrody



, aktywowany węgiel drzewny



, aluminium



(+) NiOOH (- ) CD



(+) PbO 2 (-) Pb



cieczy elektrolitycznej



organiczny rozpuszczalnik



w rozpuszczalniku organicznym



, KOH



H 2SO 4
,




Zastosowanie tlenku glinu w i

Metoda siły elektromotorycznej



Wykorzystanie naturalnego elektrycznego podwójnego



Wykorzystanie reakcji chemicznej



Zastosowanie reakcji chemicznej



Zanieczyszczenie

)

Brak



Brak



CD



Pb



Liczba cykli ładowania /rozładowania



& gt; 100 000 razy



& gt; 100000 razy



, 500 razy



200 1000



, pojemności na jednostkę objętości



1



1/1000



100



100

Charakterystyka ładowania

Czas ładowania wynosi 1-10 sekund. Początkowe ładowanie może być wykonane bardzo szybko, a ładowanie w górnej części zajmie dodatkowy czas. Podczas ładowania pustego superkondensatora konieczne jest ograniczenie prądu rozruchowego, ponieważ spowoduje to wyciągnięcie wszystkiego, co możliwe. Jonektron nie podlega ładowaniu i nie wymaga wykrycia pełnego naładowania, prąd po prostu przestaje płynąć podczas napełniania. Porównanie wydajności między jonizatorem dlasamochód i li-ion.

funkcji



, kondensator



litowy (ogólnie)



czas zużycia



1,10 minut



, 10-60 minut



(godz cyklu życia 232)


1000000 i 30000



500 i wyżej



zasilania



od 23 do 275 V



36



napędzające mocy (W /kg)



5 (domyślnie)



120-240



napędzające mocy (W /kg)



10000



1000-3000



Koszt kWh



10000 $



250-1000 $



Żywotność



, 10-15 lat



od 5 do 10 lat



ładowanie temperaturę



-40 do + 65 ° C



od 0 do 45 ° C



, temperatura na wylocie



od -40 do + 65 ° C



od -20 do 60 ° C

Zalety urządzenia do ładowania

pojazdy wymaga dodatkowej energii przeskoczyć, aby przyspieszyć, i to jest to, że jonizatorzy są odpowiedni. Mają one całkowity limit ładowania, ale są w stanie bardzo szybko je przesłać, co czyni je idealnymi bateriami. Ich zalety w stosunku do tradycyjnych akumulatorów:

Niska impedancja (ESR) zwiększa prąd obciążenia impulsu, gdy jest on równoległy do ​​akumulatora.

Cykl bardzo wysoki - rozładowanie zajmuje milisekundy przez kilka minut.

Spadek napięcia w porównaniu do urządzenia zasilanego bateryjnie, bez super kondensatora.

Wysokiwydajność w zakresie 97-98%, a sprawność DC-DC w obu kierunkach wynosi 80% -95% w większości zastosowań, na przykład DVR z jonizatorami.

W hybrydowym pojeździe elektrycznym sprawność ruchu kołowego jest o 10% większa niż w przypadku akumulatora.

Działa dobrze w bardzo szerokim zakresie temperatur, zwykle od -40 C do + 70 C, ale może również być w zakresie od -50 C do + 85 C, istnieją specjalne wersje osiągające 125 C.

(333 ) Mała ilość ciepła uwalniana podczas ładowania i rozładowywania.

Długa żywotność cyklu z wysoką niezawodnością, co zmniejsza koszty konserwacji.

Nieznaczna degradacja setek tysięcy cykli i trwa do 20 milionów cykli.

Nie tracą więcej niż 20% swojej pojemności po 10 latach, a średnia długość życia wynosi 20 lat lub więcej.

Nie podatny na zużycie i starzenie się.

Nie wpływa na głębokie rozładowanie, w przeciwieństwie do baterii.

Zwiększone bezpieczeństwo w porównaniu z akumulatorami - nie ma niebezpieczeństwa ponownego naładowania lub eksplozji.

Pod koniec operacji nie zawiera materiałów niebezpiecznych do usunięcia, w przeciwieństwie do wielu akumulatorów.

Jest zgodny z normami ochrony środowiska, więc nie ma trudnego recyklingu lub recyklingu.

Ukrywanie technologii

Superkondensator składa się z dwóch warstw grafenu z warstwą elektrolitu pośrodku. Film jest silny, niezwykle cienki i może wytworzyć dużą ilość energii w krótkim okresie czasu, niemniej jednak wciąż istnieją pewne nierozwiązane problemy, które utrudniają postęp techniczny w tym kierunku. Wadyjonizator przed akumulatorami:

Niska gęstość energii - zwykle zajmuje 1/5 do 1/10 energii akumulatora.

Liniowe wyładowania to niezdolność do korzystania z pełnego spektrum energii, w zależności od zastosowania, nie cała energia jest dostępna.

Podobnie jak w przypadku akumulatorów, ogniwa mają niskie napięcie, niezbędne połączenia szeregowe i równoważenie napięcia.

Samorozładowanie jest często wyższe niż w przypadku akumulatorów.

Napięcie zmienia się w zależności od energii zmagazynowanej w celu wydajnego przechowywania i odzyskiwania energii wymagającej złożonego elektronicznego sprzętu do komutacji sterowania.

Ma najwyższą absorpcję dielektryczną wszystkich typów kondensatorów.

górnej temperatura stosowania wynosi zazwyczaj 70 ° C lub mniej i rzadko przekracza 85 ° C

Większość z nich zawiera ciekły elektrolit, co zmniejsza ilość potrzebnego, aby zapobiec niezamierzonemu szybkiego rozładowania.

Wysokie koszty energii elektrycznej na wat.

hybrydowy system magazynowania

Specjalna konstrukcja i technologia zintegrowana elektronika mocy został opracowany do produkcji modułów yonystorov nową strukturę. Ponieważ ich moduły muszą być wykonane przy użyciu nowych technologii, można je zintegrować z panelem karoserii, takim jak dach, drzwi i pokrywa bagażnika. Ponadto opracowano nowe technologie równoważenia energii, które zmniejszają straty energii i schematy bilansu energetycznego w systemach urządzeń i zasobach energii. RównieżOpracowano szereg powiązanych technologii, takich jak kontrola ładowania i rozładowania, a także podłączanie do innych systemów magazynowania energii. Moduł jonizatora o nominalnej pojemności 150F, napięcie znamionowe 50 V może być umieszczony na płaskich i zakrzywionych powierzchniach o powierzchni 05 sq. m i 4 cm grubości. Załączniki mają zastosowanie do pojazdów elektrycznych i mogą być zintegrowane z różnymi częściami pojazdu oraz z innymi przypadkami, w których wymagane są systemy magazynowania energii.

Wniosek i perspektywy

W Stanach Zjednoczonych, Rosji i Chinach istnieją autobusy bez baterii trakcyjnych, wszystkie prace wykonuje jonizator. General Electric opracował przetwornik z superkondensatorem, który zastąpił akumulator. Podobnie było w przypadku niektórych rakiet, zabawek i elektronarzędzi. Badania wykazały, że ultrakondensatory przewyższają akumulatory kwasowo-ołowiowe w turbinach wiatrowych jest możliwe bez gęstości energii superkondensatory, zbliża się do stężenia akumulatorów kwasowo-ołowiowych. Teraz oczywiście, że zakopać superkondensatorze akumulatorów kwasowo-ołowiowych w ciągu najbliższych kilku lat, ale to tylko część prawdy, ponieważ ich opcje są poprawiającej szybciej niż konkurencja. Firm takich jak Elbit Systems Graphene energii, Nanotech Instruments i szkielet Technologies, że przekracza gęstości energii baterii ołowiowo-kwasowych i superkondensatory ich superbakteryyamy, a niektóre z nich odpowiada teoretycznej gęstości energii jonów litu. Jednak jonizator w pojeździe elektrycznym jest jednym z aspektów elektroniki i elektrotechniki,który zignorował prasy, inwestorów, potencjalnych dostawców i wielu ludzi, którzy mieszkają w starych technologiach, pomimo szybkiego wzrostu rynku wielomiliardowe. Na przykład, dla lądowych, wodnych i powietrznych pojazdów, istnieje około 200 poważnych producentów silników trakcyjnych i 110 poważnych dostawców akumulatorów trakcyjnych w porównaniu do kilku producentów superkondensatorów. Generalnie, świat jest nie więcej niż 66 głównych producentów yonystorov, z których większość koncentruje się na produkcji lżejszych modeli elektroniki użytkowej.