Ionistor je dvouvrstvý elektrochemický kondenzátor nebo superkondenzátor. Jejich kovové elektrody jsou potaženy velmi pórovitým aktivním uhlím, tradičně vyrobeným z kokosových skořápek, ale častěji než uhlíkové aerogely, jiné nano-uhlíkové nebo grafénové nanotrubice. Mezi těmito elektrodami je porézní odlučovač, který drží elektrody od sebe navzájem, když se navíjí na spirále, vše je nahuštěno elektrolytem. Některé inovativní formy ionizmu mají pevný elektrolyt. Vyměňují tradiční baterie v nepřerušitelných napájecích zdrojích až k nákladním vozidlům, kde ionizátor slouží jako zdroj energie.
Princip práce
Ionistor využívá působení dvojité vrstvy vytvořené na hranici uhlí a elektrolytu. Aktivovaný uhlík se používá jako pevná elektroda a elektrolyt je v kapalné formě. Když jsou tyto materiály ve vzájemném kontaktu, kladné a záporné póly se vzájemně rozdělují ve velmi krátké vzdálenosti. Při použití elektrického pole se jako hlavní konstrukce používá dvojitá elektrická vrstva, která se vytváří v blízkosti povrchu uhlí v elektrolytické kapalině.
Výhoda konstrukce:
Poskytuje kapacitu v malém zařízení, není potřeba speciálních nabíjecích obvodů pro monitorování během vybíjení v zařízeních, kde je použit ionizátor. Nabíjení nebo nadměrná frekvenceVýboj nemá negativní vliv na životnost, jako u typických baterií. Technologie je extrémně "čistá" z hlediska ekologie. Neexistují žádné problémy s nestabilními kontakty, stejně jako s běžnými bateriemi.Nevýhody návrhu:
Trvání práce je omezeno použitím elektrolytu v zařízeních, kde se používá ionizátor. Elektrolyt může proudit, pokud není kondenzátor správně používán. V porovnání s hliníkovými kondenzátory mají tyto ionizátory vysoký odpor, a proto nemohou být použity ve střídavých obvodech.Použitím výše popsaných výhod jsou elektrické ionizory široce používány v aplikacích, jako jsou:
Reset paměti pro časovače, programy, výkon elektronického mobilního telefonu apod. 18]Video a audio zařízení. Záložní zdroje při výměně baterií pro přenosná elektronická zařízení. Napájecí zdroje pro zařízení používající solární články, jako jsou hodinky a indikátory. Startéry pro malé a mobilní motory. Reaktivní reakce oxidace
Nabíjení baterie se nachází na rozhraní mezi elektrodou a elektrolytem. Během nabíjení se elektrony pohybují od záporné elektrody k pozitivnímu vnějšímu obrysu. Během výboje se elektrony a ionty pohybují v opačném směru. V kondenzátoru EDLC není žádný přenos náboje. V tomto typu supercapacitoru vzniká oxidační-redukční reakce na elektrodě generujícím náboji a nosném nábojipřes dvojité vrstvy konstrukce, kde se používá ionizátor. Kvůli oxidačně-redukční reakci vyskytující se v tomto typu existuje potenciál s nižší hustotou výkonu než EDLC, protože Faradaic systém je pomalejší než non-aradiid systémy. Obecně platí, že pseudokapacitory poskytují vyšší specifickou kapacitu a energetickou hustotu než EDLC, vzhledem k tomu, že se týkají pharaedického systému. Nicméně správná volba superkondenzátoru závisí na programu a dostupnosti.
Materiály na bázi grafenu
Ionistor je charakterizován schopností rychlého nabití, mnohem rychleji než tradiční baterie, ale není schopen ukládat tolik energie jako baterie, protože má nižší energetickou hustotu. Zvýšená účinnost je dosažena použitím grafénových a uhlíkových nanotrubic. Pomohou budoucímu ionistovi úplně vyloučit elektrochemické baterie. Nanotechnologie dnes je zdrojem mnoha inovací, zejména v e-mobile. Grafen zvyšuje kapacitu ionizátorů. Tento revoluční materiál se skládá z plechů, jejichž tloušťka může být omezena tloušťkou atomu uhlíku a jejíž atomová struktura je extrémně hustá. Tyto vlastnosti jsou schopny nahradit křemík v elektronice. Porézní separátor je umístěn mezi dvěma elektrodami. Změny v mechanismu skladování a výběru materiálu elektrody však vedou k různým klasifikacím ionizátorů s velkou kapacitou:
Elektrochemické dvouvrstvé kondenzátory (EDLC), které se většinou používajís vysokým obsahem uhlíku, uhlíkové elektrody a uložení jeho energii rychlým adsorpcí iontů na rozhraní elektroda /elektrolyt. pseudo-kondenzátory na bázi fahadycheskom procesu přenosu náboje na povrchu elektrody nebo v blízkosti ní. V tomto případě zůstávají polymery a oxidy přechodných kovů elektrochemicky aktivní materiály, například v elektronických hodinkách na akumulátorech. Flexibilní zařízení na bázi polymerů
superkondenzátor ukládá energii a získává vysokou rychlost, tvořící elektrochemické dvojitou vrstvu poplatků nebo za použití povrchově redox reakce, což vede k vysoké hustotě energie s prodlouženou cyklické stability, nízké náklady a ochrany životního prostředí. PDMS a PET se používají hlavně substráty pro zavádění flexibilních supercapacitorů. Pokud PDMS fólie může vytvořit flexibilní a transparentní tenkovrstvý Supercapacitor sledovat vysoce cyklické stability po 10.000 cyklů při ohybu.
Jednovrstvé uhlíkové nanotrubičky mohou být dále začleněny do PDMS filmu pro další zlepšení mechanické, elektronické a tepelnou stabilitu. Stejně tak materiály, jako je grafen a CNT, jsou také pokryty PET filmem, aby byla dosažena vysoká flexibilita a elektrická vodivost. Kromě PDMS a PET přitahují další polymerní materiály rostoucí zájem a syntetizují se různými způsoby. Například lokalizované impulsní laserové ozařováníbyla použita pro rychlou transformaci primárního povrchu na elektrickou vodivou porézní uhlíkovou strukturu s daným grafem. Přírodní polymery, jako jsou netkané textilie z dřevěných vláken a papíru, mohou být také použity jako podklady, které jsou flexibilní a lehké. Na papír se nanese CNT, aby se získala papírová elektroda z pružných uhlíkových nanotrubiček. Vzhledem k vysoké pružnosti papírového substrátu a dobré distribuci CNT se po ohýbání více než 100 cyklů při poloměru ohybu 45 mm mění specifická kapacita a hustota výkonu a energie o méně než 5%. Navíc díky vyšší mechanické pevnosti a lepší chemické stabilitě se bakteriální nanocelulózový papír používá také k vytváření flexibilních supercapacitorů, například pro kazetový přehrávač Walkman.
Výkon superkondenzátorů
Je určena z hlediska elektrochemické aktivity a chemických kinetických vlastností, jmenovitě: elektronové a iontové kinetiky (transportu) uvnitř elektrod a účinnost přenosové rychlosti náboje na elektrodě /elektrolytu. Pro vysoký výkon při použití materiálů na bázi uhlíku s EDLC je důležitá specifická plocha povrchu, elektrická vodivost, velikost pórů a rozdíly. Grafen s vysokou elektrickou vodivostí, velkým povrchem a mezivrstvou je atraktivní pro použití v EDLC. V případě pseudokonzervátorů, přestože poskytují lepší kapacitu ve srovnání s EDLC, jsou stále omezeny hustotou čipů s nízkou spotřebou energiecam To je způsobeno špatnou elektrickou vodivostí, která omezuje rychlý elektronický pohyb. Kromě toho je proces redox je proces nabíjení /vybíjení, může dojít k poškození elektroaktivní materiál. Vysoká vodivost grafenu a jeho vynikající mechanickou pevnost, aby byl vhodný jako materiál v psevdokondensatorah.
Výzkum adsorpce na grafenu ukázaly, že se vyskytuje především na povrchu grafénových plechů s přístupem k velkými póry (tj struktura mezivrstva je porézní, poskytuje snadný přístup k elektrolytu ionty). Proto je třeba vyhnout se agregacím graphenu bez pórů, aby se dosáhlo lepšího výkonu. Výkon může být zlepšen úpravou povrchu tím, že připojí funkční skupiny hybridizaci vodivých polymerů a kompozity tvorbou oxidu grafenu /kovu.
Porovnání kondenzátorů
Ionizátory jsou ideální pro rychlé nabíjení, které splňuje krátkodobé požadavky na napájení. Hybridní baterie vyhovuje oběma potřebám a snižuje napětí, které poskytuje delší životnost. Níže uvedená tabulka ukazuje srovnání charakteristik a hlavních materiálů v kondenzátorech.
elektrická dvojitá kondenzátor vrstva, viz superkondenzátor
z hliníku elektrolyty-iCal kondenzátor
, akumulátor Ni-CD
Olovo utěsněnou baterii
rozsah použití teploty
z -25 až +70 ° C
-55125 ° C
-20 až 60 ° C
-40 až + 60 ° C
(85 )
elektrody
Aktivované uhlí
, hliník
(+) NiOOH (- ) CD
(+) PbO 2 (-) Pb
elektrolytické tekutiny
organický rozpouštědlo
, organické rozpouštědlo
, KOH
H 2SO 4
,
Použití oxidu hlinitého v i
Metoda elektromotorické síly
Použití chemické reakce
Znečištění
)
Čisté
Čisté
CD
, Pb
Počet cyklů nabíjení /vybití
100 000krát
> 100 000 krát
500 krát
200 až 1000 krát
187)
1
1/1000
, 100
100
Charakteristika nabíjení
Doba nabíjení je 1-10 sekund. Počáteční nabíjení může být provedeno velmi rychle a nabití na horní části bude trvat dodatečný čas. Při nabíjení prázdného superkapacitoru je nutné stanovit hranici počátečního proudu, protože vytahuje vše, co je možné. Ionistor nepodléhá dobíjení a nevyžaduje detekci plného nabití, proto proud při plnění prostě přestane proudit. Srovnání výkonu mezi ionizátorem proauto a li-ion.
funkce
superkondenzátor
Lithium-Ion (obecně)
doba náboje
1,10 s
10-60 minut
hodin životního cyklu
1000000, nebo 30000
, 500 a výše
napájení
,
, 23 až 275 V
36
Měrný výkon (W /kg)
,
5 (výchozí)
120 až 240
Měrný výkon (W /kg)
,
, 10000
, 1000 až 3000
náklady na kWh
10,000 $
250-1000 $
život
10 - 15 roků
, 5 až 10 let
, teplota náboj
-40 až + 65 ° C
od 0 do 45 ° C
, teplota na výstupu
od -40 do + 65 ° C
-20 až 60 ° C
Výhody zařízení pro nabíjení
vozidla vyžadují dodatečné energie skok na urychlení, a to je v tom, že ioniové jsou vhodné. Mají celkový limit nabíjení, ale dokáží je velmi rychle přenášet, což z nich činí ideální baterie. Výhody, pokud jde o běžné baterie:
, nízká impedance (ESR) zvyšuje svodový proud zátěže v paralelním připojení k baterii., velmi vysoký cyklus - vyprazdňování nastane milisekund do několika minut. Pokles napětí ve srovnání s bateriovým zařízením bez superkondenzátoru. Vysokáefektivita při 97-98% a účinnost DC-DC v obou směrech je 80% -95% ve většině aplikací, například DVR s ionizátory. V hybridním elektrickém vozidle je účinnost kruhového pohybu o 10% větší než účinnost baterie. Pracuje dobře ve velmi širokém teplotním rozmezí, obvykle od -40C do +70C, ale může být také od -50C do + 85C, existují speciální verze dosahující 125C. ) Při nabíjení a vybíjení se uvolňuje malé množství tepla. Dlouhá životnost cyklu s vysokou spolehlivostí, což snižuje náklady na údržbu. Mírná degradace stovek tisíc cyklů a trvá až 20 milionů cyklů. Po 10 letech ztrácejí více než 20% své kapacity a délka života je 20 let nebo více. Není náchylný k opotřebení a stárnutí. Neovlivňuje hluboký výboj, na rozdíl od baterií. Zvýšená bezpečnost v porovnání s bateriemi - není nebezpečí nabití nebo výbuchu. Na konci provozu neobsahuje nebezpečné materiály k odstranění, na rozdíl od mnoha baterií. Dodržuje environmentální normy, takže není obtížné recyklace nebo recyklace. Technologie skrývání
Supercapacitor se skládá ze dvou vrstev grafenu s vrstvou elektrolytu ve středu. Film je silný, extrémně tenký a může v krátkém čase produkovat velké množství energie, nicméně existují ještě některé nevyřešené problémy, které brání technickému pokroku v tomto směru. NevýhodySupercapacitor živlům, dobíjecí baterie
hustota Nízkoenergetický - obvykle trvá od 1/5 do 1/10 elektrochemické baterie. Lineární úroveň - nemožnost využít plnou energetického spektra, v závislosti na aplikaci, ne všechny dostupné energie., jako je tomu s bateriemi, buňky mají nízké napětí potřebná pro sériové spojení a vyrovnávání napětí. Samovybíjení je často vyšší než výboje baterií. napětí se mění s úsporami energie pro efektivní skladování a využití energie vyžaduje složité elektronické ovládání a spínací zařízení. Má nejvyšší dielektrickou absorpci všech typů kondenzátorů. Horní teplota použití je obvykle 70 ° C nebo méně a jen zřídka přesahuje 85 C. Většina z nich obsahovat kapalný elektrolyt, který snižuje množství potřebné, aby se zabránilo neúmyslnému rychlé vybíjení. Vysoká cena elektřiny na watt., hybridní systémy pro ukládání dat
Speciální konstrukce a integrované elektroniky technologie síla byla vyvinuta pro výrobu modulů yonystorov nové struktury. Vzhledem k tomu, modulů, které mají být vyrobeny s použitím nových technologií, které mohou být integrovány do karoserie panelů, jako je střecha, dveře a víko zavazadlového prostoru. Kromě toho nové technologie byly vynalezeny vyrovnávací energii, která snižují ztrátu energie a velikosti grafy vyrovnávání energetických systémů a zařízení na uchovávání energie. TakéByla vyvinuta řada souvisejících technologií, jako je řízení nabíjení a vybíjení, jakož i připojení k jiným systémům pro ukládání energie. Supercapacitor modul s nominální kapacitou 150F, jmenovitým napětím 50 V mohou být umístěny na rovných a zakřivených ploch s povrchem dne 5. dubna. m a 4 cm v tloušťce. Žádosti vztahující se na vozidla na elektrický pohon, a mohou být integrovány s různými částmi vozidla na jiné případy, které vyžadují skladování energie.
Aplikace a vyhlídky
Ve Spojených státech, Rusku a Číně existují autobusy bez trakčních baterií, veškerá práce provádí ionisté. General Electric vyvinula snímač s superkondenzátory výměně baterie, podobně jako se stalo v některých rakety, hračky a elektrické nářadí. Testy ukázaly, že ultracapacitorů překonat olověných akumulátorů ve větrných turbín bylo dosaženo, aniž by na hustotě energie superkondenzátory, blíží se koncentrace olověných baterií. Teď samozřejmě, že pohřbít Supercapacitor olověných akumulátorů v příštích několika letech, ale to je jen část příběhu, protože jejich možnosti jsou zlepšující se rychleji než konkurence. Společnosti, jako Elbit Systems, grafenu energie, Nanotech nástroje a kostra Technologies, uvedl, že překračuje hustota energie olověných akumulátorů a jejich superkondenzátory superbakteryyamy, z nichž některé odpovídají teoretické hustoty energie iontů lithia. Nicméně ionizátor v elektrickém vozidle je jedním z aspektů elektroniky a elektrotechniky,které ignoruje tisk, investoři, potenciální dodavatelé a mnoho lidí, kteří žijí ve starých technologiích, navzdory rychlému růstu multibiliarního trhu. Například u pozemních, vodních a palubních vozidel existuje přibližně 200 vážných výrobců trakčních motorů a 110 vážných dodavatelů trakčních baterií ve srovnání s několika výrobci superkondenzátů. Obecně platí, že na světě neexistuje více než 66 velkých výrobců ionizátorů, z nichž většina soustředila svou výrobu na modely lehčí spotřební elektroniky.
