Пн-Пт: с 9.00 до 18.00
Ионистор (EDLC, Electric Double Layer Capacitor) – конденсатор на основе ионной проводимости.
В 1962 году Роберт Райтман из Standard Oil Company запатентовал механизм сохранения электрической энергии в конденсаторе с двойным электрическим слоем.
Принцип работы нового электронного компонента был следующий: при подаче на электроды напряжения к положительному под действием кулоновских сил притягиваются отрицательные заряды, а положительные – отталкиваются. На отрицательном электроде происходит обратная ситуация. В связи с тем, что посередине электролита находится мембрана, слой получается двойным. Ионный слой под действием тепловых колебаний в электролите распространяется вглубь, ёмкость электронного компонента становится очень большой. При этом перенос заряда по внешней цепи отсутствует.
Таким образом, двойной электрический слой представляет два скопления ионов с противоположными знаками около каждого из электродов. Его можно представить как огромное количество конденсаторов с атомарным расстоянием между обкладками. При толщине 0,1 нм ёмкость двойного электрического слоя может достигать 10 Фарад на квадратный сантиметр. Поэтому ионисторы ещё называют суперконденсаторами или ультраконденсаторами.
Первый промышленный «Электролитический конденсатор с углеродной пастой» был сделан Дональдом Боосом в октябре 1970 года. Между симметричными круглыми пластинами пластинами он установил мембрану из целлюлозного волокна, получив в итоге емкость 2 Фарада.
В 1972 году Берт Харт и Ричард Пикема из IBM получили патент на электрохимический конденсатор с двойным слоем. Пластины были изготовлены из активированного угля и разделены высокопористой прокладкой толщиной 0,00127 см, пропитанной высококонцентрированными электролитами (KOH или H2SO4).
В СССР НИИ «Гириконд» с 1975 года выпускало конденсаторы КИ1-1 на основе твердого электролита RbAg4I5. Рабочее напряжение у него было 0,5 В, а емкость –от 0,1 Ф до 50 Ф.
У всех ионисторов внутри находятся электроды, электролит и разделительная мембрана. Электроды могут быть изготовлены из фильтровальной бумаги, целлюлозного волокна, нейлоновой сетки, пористой пластмассы, полиамида, эпоксидного стекла и других материалов с большой площадью поверхности. Есть и новые разработки на основе графена. Сейчас ионисторы производят почти все основные игроки рынка электронных компонентов, например, Kemet, Elna и Panasoniс.
Основные параметры ионисторов такие же, как у конденсаторов:
– Ёмкость, Ф;
– Допуск ёмкости, %;
– Ток утечки, А;
– Внутреннее сопротивление, Ом;
– Номинальное напряжение, В;
– Рабочий температурный диапазон, °C;
– Напряжение разряда, В;
– ESR, эквивалентное последовательное сопротивление, Ом;
У EDC нет специального обозначения на электрических схемах, их можно определить по очень большой емкости (несколько Фарад).
EDLC сейчас менее популярны, чем конденсаторы, однако появление новинок из материалов с очень высокой ёмкостью даёт возможность использовать их в новых сферах, в частности, в силовой электронике.
– Выдерживает до 100 000 циклов заряда/разряда;
– Токи разряда могут достигать сотен А;
– Накапливают в два раза больше электроэнергии, чем электролитический конденсатор того же размера;
– Большой срок службы;
– Высокое внутреннее сопротивление (ESR);
– Малый вес по сравнению с электролитическими конденсаторами такой же емкости;
– Широкий температурный диапазон, некоторые из них могут работать при температуре от -50 до +70° С;
– В ионисторах применяются более безопасные химические соединения, чем в аккумуляторе (нет химических реакций);
– Полярные, но переполюсовка не так страшна, как электролитам;
При переполюсовке электролит может выйти из строя с увеличением тока, вскипанием электролита и даже взрывом корпуса. Ионистору такие последствия не страшны.
Дисковый ионистор в корпусе диаметром всего 20 мм может иметь емкость 1 фарад и максимальное напряжение 5.5 В!
– Невысокое рабочее напряжение;
– Требуют соблюдения специальных режимов зарядки;
– Недостаточно стабильный ток за счет распределенной структуры.
Ионисторы могут быть таблеточными с двумя типами выводов и цилиндрическими с аксиальными выводами.
У Lelon дисковые серии – это SVL, SCL, SVLT и SCLT.
У ионисторов Lelon стандартной серии температурный диапазон составляет от -40 до 70 градусов, а у серий с T на конце он расширен до 85 градусов.
У дисковых выводы могут быть горизонтальными (H) или вертикальными (V).
Ионисторы емкостью несколько фарад используются в портативной электронике для обеспечения бесперебойного питания слаботочных цепей. Силовые ионисторы и сборки могут иметь емкость до десятков тысяч Фарад.
Стандартное применение – резервный или автономный источник питания для часов реального времени, процессоров и микросхем памяти. Благодаря ионисторам при отключенном основном питании прибор сохраняет заданные настройки и время.
А еще:
– источники бесперебойного питания сетевого оборудовании (например, Ethernet коммутаторы), такие источники можно обслуживать через web-интерфейс, а не менять аккумулятор на месте;
– источники питания промышленных лазеров, медицинском оборудовании, источниках бесперебойного питания, системах беспроводной связи и ветряных турбинах;
– электронные замки, реле, двигатели, импульсные излучатели.
Если электронный замок теряет основное питание, энергии, накопленной в ионисторе, будет достаточно для его открытия.
Ионистор помогает сглаживать напряжение питание от основного источника.
В видеорегистраторах при аварийной ситуации питание от аккумулятора может пропасть. EDLC поможет корректно завершить запись на карту памяти, чтобы момент ДТП оказался зафиксированным.
Мощные суперконденсаторы используются в пусковых устройствах для автомобильных аккумуляторов.
В гибридных автомобилях блок ионисторов – источник быстрой энергии при начале движения, который подзаряжается в процессе торможения.
Электробус может подзаряжатбся от блока ионисторов на каждой остановке.
Еще одно применение – компактные аппараты для точечной сварки.
Например, два ионистора 2.7 В 3000 Ф могут выдать ток до 2000 А.
В схемах микропроцессорных релейных защит из-за провалов и выбросов напряжения требуется резервный источник питания. Энергия, запасенная в емкости ионистора, используется для сглаживания напряжения электростанций и подстанций.
Сборки из большой емкости могут быть применены в любительском авиамоделировании и БПЛА вместо аккумуляторных сборок.
В дизельных двигателях в случае исчезновения сетевого напряжения суперконденсаторы обеспечивают выдачу мощности в течение нескольких секунд давая время на запуск резервному дизельному двигателю.
В морском оборудовании радары и сонары создают пульсации, из-за чего электродвигатель меняет обороты. Системы стабилизации напряжения на основе ионисторов или гибридных накопителей (ионистор и аккумулятор) помогают делать напряжение в бортовой сети корабля стабильным.
Лопасти ветрогенераторов нужно поворачивать в зависимости от силы и направления ветра, энергии, запасенной в EDLC, будет достаточно для поворота. В отличие от ветрогенераторов на свинцово-кислотных аккумуляторов, такая установка не будет требовать частого обслуживания, ее можно поставить высоко в горах или на острове.
Ионисторы могут быть применены в частотном приводе насосов, помогая стабилизировать напряжение на входе импульсного преобразователя.
Например, Skeleton Technologies (Германия) разработала шкаф с 6 600 В ионисторными модулями, выдающими мощность 350 кВт в течение нескольких секунд. Такая установка исключает резкие броски энергопотребления при изменении оборотов и нагрузки электродвигателя и защищает оборудование от перепадов напряжения.
В бурильных колоннах ионисторный накопитель может заряжаться от ее движения при опускании в скважину.
На ионисторах сделаны образцы бортовых батарей для электробуса невысокой емкости, которая может заряжаться на остановках, выдерживая до миллиона циклов заряда-разряда.
А еще в домашних условиях из ионистора, солнечной батареи и светодиодной ленты можно сделать экологичный источник света для небольшого помещения с достаточно большим ресурсом.
Одна из новинок последних лет – графеновые ионисторы. У графена площадь поверхности больше, чем у активированного угля (2630 м2/г), они лучше сохраняют электростатический заряд. Высокие гибкость, механическая прочность и электропроводность (до ~ 20 000 С/см) делают этот материал перспективным материалом. С графеновыми ионисторами мечты о смартфоне с большой емкостью аккумулятора, который заряжается в течение минуты, становятся реальностью.
First Graphene Limited уже выпустили графеновые EDLC с плотностью энергии 140 Ф/г (у угля 35 Ф/г). Ричард Канер в качестве эксперимента на DVD-приводе изготовил более 100 графеновых ионисторов. Плотность их мощности составила 200 Вт/см3. А в Китае изготовили графеновый ионистор путем облучения опавших листьев фемтосекундными лазерными импульсами. Полученные микроэлектроды продемонстрировали емкость 34,68 мФ/см2 и сохранение емкости на уровне около 99% после 50 000 циклов заряда/разряда. Графен активно внедряют в новые разработки Maxwell Technology, Skeleton Technology и The Paper Battery Co.
Ультраконденсатор SkelCap SCX5000 компании Skeleton Technologies имеет напряжение 3,0 В и плотность энергии 16,0 Вт-ч/л.
CRRC разработала графеновый ионистор с напряжением 3 В/12 000 Ф способный обеспечить энергией трамвай на 6 км всего за 30 секунд зарядки, и еще одну модель с напряжением 2,8 В/30 000 Ф для автобуса (дает возможность ехать 10 км после минутной зарядки).
А что дальше? В лаборатории органической электроники Линчёпингского университета (Швеция) разработали ионистор на основе термодинамического эффекта, который преобразует тепло от солнца или технологического процесса в электричество.
Ионистор – перспективный, экологичный и недорогой электронный прибор для автоэлектроники, трекеров, расходомеров, систем безопасности, источников питания мощного оборудования. Помочь и подобрать ионисторы, электролитические конденсаторы и другие электронные компоненты помогут технические специалисты Aurora Evernet. Смотреть каталог ионисторов Lelon.
