Хүмүүс анх цахилгаан эрчим хүчийг хуримтлуулахын тулд конденсатор ашиглаж байжээ. Дараа нь цахилгаан инженерчлэл лабораторийн туршилтаас давж гарахад батерейг зохион бүтээсэн бөгөөд энэ нь цахилгаан эрчим хүчийг хадгалах гол хэрэгсэл болжээ. Гэвч 21-р зууны эхэн үед цахилгаан тоног төхөөрөмжийг тэжээхэд конденсатор ашиглахыг дахин санал болгож байна. Энэ нь хэр боломжтой вэ, батерейнууд эцэст нь өнгөрсөн зүйл болох уу?

Конденсаторыг батерейгаар сольсон шалтгаан нь цахилгаан эрчим хүчийг хадгалах чадвартай байсантай холбоотой юм. Өөр нэг шалтгаан нь цэнэглэх үед батерейны гаралтын хүчдэл маш бага өөрчлөгддөг тул хүчдэл тогтворжуулагч шаардлагагүй эсвэл маш энгийн загвартай байж болно.

Конденсатор ба батерейны гол ялгаа нь конденсатор нь цахилгаан цэнэгийг шууд хуримтлуулдаг бол батерей нь цахилгаан энергийг химийн энерги болгон хувиргаж, хуримтлуулж, улмаар химийн энергийг дахин цахилгаан энерги болгон хувиргадаг.

Эрчим хүчний өөрчлөлтийн явцад түүний нэг хэсэг нь алдагддаг. Тиймээс хамгийн сайн батерей ч гэсэн 90% -иас ихгүй үр ашигтай байдаг бол конденсаторын хувьд 99% хүрч чаддаг. Химийн урвалын эрч хүч нь температураас хамаардаг тул батерей нь өрөөний температураас илүү хүйтэн цаг агаарт мэдэгдэхүйц муу ажилладаг. Үүнээс гадна батерей дахь химийн урвалууд бүрэн буцаагдах боломжгүй юм. Тиймээс цөөн тооны цэнэглэх цэнэгийн циклүүд (хэдэн мянган удаа, батерейны ашиглалтын хугацаа нь ихэвчлэн 1000 цэнэглэх цэнэггүйдэл байдаг), мөн "санах ойн эффект" байдаг. "Санах ойн эффект" нь батерейг тодорхой хэмжээний хуримтлагдсан энерги хүртэл цэнэглэж байх ёстой бөгөөд дараа нь түүний хүчин чадал хамгийн их байх болно гэдгийг санаарай. Хэрэв цэнэглэсний дараа илүү их энерги үлдэх юм бол батерейны хүчин чадал аажмаар буурах болно. "Санах ойн эффект" нь хүчиллэгээс бусад (тэдгээрийн сортууд - гель ба AGM гэх мэт) бараг бүх төрлийн батерейны шинж чанар юм. Хэдийгээр энэ нь ерөнхийдөө хүлээн зөвшөөрөгдсөн лити-ион ба лити полимер батерейЭнэ нь ердийн зүйл биш, үнэндээ тэд ч бас байдаг, энэ нь бусад төрлүүдээс бага хэмжээгээр илэрдэг. Хүчиллэг батерейны хувьд тэдгээр нь хавтангийн сульфатжуулалтын үр нөлөөг харуулдаг бөгөөд энэ нь эрчим хүчний эх үүсвэрт эргэлт буцалтгүй гэмтэл учруулдаг. Үүний нэг шалтгаан нь батерей нь удаан хугацаанд 50% -иас бага цэнэгтэй байдаг.

Альтернатив эрчим хүчний хувьд "санах ойн эффект" ба хавтангийн сульфат нь ноцтой асуудал юм. гэх мэт эх үүсвэрээс эрчим хүчний хангамжийг нарны хавтансалхин турбиныг урьдчилан таамаглахад хэцүү байдаг. Үүний үр дүнд батерейг цэнэглэх, цэнэглэх нь эмх замбараагүй, оновчтой бус горимд явагддаг.

Амьдралын орчин үеийн хэмнэлийн хувьд батерейг хэдэн цагийн турш цэнэглэх нь туйлын хүлээн зөвшөөрөгдөхгүй юм. Жишээлбэл, цэнэггүй батарей таныг цэнэглэх цэг дээр хэдэн цагийн турш гацсан бол цахилгаан тээврийн хэрэгслээр хол замд явахыг хэрхэн төсөөлөх вэ? Батерейг цэнэглэх хурд нь түүний дотор явагдаж буй химийн процессын хурдаар хязгаарлагддаг. Та цэнэглэх хугацааг 1 цаг хүртэл багасгаж болно, гэхдээ хэдхэн минут биш. Үүний зэрэгцээ конденсаторыг цэнэглэх хурд нь зөвхөн цэнэглэгчийн өгсөн хамгийн их гүйдлээр хязгаарлагддаг.

Батерейны жагсаасан сул талууд нь конденсаторыг яаралтай ашиглахад хүргэсэн.

Цахилгаан давхар давхаргыг ашиглах

Олон арван жилийн туршид электролитийн конденсаторууд хамгийн өндөр хүчин чадалтай байсан. Тэдгээрийн дотор ялтсуудын нэг нь металл тугалган цаас, нөгөө нь электролит, ялтсуудын хоорондох тусгаарлагч нь тугалган цаасыг бүрхсэн металл исэл байв. Электролитийн конденсаторын хувьд хүчин чадал нь фарадын 100-д ​​хүрч болох бөгөөд энэ нь зайг бүрэн солиход хангалтгүй юм.

Дизайнуудын харьцуулалт янз бүрийн төрөлконденсатор (Эх сурвалж: Википедиа)

Хэдэн мянган фарадаар хэмжигддэг том багтаамжийг цахилгаан давхар давхарга гэж нэрлэгддэг конденсаторуудаар олж авч болно. Тэдний үйл ажиллагааны зарчим нь дараах байдалтай байна. Цахилгаан давхар давхарга нь хатуу ба шингэн фазын бодисын интерфейс дээр тодорхой нөхцөлд үүсдэг. Ионы хоёр давхарга нь эсрэг тэмдэгтэй боловч ижил хэмжээтэй цэнэгтэй байдаг. Хэрэв бид нөхцөл байдлыг маш хялбаршуулах юм бол конденсатор үүсдэг бөгөөд тэдгээрийн "ялтсууд" нь заасан ионуудын давхаргууд бөгөөд тэдгээрийн хоорондох зай нь хэд хэдэн атомтай тэнцүү байна.

Максвеллийн үйлдвэрлэсэн янз бүрийн хүчин чадалтай суперконденсаторууд

Энэ нөлөөнд суурилсан конденсаторыг заримдаа ионистор гэж нэрлэдэг. Үнэн хэрэгтээ энэ нэр томъёо нь зөвхөн цахилгаан цэнэгийг хадгалдаг конденсаторуудад хамаарахаас гадна цахилгаан эрчим хүчийг хадгалах бусад төхөөрөмжүүдэд хамаарна - цахилгаан энергийг хэсэгчлэн химийн энерги болгон хувиргах, цахилгаан цэнэгийг хадгалах (эрлийз ионистор), түүнчлэн давхар цахилгаан давхарга (псевдоконденсатор гэж нэрлэгддэг) дээр суурилсан батерейнууд. Тиймээс "супер конденсатор" гэсэн нэр томъёо илүү тохиромжтой. Заримдаа оронд нь "ultracapacitor" гэсэн ижил нэр томъёог ашигладаг.

Техникийн хэрэгжилт

Суперконденсатор нь электролитээр дүүргэсэн идэвхжүүлсэн нүүрс бүхий хоёр хавтангаас бүрдэнэ. Тэдгээрийн хооронд электролитийг нэвтрүүлэх боломжийг олгодог мембран байдаг боловч ялтсуудын хооронд идэвхжүүлсэн нүүрстөрөгчийн хэсгүүдийн бие махбодийн хөдөлгөөнөөс сэргийлдэг.

Суперконденсаторууд нь туйлшралгүй гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Үүн дээр тэд электролитийн конденсаторуудаас үндсэндээ ялгаатай бөгөөд тэдгээр нь дүрмээр бол туйлшралаар тодорхойлогддог бөгөөд үүнийг дагаж мөрдөхгүй байх нь конденсаторын эвдрэлд хүргэдэг. Гэсэн хэдий ч туйлшралыг суперконденсаторуудад бас ашигладаг. Энэ нь суперконденсаторууд нь үйлдвэрийн угсралтын шугамыг аль хэдийн цэнэглэгдсэн байдагтай холбоотой бөгөөд тэмдэглэгээ нь энэ цэнэгийн туйлшралыг илтгэнэ.

Суперконденсаторын параметрүүд

Бичиж байх үед бие даасан суперконденсаторын хамгийн их хүчин чадал нь 12,000 F. Олон тооны суперконденсаторуудын хувьд энэ нь 3,000 F-ээс ихгүй байна. Хавтануудын хоорондох зөвшөөрөгдөх дээд хүчдэл нь 10 В-оос хэтрэхгүй. Худалдааны суперконденсаторуудын хувьд, Энэ үзүүлэлт нь дүрмээр бол 2. 3 – 2.7 В-ийн дотор байна. Бага ажиллах хүчдэл нь тогтворжуулагч функцтэй хүчдэл хувиргагчийг ашиглахыг шаарддаг. Баримт нь цэнэггүй байх үед конденсаторын хавтан дээрх хүчдэл өргөн хүрээнд өөрчлөгддөг. Ачааллыг холбох хүчдэл хувиргагч барих ба цэнэглэгчөчүүхэн бус ажил юм. Та 60 Вт ачааллыг тэжээх хэрэгтэй гэж бодъё.

Асуудлыг авч үзэхийг хялбарчлахын тулд бид хүчдэлийн хувиргагч ба тогтворжуулагчийн алдагдлыг үл тоомсорлох болно. Хэрэв та хамтран ажиллаж байгаа бол ердийн зай 12 В хүчдэлтэй, дараа нь хяналтын электроник нь 5 А-ийн гүйдлийг тэсвэрлэх ёстой. Ийм электрон төхөөрөмжүүд нь өргөн тархсан бөгөөд хямд байдаг. Гэвч суперконденсаторыг ашиглах үед огт өөр нөхцөл байдал үүсдэг бөгөөд түүний хүчдэл нь 2.5 В. Дараа нь хөрвүүлэгчийн электрон бүрэлдэхүүн хэсгүүдээр дамжин урсах гүйдэл нь 24 А хүрч болох бөгөөд энэ нь хэлхээний технологи, орчин үеийн элементийн суурьтай болох шинэ арга барилыг шаарддаг. Чухамдаа хөрвүүлэгч ба тогтворжуулагчийг бүтээхэд бэрхшээлтэй байгаа нь суперконденсаторууд, цуврал үйлдвэрлэл 20-р зууны 70-аад онд эхэлсэн бөгөөд одоо л янз бүрийн салбарт өргөн хэрэглэгдэж эхэлсэн.

Бүдүүвч диаграммэх сурвалж тасралтгүй цахилгаан хангамж
суперконденсатор дээрх хүчдэл, үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг хэрэгжүүлдэг
LinearTechnology-ийн үйлдвэрлэсэн нэг микро схем дээр

Суперконденсаторыг батерейнд цуваа эсвэл зэрэгцээ холболтоор холбож болно. Эхний тохиолдолд хамгийн их зөвшөөрөгдөх хүчдэл нэмэгддэг. Хоёр дахь тохиолдолд - хүчин чадал. Зөвшөөрөгдөх хамгийн их хүчдэлийг ийм байдлаар нэмэгдүүлэх нь асуудлыг шийдэх нэг арга боловч та багтаамжийг багасгах замаар үүнийг төлөх шаардлагатай болно.

Суперконденсаторуудын хэмжээсүүд нь тэдний хүчин чадлаас шууд хамаардаг. 3000 F-ийн багтаамжтай ердийн суперконденсатор нь ойролцоогоор 5 см диаметртэй, 14 см урттай цилиндр юм. 10 F-ийн багтаамжтай суперконденсатор нь хүний ​​хумстай харьцуулах хэмжээтэй байдаг.

Сайн суперконденсаторууд нь хэдэн зуун мянган цэнэглэх цэнэгийн мөчлөгийг тэсвэрлэх чадвартай бөгөөд энэ үзүүлэлтээр батерейгаас 100 дахин их байдаг. Гэхдээ электролитийн конденсаторын нэгэн адил суперконденсаторууд нь электролитийн аажмаар алдагдахаас болж хөгшрөлтийн асуудалтай тулгардаг. Одоогийн байдлаар энэ шалтгааны улмаас суперконденсаторын эвдрэлийн талаархи бүрэн статистик мэдээлэл хуримтлагдаагүй байгаа боловч шууд бус мэдээллээр суперконденсаторуудын ашиглалтын хугацааг ойролцоогоор 15 жил гэж тооцож болно.

Хуримтлагдсан энерги

Конденсаторт хуримтлагдсан энергийн хэмжээг жоульоор илэрхийлнэ.

E = CU 2/2,
Энд C нь фарадаар илэрхийлэгдсэн багтаамж, U нь вольтоор илэрхийлэгдсэн хавтан дээрх хүчдэл юм.

Конденсаторт хуримтлагдсан энергийн хэмжээг кВтц-аар илэрхийлнэ:

W = CU 2 /7200000

Иймээс 2.5 В-ын хавтангийн хоорондох хүчдэлтэй 3000 F-ийн багтаамжтай конденсатор нь зөвхөн 0.0026 кВт цаг хадгалах чадвартай. Үүнийг жишээ нь лити-ион батерейтай харьцуулах нь юу вэ? Хэрэв та үүнийг хүлээн зөвшөөрвөл гаралтын хүчдэлцэнэгийн хэмжээнээс хамааралгүй, 3.6 В-тэй тэнцүү бол 0.0026 кВт.ц эрчим хүчийг 0.72 Ah хүчин чадалтай лити-ион батерейнд хадгална. Харамсалтай нь, маш даруухан үр дүн.

Суперконденсаторуудын хэрэглээ

Яаралтай гэрэлтүүлгийн систем нь батерейны оронд суперконденсатор ашиглах нь бодит өөрчлөлтийг бий болгодог. Үнэн хэрэгтээ энэ програм нь жигд бус ялгадасаар тодорхойлогддог. Нэмж дурдахад, яаралтай тусламжийн чийдэнг хурдан цэнэглэж, түүнд ашигладаг нөөц тэжээлийн эх үүсвэр нь илүү найдвартай байх нь зүйтэй юм. Суперконденсатор дээр суурилсан нөөц тэжээлийн эх үүсвэрийг шууд холбож болно LED чийдэн T8. Ийм чийдэнг Хятадын хэд хэдэн компани аль хэдийн үйлдвэрлэдэг.

Цахилгаанаар ажилладаг LED газрын гэрэл
нарны хавтан, эрчим хүчний хуримтлалаас
үүнийг суперконденсаторт гүйцэтгэдэг

Өмнө дурьдсанчлан, суперконденсаторыг хөгжүүлэх нь эрчим хүчний өөр эх үүсвэрийг сонирхож байгаатай холбоотой юм. Гэхдээ практик хэрэглээнарнаас эрчим хүч авдаг LED чийдэнгээр хязгаарлагдаж байна.

Цахилгаан тоног төхөөрөмжийг эхлүүлэхийн тулд суперконденсаторыг ашиглах нь идэвхтэй хөгжиж байна.

Суперконденсаторууд нь богино хугацаанд их хэмжээний эрчим хүчийг дамжуулах чадвартай. Хэт конденсатораас цахилгаан тоног төхөөрөмжийг асаах үед эрчим хүчний сүлжээн дэх хамгийн их ачааллыг бууруулж, эцсийн эцэст гүйдлийн хязгаарыг бууруулж, асар их зардал хэмнэх боломжтой болно.

Хэд хэдэн суперконденсаторыг батарей болгон нэгтгэснээр бид цахилгаан машинд ашигладаг батерейтай дүйцэхүйц хүчин чадалд хүрч чадна. Гэхдээ энэ батерей нь батерейгаас хэд дахин их жинтэй байх бөгөөд энэ нь тээврийн хэрэгслийн хувьд хүлээн зөвшөөрөгдөхгүй юм. Графен дээр суурилсан суперконденсаторуудыг ашиглан асуудлыг шийдэж болох ч одоогоор тэдгээр нь зөвхөн прототип хэлбэрээр л байгаа. Гэхдээ зөвхөн цахилгаанаар ажилладаг алдарт Yo-mobile-ын ирээдүйтэй хувилбар нь Оросын эрдэмтдийн бүтээж байгаа шинэ үеийн суперконденсаторуудыг эрчим хүчний эх үүсвэр болгон ашиглах юм.

Суперконденсаторууд нь ердийн бензин эсвэл дизель хөдөлгүүртэй автомашины батерейг солиход ашигтай байх болно - ийм машинд ашиглах нь аль хэдийн бодит байдал юм.

Энэ хооронд суперконденсаторыг нэвтрүүлэх төслүүдээс хамгийн амжилттай нь Москвагийн гудамжинд саяхан гарч ирсэн Оросын шинэ троллейбусууд гэж үзэж болно. Холбоо барих сүлжээнд хүчдэлийн хангамж тасалдсан эсвэл гүйдлийн коллекторууд "нисэх" үед троллейбус бага хурдтай (ойролцоогоор 15 км / цаг) хэдэн зуун метрийн зайд хөдөлгөөнд саад учруулахгүй газар хүрэх боломжтой. зам дээр. Ийм маневр хийх эрчим хүчний эх үүсвэр нь суперконденсаторуудын зай юм.

Ерөнхийдөө одоохондоо суперконденсаторууд батерейг зөвхөн тодорхой "тор" -д шилжүүлж чаддаг. Гэхдээ технологи хурдацтай хөгжиж байгаа бөгөөд энэ нь ойрын ирээдүйд суперконденсаторын хэрэглээний цар хүрээ ихээхэн өргөжих болно гэж найдаж байна.

Суперконденсатор эсвэл ионистор нь энергийн массыг хадгалах төхөөрөмж бөгөөд электрод ба электролитийн хоорондох хил дээр цэнэгийн хуримтлал үүсдэг. Ашигтай энергийн эзэлхүүнийг статик төрлийн цэнэг хэлбэрээр хадгалдаг. Хуримтлагдах үйл явц нь харилцан үйлчлэлд ордог тогтмол хүчдэл, ионистор нь ялтсуудынхаа боломжит зөрүүг хүлээн авах үед. Технологийн хэрэгжилт, түүнчлэн ийм төхөөрөмжийг бий болгох санаа харьцангуй саяхан гарч ирсэн боловч тодорхой тооны асуудлыг шийдвэрлэхийн тулд туршилтын хэрэглээг хүлээн авч чадсан. Энэ хэсэг нь цаг, тооны машин, янз бүрийн микро схемд цахилгаан хангамжийн үндсэн хэрэгсэл болох химийн гаралтай одоогийн эх үүсвэрийг орлуулах боломжтой.

Конденсаторын энгийн загвар нь хавтангаас бүрдэх ба түүний материал нь хуурай тусгаарлах бодисоор тусгаарлагдсан тугалган цаас юм. Ионистор нь цахилгаан химийн төрлийн цэнэглэгчтэй хэд хэдэн конденсаторуудаас бүрдэнэ. Үүнийг үйлдвэрлэхэд тусгай электролит ашигладаг. Бүрхүүл нь хэд хэдэн төрлийн байж болно. Идэвхжүүлсэн нүүрстөрөгчийг их хэмжээний доторлогооны үйлдвэрлэлд ашигладаг. Металл исэл, өндөр дамжуулалттай полимер материалыг мөн ашиглаж болно. Шаардлагатай багтаамжийн нягтралд хүрэхийн тулд өндөр сүвэрхэг нүүрстөрөгчийн материалыг ашиглахыг зөвлөж байна. Нэмж дурдахад энэ арга нь ионисторыг гайхалтай хямд үнээр хийх боломжийг олгодог. Ийм хэсгүүд нь хавтан дээр үүссэн давхар тасалгаанд цэнэгийг хуримтлуулдаг DLC конденсаторын ангилалд багтдаг.

Дизайн шийдэл нь ионисторыг усны электролитийн суурьтай хослуулах үед дотоод элементүүдийн эсэргүүцэл багатай байдаг бол цэнэгийн хүчдэл нь 1 В хүртэл хязгаарлагддаг. Органик дамжуулагчийг ашиглах нь ойролцоогоор 2...3 хүчдэлийн түвшинг баталгаажуулдаг. V ба эсэргүүцэл нэмэгдсэн.

Цахим хэлхээ нь илүү их эрчим хүчний хэрэгцээтэй ажилладаг. Энэ асуудлыг шийдэх арга бол ашигласан цахилгаан цэгүүдийн тоог нэмэгдүүлэх явдал юм. Ионисторыг зөвхөн нэг биш, харин 3-4 ширхэгээр суурилуулж, шаардлагатай хэмжээний цэнэгийг өгдөг.

Никель-металл гидридийн батерейтай харьцуулахад ионистор нь эрчим хүчний нөөцийн аравны нэгийг багтаах чадвартай бөгөөд түүний хүчдэл нь хавтгай цэнэгийн бүсийг эс тооцвол шугаман буурдаг. Эдгээр хүчин зүйлүүд нь ионистор дахь цэнэгийг бүрэн хадгалах чадварт нөлөөлдөг. Цэнэглэх түвшин нь элементийн технологийн зорилгоос шууд хамаарна.

Ихэнх тохиолдолд ионисторыг санах ойн чипийг тэжээхэд ашигладаг бөгөөд шүүлтүүрийн хэлхээ, гөлгөр шүүлтүүрт багтдаг. Гэнэтийн гүйдлийн үр дагаврыг арилгахын тулд тэдгээрийг янз бүрийн төрлийн батерейтай хослуулж болно: бага гүйдэл өгөх үед ионистор цэнэглэгддэг, эс тэгвээс энэ нь энергийн нэг хэсгийг ялгаруулж, улмаар нийт ачааллыг бууруулдаг.

Элон Маск үйлдвэрлэх зориулалттай "Батарейны гигафабрик" барьж байгаа тухай шуугиан лити ион батерейнууд"Тэрбумтан хувьсгалч" -ын төлөвлөгөөг эрс өөрчилж чадах үйл явдлын тухай мессеж гарч ирэхэд хараахан намжаагүй байв.
Энэ бол тус компанийн саяхан хийсэн хэвлэлийн мэдээ юм. Sunvault Energy Inc., аль нь хамт Эдисон цахилгаан компани 10 мянган (!) Фарадын багтаамжтай дэлхийн хамгийн том графен суперконденсаторыг бүтээж чадсан..
Энэ үзүүлэлт нь маш гайхалтай тул дотоодын мэргэжилтнүүдийн дунд эргэлзээ төрүүлж байна - цахилгаан инженерчлэлд 20 микрофарад (өөрөөр хэлбэл 0.02 миллифарад) ч гэсэн маш их юм. Гэхдээ Sunvault Energy-ийн захирал нь Нью Мексико мужийн захирагч асан, АНУ-ын Эрчим хүчний сайд асан Билл Ричардсон гэдэг нь эргэлзээгүй юм. Билл Ричардсон бол нэр хүндтэй, нэр хүндтэй хүн: тэрээр НҮБ-д суугаа АНУ-ын элчин сайдаар ажиллаж, Киссинжер, Макларти судалгааны төвд хэдэн жил ажилласан, зэвсэгт этгээдүүдэд олзлогдсон америкчуудыг суллахад үзүүлсэн амжилтынхаа төлөө Нобелийн шагналд хүртэл нэр дэвшиж байжээ. янз бүрийн "халуун цэгүүдэд" амар амгалан. 2008 онд тэрээр АНУ-ын ерөнхийлөгчийн сонгуульд Ардчилсан намаас нэр дэвшсэн хүмүүсийн нэг байсан ч Барак Обамад ялагдсан.

Өнөөдөр Sunvault хурдацтай хөгжиж, Эдисон Пауэр компанитай Supersunvault нэртэй хамтарсан компани байгуулж, шинэ компанийн ТУЗ-д зөвхөн эрдэмтэд төдийгүй (захирлуудын нэг нь биохимич, нөгөө нь санаачлагатай онкологич) багтдаг. бас ажил хэрэгч ухаантай алдартай хүмүүс. Сүүлийн хоёр сарын хугацаанд тус компани суперконденсаторуудынхаа хүчин чадлыг 10 дахин буюу мянгаас 10,000 Фарад хүртэл нэмэгдүүлж, конденсаторт хуримтлагдсан эрчим хүч нь бүхэл бүтэн байшинг тэжээхэд хангалттай байхаар амлаж байгааг би тэмдэглэж байна. Sunvault нь ойролцоогоор 10 кВт.ц хүчин чадалтай Powerwall төрлийн супер батерей үйлдвэрлэхээр төлөвлөж буй Элон Масктай шууд өрсөлдөгч болоход бэлэн байна.

Графен технологийн ашиг тус ба Gigafactory-ийн төгсгөл.

Энд бид конденсатор ба батерейны гол ялгааг эргэн санах хэрэгтэй - хэрэв эхнийх нь хурдан цэнэглэгдэж, цэнэггүй болсон ч бага эрчим хүч хуримтлуулдаг бол батерей нь эсрэгээрээ. Анхаарна уу Графен суперконденсаторуудын гол давуу талуудВ.

1. Хурдан цэнэглэх - конденсаторууд батерейгаас ойролцоогоор 100-1000 дахин хурдан цэнэглэгддэг.

2. Хямдхан байдал: хэрэв ердийн лити-ион батерейнууд хуримтлагдсан 1 кВт.ц эрчим хүч нь ойролцоогоор 500 долларын үнэтэй бол суперконденсатор нь ердөө 100 долларын үнэтэй бөгөөд жилийн эцэс гэхэд бүтээгчид зардлыг 40 доллар хүртэл бууруулна гэж амлаж байна. Бүтцийн хувьд энэ нь ердийн нүүрстөрөгч бөгөөд дэлхий дээрх хамгийн түгээмэл химийн элементүүдийн нэг юм.

3. Авсаархан байдал ба эрчим хүчний нягтрал ба. Шинэ графены суперконденсатор нь мэдэгдэж буй дээжээс мянга дахин давсан гайхалтай хүчин чадлаараа төдийгүй авсаархан байдлаараа гайхшруулдаг - энэ нь жижиг номын хэмжээтэй, өөрөөр хэлбэл 1 Фарад конденсатороос 100 дахин илүү авсаархан юм. одоо ашиглаж байна.

4. Аюулгүй байдал, байгаль орчинд ээлтэй байдал. Тэд халдаг, аюултай химийн бодис агуулсан, заримдаа бүр тэсэрч дэлбэрэх батерейг бодвол хамаагүй аюулгүй.Графен өөрөө биологийн задралд ордог бодис, өөрөөр хэлбэл наранд зүгээр л задарч, байгаль орчныг сүйтгэхгүй. Энэ нь химийн идэвхгүй, байгаль орчинд хор хөнөөл учруулахгүй.

5. Графен үйлдвэрлэх шинэ технологийн энгийн байдал. Асар том газар нутаг, хөрөнгө оруулалт, олон тооны ажилчид, хортой, аюултай бодисууд технологийн процессЛити-ион батерейнууд нь шинэ технологийн гайхалтай энгийн байдлаас эрс ялгаатай. Баримт нь графеныг (өөрөөр хэлбэл хамгийн нимгэн, нэг атомын нүүрстөрөгчийн хальс) Sunvault-д ... бал чулууны суспензийн хэсгийг цутгадаг энгийн CD диск ашиглан үйлдвэрлэдэг. Дараа нь дискийг ердийн DVD дискэнд хийж, лазераар шатаадаг тусгай хөтөлбөр- мөн графены давхарга бэлэн боллоо! Энэхүү нээлтийг химич Ричард Канерын лабораторид ажиллаж байсан оюутан Махер Эль-Кади санамсаргүй байдлаар хийсэн гэж мэдэгджээ. Дараа нь тэрээр LightScribe программ ашиглан дискээ шатааж, графены давхарга үүсгэсэн байна.
Түүнчлэн Sunvault-ийн гүйцэтгэх захирал Гари Монахан Уолл Стрийтийн бага хурал дээр хэлэхдээ, пүүс ажиллахаар ажиллаж байна Графен эрчим хүч хадгалах төхөөрөмжийг 3D принтер дээр ердийн хэвлэх замаар үйлдвэрлэж болно- энэ нь тэдний үйлдвэрлэлийг хямд төдийгүй бараг бүх нийтийн болгох болно. Мөн хямд нарны зайн хавтантай хослуулан (өнөөдөр тэдний өртөг нэг Вт тутамд 1.3 доллар болж буурсан) графений суперконденсаторууд нь олон сая хүмүүст эрчим хүчний хангамжийн сүлжээг бүрэн салгаж, эрчим хүчний бие даасан байдлыг олж авах, цаашлаад цахилгаан эрчим хүчний ханган нийлүүлэгч болох боломжийг олгоно. өөрсдийгөө болон "байгалийн" монополийг устгах замаар.
Тиймээс ямар ч эргэлзээгүй: графен суперконденсаторууд нь эрчим хүч хадгалах салбарт хувьсгалт нээлт ба . Энэ нь Элон Маскийн хувьд муу мэдээ юм - Невада мужид үйлдвэр барих нь түүнд ойролцоогоор 5 тэрбум долларын өртөгтэй байх бөгөөд ийм өрсөлдөгчгүй байсан ч нөхөхөд хэцүү байх болно. Невада дахь үйлдвэрийн барилгын ажил аль хэдийн эхэлж, дуусах магадлалтай байгаа ч Маскийн төлөвлөж байсан бусад гурван үйлдвэр баригдаж дуусах магадлал бага байх шиг байна.

Зах зээлд нэвтрэх үү? Бидний хүссэнээр хурдан биш.

Ийм технологийн хувьсгалт шинж чанар нь тодорхой юм. Өөр нэг зүйл тодорхойгүй байна - хэзээ зах зээлд гарах вэ? Элон Маскийн нүсэр том, үнэтэй лити-ион Гигафабрикийн төсөл өнөөдөр аж үйлдвэрийн үлэг гүрвэл шиг харагдаж байна. Гэсэн хэдий ч, ямар ч хувьсгалт, шаардлагатай, байгаль орчинд ээлтэй шинэ технологи, энэ нь тэр нэг эсвэл хоёр жилийн дараа манайд ирнэ гэсэн үг биш юм. Хөрөнгийн ертөнц санхүүгийн хямралаас зайлсхийж чадахгүй ч технологийн хямралаас зайлсхийж чадсан. IN ижил төстэй тохиолдлуудТомоохон хөрөнгө оруулагчид болон улс төрийн тоглогчдын хөшигний ард гэрээ хэрэгжиж эхэлдэг. Sunvault бол Канад улсад байрладаг компани бөгөөд захирлуудын зөвлөлд АНУ-ын улс төрийн элитэд өргөн хүрээтэй холбоотой байсан ч түүний нефтийн долларын үндсэн хэсэг биш хэвээр байгаа хүмүүс багтдаг гэдгийг санах нь зүйтэй. Үүний эсрэг тэмцэл аль хэдийн эхэлсэн бололтой.
Бидний хувьд хамгийн чухал зүйл бол Шинээр гарч ирж буй эрчим хүчний технологийн боломжууд: эрчим хүчний бие даасан байдал улс орныхоо төлөө, ирээдүйд - иргэн бүрийн хувьд. Мэдээжийн хэрэг, графен суперконденсаторууд нь "эрлийз", шилжилтийн технологи бөгөөд энэ нь шууд эрчим хүч үйлдвэрлэхийг зөвшөөрдөггүй. соронзон-таталцлын технологи, энэ нь шинжлэх ухааны парадигмыг өөрөө болон бүх ертөнцийн дүр төрхийг бүрэн өөрчлөхийг амлаж байна. Эцэст нь байна санхүүгийн хувьсгалт технологи, энэ нь үнэндээ дэлхийн нефтийн долларын мафийн хориотой зүйл юм. Гэсэн хэдий ч энэ нь АНУ-д "нефтийн долларын араатны үүр"-д болж байгаа тул энэ нь маш гайхалтай нээлт юм.
Зургаан сарын өмнө би Италичуудын хүйтэн хайлуулах технологийн амжилтын талаар бичиж байсан боловч энэ хугацаанд бид Америкийн SolarTrends компанийн гайхалтай LENR технологийн талаар, мөн Германы Гая-Росчийн нээлтийн талаар, харин одоо жинхэнэ утгын талаар олж мэдсэн. графен хадгалах төхөөрөмжийн хувьсгалт технологи. Асуудал нь манай болон аль нэг засгийн газар бидний авдаг хий, цахилгааны төлбөрийг бууруулах чадваргүй, тарифыг ил тод бус тооцоолж байгаад ч байгаа юм биш гэдгийг энэ товч жагсаалтаас харж болно.
Бузар муугийн үндэс нь төлбөр төлдөг хүмүүсийн мунхаглал, мөнгө гаргаж байгаа хүмүүсийн юуг ч өөрчлөхийг хүсдэггүй байдал юм. . Зөвхөн энгийн хүмүүсийн хувьд эрчим хүч бол цахилгаан юм. Бодит байдал дээр өөрийнхөө энерги бол хүч юм.

Шинжлэх ухааны хэвлэлд Австралийн эрдэмтдийн суперконденсатор бүтээх чиглэлээр хийсэн технологийн нээлтийн талаар мэдээлсэн байна.

Мельбурн хотод байрладаг Монаш их сургуулийн ажилтнууд графенаар хийсэн суперконденсатор үйлдвэрлэх технологийг өөрчилж, үр дүнд нь үйлдвэрлэсэн бүтээгдэхүүн нь урьд өмнө нь байсан аналогиас илүү арилжааны сонирхол татахуйц болсон.

Мэргэжилтнүүд графен дээр суурилсан суперконденсаторуудын ид шидийн шинж чанаруудын талаар эртнээс ярьж байгаа бөгөөд лабораторийн туршилтууд нь ердийнхөөс илүү гэдгийг нэг бус удаа баттай нотолсон. "Супер" угтвартай ийм конденсаторыг орчин үеийн электроникийн бүтээгчид, автомашины компаниуд, тэр байтугай цахилгаан эрчим хүчний өөр эх үүсвэрийг бүтээгчид хүлээж байна.

Маш урт ашиглалтын мөчлөг, түүнчлэн суперконденсаторыг хамгийн богино хугацаанд цэнэглэх чадвар нь дизайнеруудад дизайны нарийн төвөгтэй асуудлыг тэдний тусламжтайгаар шийдвэрлэх боломжийг олгодог. янз бүрийн төхөөрөмжүүд. Гэвч тэр цаг хүртэл графен конденсаторуудын ялалтын марш нь тэдний бага хувийн энерги болон... Дунджаар ионистор эсвэл суперконденсатор нь 5-8 Вт/кг эрчим хүчний тодорхой үзүүлэлттэй байсан бөгөөд энэ нь хурдан цэнэггүй болсон үед графен бүтээгдэхүүнийг байнга цэнэглэх хэрэгцээ шаардлагаас хамааралтай болгосон.

Профессор Дэн Ли тэргүүтэй Мельбурн хотын Материалын үйлдвэрлэлийн судалгааны газрын Австралийн ажилтнууд графен конденсаторын хувийн энергийн нягтыг 12 дахин нэмэгдүүлж чаджээ. Одоо шинэ конденсаторын хувьд энэ үзүүлэлт 60 Вт*ц/кг байгаа бөгөөд энэ нь энэ салбарт техникийн хувьсгалын тухай ярих шалтгаан болсон юм. Зохион бүтээгчид графен суперконденсаторыг хурдан цэнэглэх асуудлыг даван туулж чадсан бөгөөд энэ нь одоо ердийн батерейгаас ч илүү удаан цэнэглэгддэг болсон.

Технологийн нээлт нь эрдэмтэд ийм гайхалтай үр дүнд хүрэхэд тусалсан: тэд дасан зохицох чадвартай графен-гель хальс авч, түүнээс маш жижиг электрод бүтээжээ. Зохион бүтээгчид графен хуудасны хоорондох зайг шингэн электролитээр дүүргэснээр тэдгээрийн хооронд дэд нанометрийн зай үүссэн байна. Энэ электролит нь ердийн конденсаторуудад байдаг бөгөөд энэ нь цахилгаан дамжуулагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Энд энэ нь зөвхөн дамжуулагч төдийгүй графен хавтангууд хоорондоо холбогдоход саад болж байв. Энэ алхам нь бидэнд илүү их амжилтанд хүрэх боломжийг олгосон юм өндөр нягтралтайсүвэрхэг бүтцийг хадгалахын зэрэгцээ конденсатор.

Авсаархан электрод нь өөрөө бидний сайн мэддэг цаас үйлдвэрлэгчдийн мэддэг технологийг ашиглан бүтээгдсэн. Энэ аргаЭнэ нь нэлээд хямд бөгөөд энгийн бөгөөд энэ нь шинэ суперконденсаторыг арилжааны аргаар үйлдвэрлэх боломжийг бидэнд өөдрөгөөр харах боломжийг олгодог.

Сэтгүүлчид хүн төрөлхтөн цоо шинэ хөгжих хөшүүргийг хүлээн авсан гэж дэлхий нийтэд батлах гэж яарав электрон тоног төхөөрөмж. Зохион бүтээгчид өөрсдөө профессор Лигийн амаар графены суперконденсаторыг лабораториос үйлдвэр хүртэлх замыг маш хурдан нөхөхөд нь туслахаа амласан.

Хүссэн ч эс хүссэн ч цахилгаан машины эрин үе ойртож байна. Одоогийн байдлаар цахилгаан тээврийн хэрэгсэл, цахилгаан эрчим хүч хадгалах технологи гэх мэт зах зээлийг эзлэх боломжийг ганц л технологи зогсоож байна. Эрдэмтдийн энэ чиглэлээр хийсэн бүх ололт амжилтыг үл харгалзан ихэнх цахилгаан болон хайбрид машинууд эерэг болон сөрөг талуудтай лити-ион батерейтай бөгөөд зөвхөн нэг цэнэглэлтээр богино зайд тээврийн хэрэгслийн миль туулах чадвартай байдаг. хотын хязгаарт аялах. Дэлхийн тэргүүлэгч бүх автомашин үйлдвэрлэгчид энэ асуудлыг ойлгож байгаа бөгөөд цахилгаан тээврийн хэрэгслийн үр ашгийг нэмэгдүүлэх арга замыг эрэлхийлж байгаа бөгөөд ингэснээр нэг цэнэглэлтээр жолоодох зайг нэмэгдүүлэх болно. батерейнууд.

Цахилгаан автомашины үр ашгийг дээшлүүлэх нэг арга бол машин тоормослох үед дулаан болж хувирдаг эрчим хүчийг цуглуулж, дахин ашиглах явдал юм. Ийм энергийг буцаах аргуудыг аль хэдийн боловсруулсан боловч батерейны ажиллах хурд бага тул түүнийг цуглуулах, дахин ашиглах үр ашиг маш бага байна. Тоормосны хугацааг ихэвчлэн секундээр хэмждэг бөгөөд энэ нь цэнэглэхэд хэдэн цаг зарцуулдаг батерейны хувьд хэтэрхий хурдан байдаг. Тиймээс "хурдан" эрчим хүчийг хуримтлуулахын тулд конденсатор байх магадлалтай бусад арга, хадгалах төхөөрөмж шаардлагатай. том хүчин чадалтай, суперконденсатор гэж нэрлэгддэг.

Харамсалтай нь суперконденсаторууд том замд хүрэхэд хараахан бэлэн болоогүй байгаа ч хурдан цэнэглэж, цэнэггүй болгож чаддаг ч хүчин чадал нь харьцангуй бага хэвээр байна. Нэмж дурдахад, суперконденсаторуудын найдвартай байдал нь маш их зүйлийг хүсдэг бөгөөд суперконденсаторуудын электродуудад ашигласан материалууд нь цэнэглэх цэнэгийн цэнэгийн давталтын мөчлөгийн үр дүнд байнга устдаг. Цахилгаан автомашины ашиглалтын хугацаанд суперконденсаторуудын ажиллах циклийн тоо олон сая дахин их байх ёстойг харгалзан үзэх нь бараг боломжгүй юм.

БНСУ-ын Гванжу хотын Шинжлэх ухаан, технологийн хүрээлэнгийн Сантхакумар Каннаппан болон түүний хэсэг нөхөд бидний цаг үеийн хамгийн гайхалтай материалуудын нэг болох графен хэмээх дээрх асуудлыг шийдэх шийдэлтэй. Солонгосын судлаачид багтаамжийн үзүүлэлтээрээ лити-ион батерейгаас дутахгүй, харин цахилгаан цэнэгээ маш хурдан хуримтлуулж, ялгаруулах чадвартай, өндөр үр ашигтай графен дээр суурилсан суперконденсаторын загваруудыг боловсруулж, үйлдвэрлэжээ. Нэмж дурдахад, графен суперконденсаторуудын прототипүүд ч гэсэн шинж чанараа алдалгүйгээр олон арван мянган үйлдлийн циклийг тэсвэрлэх чадвартай.
Ийм гайхалтай үр дүнд хүрэх арга нь асар их үр дүнтэй гадаргуутай графены тусгай хэлбэрийг олж авах явдал юм. Судлаачид графены ислийн тоосонцорыг гидразинтэй усанд хольж, хэт авианы тусламжтайгаар бүгдийг нь бутлах замаар графений ийм хэлбэрийг хийсэн байна. Үүссэн графен нунтагыг диск хэлбэртэй үрлэнд савлаж, 140 хэмийн температурт, 300 кг/см даралттай таван цагийн турш хатаажээ.

Үүссэн материал нь маш сүвэрхэг болж, нэг грамм ийм графен материал нь сагсан бөмбөгийн талбайн талбайтай тэнцэх үр дүнтэй талбайтай. Үүнээс гадна энэ материалын сүвэрхэг шинж чанар нь ион электролитийн шингэн EBIMF 1 M нь материалын бүх эзэлхүүнийг бүрэн дүүргэх боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь суперконденсаторын цахилгаан багтаамжийг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг.

Туршилтын суперконденсаторуудын шинж чанарыг хэмжихэд тэдгээрийн цахилгаан хүчин чадал нь грамм тутамд 150 фарад, эрчим хүчний хадгалалтын нягтрал нь килограмм тутамд 64 ватт, нягтралтай болохыг харуулсан. цахилгаан гүйдэлграмм тутамд 5 ампертай тэнцүү байна. Эдгээр бүх шинж чанаруудыг лити-ион батерейтай харьцуулах боломжтой бөгөөд эрчим хүчний хадгалалтын нягтрал нь килограмм тутамд 100-аас 200 ватт хооронд хэлбэлздэг. Гэхдээ эдгээр суперконденсаторууд нь нэг том давуу талтай: тэд ердөө 16 секундын дотор бүрэн цэнэглэж эсвэл бүх хуримтлагдсан цэнэгээ чөлөөлж чаддаг. Мөн энэ хугацаа нь өнөөг хүртэл хамгийн хурдан цэнэглэгдэх хугацаа юм.

Энэхүү гайхалтай шинж чанарууд, түүнчлэн графен суперконденсаторыг үйлдвэрлэх энгийн технологи нь тэдний "графен суперконденсаторын эрчим хүчийг хадгалах төхөөрөмж одоо олноор үйлдвэрлэхэд бэлэн болсон бөгөөд цахилгаан автомашины дараагийн үеүүдэд гарч ирэх болно" гэж бичсэн судлаачдын мэдэгдлийг зөвтгөж магадгүй юм. ”

Райсын их сургуулийн хэсэг эрдэмтэд суперконденсатор электродуудыг хийхийн тулд лазер ашиглан графен үйлдвэрлэх аргыг өөрсдөдөө тохируулсан байна.

Нүүрстөрөгчийн нэг хэлбэр болох графен нээгдсэнээс хойш болор эснэг атомын зузаантай, бусад зүйлсийн дотор суперконденсатор, өндөр багтаамжтай конденсатор, бага алдагдалтай гүйдэлд ашигладаг идэвхжүүлсэн нүүрс электродын өөр хувилбар гэж үзсэн. Гэвч цаг хугацаа, судалгаанаас үзэхэд графен электродууд нь бичил сүвэрхэг идэвхижүүлсэн нүүрстөрөгчийн электродуудаас тийм ч сайн ажилладаггүй нь урам зоригийг бууруулж, олон тооны судалгааг багасгахад хүргэсэн.

Гэсэн хэдий ч, графен электродуудсүвэрхэг нүүрстөрөгчийн электродтой харьцуулахад зарим маргаангүй давуу талуудтай.

Графены суперконденсаторуудилүү өндөр давтамжтай ажиллах боломжтой бөгөөд графены уян хатан чанар нь түүн дээр суурилсан маш нимгэн, уян хатан эрчим хүч хадгалах төхөөрөмжийг бүтээх боломжтой бөгөөд элэгддэг, уян хатан электроникийн хэрэглээнд нэн тохиромжтой.

Графен суперконденсаторын дээр дурдсан хоёр давуу тал нь Райсын их сургуулийн хэсэг эрдэмтдийн цаашдын судалгааг хийхэд хүргэв. Тэд суперконденсатор электродуудыг хийхийн тулд лазерын тусламжтайгаар графен үйлдвэрлэх аргыг тохируулсан.

Судалгааны багийг ахалсан эрдэмтэн Жеймс Тур “Бидний хүрсэн амжилтыг электроникийн зах зээлд байгаа микро суперконденсаторуудын гүйцэтгэлтэй харьцуулж болохуйц байна.“Бидний аргын тусламжтайгаар бид ямар ч орон зайн хэлбэртэй суперконденсаторуудыг үйлдвэрлэж чадна. Бид графен электродуудыг хангалттай жижиг талбайд савлах шаардлагатай үед бид тэдгээрийг цаас шиг л нугалав."

Графен электродуудыг үйлдвэрлэхийн тулд эрдэмтэд ашигласан лазер арга (лазераар өдөөгдсөн графем, LIG) бөгөөд үүнд хүчирхэг лазер туяа нь хямд полимер материалаар хийгдсэн бай руу чиглэгддэг.

Лазер гэрлийн параметрүүдийг сүвэрхэг графен хальс хэлбэрээр үүссэн нүүрстөрөгчөөс бусад полимерээс бүх элементүүдийг шатааж байхаар сонгосон. Энэхүү сүвэрхэг графен нь хангалттай том үр дүнтэй гадаргуугийн талбайтай болох нь нотлогдсон бөгөөд энэ нь суперконденсатор электродын хамгийн тохиромжтой материал болсон.

Райсын их сургуулийн багийнхны олж мэдсэн зүйл бол сүвэрхэг графен үйлдвэрлэхэд хялбар байдал юм.

“Графен электродыг хийхэд маш энгийн. Энэ нь цэвэр өрөө шаарддаггүй бөгөөд энэ процесс нь үйлдвэрийн цех, тэр ч байтугай дээр амжилттай ажилладаг уламжлалт үйлдвэрлэлийн лазерыг ашигладаг. гадаа"гэж Жеймс Тур хэлэв.

Үйлдвэрлэлийн хялбар байдлаас гадна графен суперконденсаторууд нь маш гайхалтай шинж чанаруудыг харуулсан. Эдгээр эрчим хүч хадгалах төхөөрөмжүүд нь цахилгааны хүчин чадлаа алдалгүйгээр хэдэн мянган цэнэглэх-цэнэглэх циклийг тэсвэрлэж чадсан. Түүнчлэн уян хатан суперконденсаторыг 8 мянган удаа дараалан деформацид оруулсны дараа ийм суперконденсаторуудын цахилгаан багтаамж бараг өөрчлөгдөөгүй хэвээр байв.

"Бидний боловсруулсан технологи нь уян электроникийн бүрэлдэхүүн хэсэг болох нимгэн, уян суперконденсаторуудыг үйлдвэрлэж, хувцас эсвэл өдөр тутмын эд зүйлд шууд суулгаж болох элэгддэг электроникийн тэжээлийн эх үүсвэр болж чадна гэдгийг бид харуулсан" гэж Жеймс Тур хэлэв.

Хүмүүс анх цахилгаан эрчим хүчийг хуримтлуулахын тулд конденсатор ашиглаж байжээ. Дараа нь цахилгаан инженерчлэл лабораторийн туршилтаас давж гарахад батерейг зохион бүтээсэн бөгөөд энэ нь цахилгаан эрчим хүчийг хадгалах гол хэрэгсэл болжээ. Гэвч 21-р зууны эхэн үед цахилгаан тоног төхөөрөмжийг тэжээхэд конденсатор ашиглахыг дахин санал болгож байна. Энэ нь хэр боломжтой вэ, батерейнууд эцэст нь өнгөрсөн зүйл болох уу?

Конденсаторыг батерейгаар сольсон шалтгаан нь цахилгаан эрчим хүчийг хадгалах чадвартай байсантай холбоотой юм. Өөр нэг шалтгаан нь цэнэглэх үед батерейны гаралтын хүчдэл маш бага өөрчлөгддөг тул хүчдэл тогтворжуулагч шаардлагагүй эсвэл маш энгийн загвартай байж болно.

Конденсатор ба батерейны гол ялгаа нь конденсатор нь цахилгаан цэнэгийг шууд хуримтлуулдаг бол батерей нь цахилгаан энергийг химийн энерги болгон хувиргаж, хуримтлуулж, улмаар химийн энергийг дахин цахилгаан энерги болгон хувиргадаг.

Эрчим хүчний өөрчлөлтийн явцад түүний нэг хэсэг нь алдагддаг. Тиймээс хамгийн сайн батерей ч гэсэн 90% -иас ихгүй үр ашигтай байдаг бол конденсаторын хувьд 99% хүрч чаддаг. Химийн урвалын эрч хүч нь температураас хамаардаг тул батерей нь өрөөний температураас илүү хүйтэн цаг агаарт мэдэгдэхүйц муу ажилладаг. Үүнээс гадна батерей дахь химийн урвалууд бүрэн буцаагдах боломжгүй юм. Тиймээс цөөн тооны цэнэглэх цэнэгийн циклүүд (хэдэн мянган удаа, батерейны ашиглалтын хугацаа нь ихэвчлэн 1000 цэнэглэх цэнэггүйдэл байдаг), мөн "санах ойн эффект" байдаг. "Санах ойн эффект" нь батерейг тодорхой хэмжээний хуримтлагдсан энерги хүртэл цэнэглэж байх ёстой бөгөөд дараа нь түүний хүчин чадал хамгийн их байх болно гэдгийг санаарай. Хэрэв цэнэглэсний дараа илүү их энерги үлдэх юм бол батерейны хүчин чадал аажмаар буурах болно. "Санах ойн эффект" нь хүчиллэгээс бусад (тэдгээрийн сортууд - гель ба AGM гэх мэт) бараг бүх төрлийн батерейны шинж чанар юм. Лити-ион ба лити-полимер батерейнд ийм зүйл байдаггүй гэж нийтээр хүлээн зөвшөөрдөг ч үнэн хэрэгтээ тэд ч бас байдаг, энэ нь бусад төрлийнхээс бага хэмжээгээр илэрдэг. Хүчиллэг батерейны хувьд тэдгээр нь хавтангийн сульфатжуулалтын үр нөлөөг харуулдаг бөгөөд энэ нь эрчим хүчний эх үүсвэрт эргэлт буцалтгүй гэмтэл учруулдаг. Үүний нэг шалтгаан нь батерей нь удаан хугацаанд 50% -иас бага цэнэгтэй байдаг.

Альтернатив эрчим хүчний хувьд "санах ойн эффект" ба хавтангийн сульфат нь ноцтой асуудал юм. Нарны хавтан, салхин турбин зэрэг эх үүсвэрээс эрчим хүч нийлүүлэхийг урьдчилан таамаглахад хэцүү байдаг. Үүний үр дүнд батерейг цэнэглэх, цэнэглэх нь эмх замбараагүй, оновчтой бус горимд явагддаг.

Амьдралын орчин үеийн хэмнэлийн хувьд батерейг хэдэн цагийн турш цэнэглэх нь туйлын хүлээн зөвшөөрөгдөхгүй юм. Жишээлбэл, цэнэггүй батарей таныг цэнэглэх цэг дээр хэдэн цагийн турш гацсан бол цахилгаан тээврийн хэрэгслээр хол замд явахыг хэрхэн төсөөлөх вэ? Батерейг цэнэглэх хурд нь түүний дотор явагдаж буй химийн процессын хурдаар хязгаарлагддаг. Та цэнэглэх хугацааг 1 цаг хүртэл багасгаж болно, гэхдээ хэдхэн минут биш. Үүний зэрэгцээ конденсаторыг цэнэглэх хурд нь зөвхөн цэнэглэгчийн өгсөн хамгийн их гүйдлээр хязгаарлагддаг.

Батерейны жагсаасан сул талууд нь конденсаторыг яаралтай ашиглахад хүргэсэн.

Цахилгаан давхар давхаргыг ашиглах

Олон арван жилийн туршид электролитийн конденсаторууд хамгийн өндөр хүчин чадалтай байсан. Тэдгээрийн дотор ялтсуудын нэг нь металл тугалган цаас, нөгөө нь электролит, ялтсуудын хоорондох тусгаарлагч нь тугалган цаасыг бүрхсэн металл исэл байв. Электролитийн конденсаторын хувьд хүчин чадал нь фарадын 100-д ​​хүрч болох бөгөөд энэ нь зайг бүрэн солиход хангалтгүй юм.

Хэдэн мянган фарадаар хэмжигддэг том багтаамжийг цахилгаан давхар давхарга гэж нэрлэгддэг конденсаторуудаар олж авч болно. Тэдний үйл ажиллагааны зарчим нь дараах байдалтай байна. Цахилгаан давхар давхарга нь хатуу ба шингэн фазын бодисын интерфейс дээр тодорхой нөхцөлд үүсдэг. Ионы хоёр давхарга нь эсрэг тэмдэгтэй боловч ижил хэмжээтэй цэнэгтэй байдаг. Хэрэв бид нөхцөл байдлыг маш хялбаршуулах юм бол конденсатор үүсдэг бөгөөд тэдгээрийн "ялтсууд" нь заасан ионуудын давхаргууд бөгөөд тэдгээрийн хоорондох зай нь хэд хэдэн атомтай тэнцүү байна.

Энэ нөлөөнд суурилсан конденсаторыг заримдаа ионистор гэж нэрлэдэг. Үнэн хэрэгтээ энэ нэр томъёо нь зөвхөн цахилгаан цэнэгийг хадгалдаг конденсаторуудад хамаарахаас гадна цахилгаан эрчим хүчийг хадгалах бусад төхөөрөмжүүдэд хамаарна - цахилгаан энергийг хэсэгчлэн химийн энерги болгон хувиргах, цахилгаан цэнэгийг хадгалах (эрлийз ионистор), түүнчлэн давхар цахилгаан давхарга (псевдоконденсатор гэж нэрлэгддэг) дээр суурилсан батерейнууд. Тиймээс "супер конденсатор" гэсэн нэр томъёо илүү тохиромжтой. Заримдаа оронд нь "ultracapacitor" гэсэн ижил нэр томъёог ашигладаг.

Техникийн хэрэгжилт

Суперконденсатор нь электролитээр дүүргэсэн идэвхжүүлсэн нүүрс бүхий хоёр хавтангаас бүрдэнэ. Тэдгээрийн хооронд электролитийг нэвтрүүлэх боломжийг олгодог мембран байдаг боловч ялтсуудын хооронд идэвхжүүлсэн нүүрстөрөгчийн хэсгүүдийн бие махбодийн хөдөлгөөнөөс сэргийлдэг.

Суперконденсаторууд нь туйлшралгүй гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Үүн дээр тэд электролитийн конденсаторуудаас үндсэндээ ялгаатай бөгөөд тэдгээр нь дүрмээр бол туйлшралаар тодорхойлогддог бөгөөд үүнийг дагаж мөрдөхгүй байх нь конденсаторын эвдрэлд хүргэдэг. Гэсэн хэдий ч туйлшралыг суперконденсаторуудад бас ашигладаг. Энэ нь суперконденсаторууд нь үйлдвэрийн угсралтын шугамыг аль хэдийн цэнэглэгдсэн байдагтай холбоотой бөгөөд тэмдэглэгээ нь энэ цэнэгийн туйлшралыг илтгэнэ.

Суперконденсаторын параметрүүд

Бичиж байх үед бие даасан суперконденсаторын хамгийн их хүчин чадал нь 12,000 F. Олон тооны суперконденсаторуудын хувьд энэ нь 3,000 F-ээс ихгүй байна. Хавтануудын хоорондох зөвшөөрөгдөх дээд хүчдэл нь 10 В-оос хэтрэхгүй. Худалдааны суперконденсаторуудын хувьд, Энэ үзүүлэлт нь дүрмээр бол 2. 3 – 2.7 В-ийн дотор байна. Бага ажиллах хүчдэл нь тогтворжуулагч функцтэй хүчдэл хувиргагчийг ашиглахыг шаарддаг. Баримт нь цэнэггүй байх үед конденсаторын хавтан дээрх хүчдэл өргөн хүрээнд өөрчлөгддөг. Ачаалал ба цэнэглэгчийг холбох хүчдэлийн хувиргагчийг барих нь энгийн ажил биш юм. Та 60 Вт ачааллыг тэжээх хэрэгтэй гэж бодъё.

Асуудлыг авч үзэхийг хялбарчлахын тулд бид хүчдэлийн хувиргагч ба тогтворжуулагчийн алдагдлыг үл тоомсорлох болно. Хэрэв та ердийн 12 В зайтай ажиллаж байгаа бол хяналтын электрон төхөөрөмж нь 5 А-ийн гүйдлийг тэсвэрлэх чадвартай байх ёстой. Ийм электрон төхөөрөмжүүд нь өргөн тархсан бөгөөд хямдхан байдаг. Гэвч суперконденсаторыг ашиглах үед огт өөр нөхцөл байдал үүсдэг бөгөөд түүний хүчдэл нь 2.5 В. Дараа нь хөрвүүлэгчийн электрон бүрэлдэхүүн хэсгүүдээр дамжин урсах гүйдэл нь 24 А хүрч болох бөгөөд энэ нь хэлхээний технологи, орчин үеийн элементийн суурьтай болох шинэ арга барилыг шаарддаг. 20-р зууны 70-аад онд цуврал үйлдвэрлэж эхэлсэн супер конденсаторууд одоо л олон салбарт өргөн хэрэглэгдэж эхэлснийг хөрвүүлэгч, тогтворжуулагч барих нарийн төвөгтэй байдал нь тайлбарлаж болно.

Суперконденсаторыг батерейнд цуваа эсвэл зэрэгцээ холболтоор холбож болно. Эхний тохиолдолд хамгийн их зөвшөөрөгдөх хүчдэл нэмэгддэг. Хоёр дахь тохиолдолд - хүчин чадал. Зөвшөөрөгдөх хамгийн их хүчдэлийг ийм байдлаар нэмэгдүүлэх нь асуудлыг шийдэх нэг арга боловч та багтаамжийг багасгах замаар үүнийг төлөх шаардлагатай болно.

Суперконденсаторуудын хэмжээсүүд нь тэдний хүчин чадлаас шууд хамаардаг. 3000 F-ийн багтаамжтай ердийн суперконденсатор нь ойролцоогоор 5 см диаметртэй, 14 см урттай цилиндр юм. 10 F-ийн багтаамжтай суперконденсатор нь хүний ​​хумстай харьцуулах хэмжээтэй байдаг.

Сайн суперконденсаторууд нь хэдэн зуун мянган цэнэглэх цэнэгийн мөчлөгийг тэсвэрлэх чадвартай бөгөөд энэ үзүүлэлтээр батерейгаас 100 дахин их байдаг. Гэхдээ электролитийн конденсаторын нэгэн адил суперконденсаторууд нь электролитийн аажмаар алдагдахаас болж хөгшрөлтийн асуудалтай тулгардаг. Одоогийн байдлаар энэ шалтгааны улмаас суперконденсаторын эвдрэлийн талаархи бүрэн статистик мэдээлэл хуримтлагдаагүй байгаа боловч шууд бус мэдээллээр суперконденсаторуудын ашиглалтын хугацааг ойролцоогоор 15 жил гэж тооцож болно.

Хуримтлагдсан энерги

Конденсаторт хуримтлагдсан энергийн хэмжээг жоульоор илэрхийлнэ.

Энд C нь фарадаар илэрхийлэгдсэн багтаамж, U нь вольтоор илэрхийлэгдсэн хавтан дээрх хүчдэл юм.

Конденсаторт хуримтлагдсан энергийн хэмжээг кВтц-аар илэрхийлнэ:

Иймээс 2.5 В-ын хавтангийн хоорондох хүчдэлтэй 3000 F-ийн багтаамжтай конденсатор нь зөвхөн 0.0026 кВт цаг хадгалах чадвартай. Үүнийг жишээ нь лити-ион батерейтай харьцуулах нь юу вэ? Хэрэв бид түүний гаралтын хүчдэлийг цэнэгийн хэмжээнээс хамааралгүй, 3.6 В-той тэнцүү гэж үзвэл 0.72 Ah хүчин чадалтай лити-ион батерейнд 0.0026 кВт.ц энерги хуримтлагдана. Харамсалтай нь, маш даруухан үр дүн.

Суперконденсаторуудын хэрэглээ

Яаралтай гэрэлтүүлгийн систем нь батерейны оронд суперконденсатор ашиглах нь бодит өөрчлөлтийг бий болгодог. Үнэн хэрэгтээ энэ програм нь жигд бус ялгадасаар тодорхойлогддог. Нэмж дурдахад, яаралтай тусламжийн чийдэнг хурдан цэнэглэж, түүнд ашигладаг нөөц тэжээлийн эх үүсвэр нь илүү найдвартай байх нь зүйтэй юм. Супер конденсатор дээр суурилсан нөөц тэжээлийн хангамжийг T8 LED чийдэнтэй шууд холбож болно. Ийм чийдэнг Хятадын хэд хэдэн компани аль хэдийн үйлдвэрлэдэг.

Өмнө дурьдсанчлан, суперконденсаторыг хөгжүүлэх нь эрчим хүчний өөр эх үүсвэрийг сонирхож байгаатай холбоотой юм. Гэхдээ практик хэрэглээ нь нарнаас эрчим хүч авдаг LED чийдэнгээр хязгаарлагддаг.

Цахилгаан тоног төхөөрөмжийг эхлүүлэхийн тулд суперконденсаторыг ашиглах нь идэвхтэй хөгжиж байна.

Суперконденсаторууд нь богино хугацаанд их хэмжээний эрчим хүчийг дамжуулах чадвартай. Хэт конденсатораас цахилгаан тоног төхөөрөмжийг асаах үед эрчим хүчний сүлжээн дэх хамгийн их ачааллыг бууруулж, эцсийн эцэст гүйдлийн хязгаарыг бууруулж, асар их зардал хэмнэх боломжтой болно.

Хэд хэдэн суперконденсаторыг батарей болгон нэгтгэснээр бид цахилгаан машинд ашигладаг батерейтай дүйцэхүйц хүчин чадалд хүрч чадна. Гэхдээ энэ батерей нь батерейгаас хэд дахин их жинтэй байх бөгөөд энэ нь тээврийн хэрэгслийн хувьд хүлээн зөвшөөрөгдөхгүй юм. Графен дээр суурилсан суперконденсаторуудыг ашиглан асуудлыг шийдэж болох ч одоогоор тэдгээр нь зөвхөн прототип хэлбэрээр л байгаа. Гэхдээ зөвхөн цахилгаанаар ажилладаг алдарт Yo-mobile-ын ирээдүйтэй хувилбар нь Оросын эрдэмтдийн бүтээж байгаа шинэ үеийн суперконденсаторуудыг эрчим хүчний эх үүсвэр болгон ашиглах юм.

Суперконденсаторууд нь ердийн бензин эсвэл дизель хөдөлгүүртэй автомашины батерейг солиход ашигтай байх болно - ийм машинд ашиглах нь аль хэдийн бодит байдал юм.

Энэ хооронд суперконденсаторыг нэвтрүүлэх төслүүдээс хамгийн амжилттай нь Москвагийн гудамжинд саяхан гарч ирсэн Оросын шинэ троллейбусууд гэж үзэж болно. Холбоо барих сүлжээнд хүчдэлийн хангамж тасалдсан эсвэл гүйдлийн коллекторууд "нисэх" үед троллейбус бага хурдтай (ойролцоогоор 15 км / цаг) хэдэн зуун метрийн зайд хөдөлгөөнд саад учруулахгүй газар хүрэх боломжтой. зам дээр. Ийм маневр хийх эрчим хүчний эх үүсвэр нь суперконденсаторуудын зай юм.

Ерөнхийдөө одоохондоо суперконденсаторууд батерейг зөвхөн тодорхой "тор" -д шилжүүлж чаддаг. Гэхдээ технологи хурдацтай хөгжиж байгаа бөгөөд энэ нь ойрын ирээдүйд суперконденсаторын хэрэглээний цар хүрээ ихээхэн өргөжих болно гэж найдаж байна.

Алексей Васильев

Дэлхийн бөмбөрцгийн цахилгаан хүчин чадал нь физикийн хичээлээс мэдэгдэж байгаагаар ойролцоогоор 700 мкФ байна. Ийм багтаамжтай энгийн конденсаторыг жин, эзэлхүүнээрээ тоосготой харьцуулж болно. Гэхдээ дэлхийн бөмбөрцгийн цахилгаан багтаамжтай, элсний ширхэгтэй тэнцэх хэмжээний конденсаторууд байдаг - суперконденсаторууд.

Ийм төхөөрөмж харьцангуй саяхан буюу хорин жилийн өмнө гарч ирсэн. Тэдгээрийг өөрөөр нэрлэдэг: ионистор, ионикс эсвэл зүгээр л суперконденсатор.

Тэдгээрийг зөвхөн өндөр нисдэг сансрын компаниудад л ашиглах боломжтой гэж битгий бодоорой. Өнөөдөр та дэлгүүрээс зоосны хэмжээтэй, нэг фарадын багтаамжтай ионистор худалдаж авах боломжтой бөгөөд энэ нь дэлхийн бөмбөрцгийн багтаамжаас 1500 дахин их бөгөөд нарны аймгийн хамгийн том гараг болох Бархасбадийн багтаамжтай ойролцоо юм.

Аливаа конденсатор нь энерги хуримтлуулдаг. Суперконденсаторт хуримтлагдсан энерги хэр их эсвэл бага болохыг ойлгохын тулд үүнийг ямар нэгэн зүйлтэй харьцуулах нь чухал юм. Энд зарим нэг ер бусын боловч ойлгомжтой арга байна.

Энгийн конденсаторын энерги нь ойролцоогоор нэг метр хагас үсрэхэд хангалттай. 1 В хүчдэлээр цэнэглэгдсэн 0.5 г масстай, 58-9 В төрлийн жижигхэн суперконденсатор 293 м өндөрт үсрэх боломжтой!

Заримдаа тэд ионисторууд ямар ч зайг орлож чадна гэж боддог. Сэтгүүлчид хэт конденсатороор ажилладаг чимээгүй цахилгаан машин бүхий ирээдүйн ертөнцийг дүрсэлсэн байна. Гэхдээ энэ нь хол хэвээр байна. Нэг кг жинтэй ионистор нь 3000 Ж энерги хуримтлуулах чадвартай бөгөөд хамгийн муу хар тугалганы хүчлийн батерей нь 86,400 Ж - 28 дахин их. Гэсэн хэдий ч богино хугацаанд өндөр эрчим хүч өгөх үед зай нь хурдан муудаж, зөвхөн хагасаар цэнэггүй болдог. Ионистор нь холболтын утаснууд үүнийг тэсвэрлэх чадвартай бол өөртөө ямар ч хор хөнөөлгүйгээр дахин дахин хүчийг өгдөг. Нэмж дурдахад суперконденсаторыг хэдхэн секундын дотор цэнэглэх боломжтой байдаг бол батерей нь үүнийг хийхэд ихэвчлэн хэдэн цаг зарцуулдаг.

Энэ нь ионисторын хэрэглээний хамрах хүрээг тодорхойлдог. Богино хугацаанд маш их эрчим хүч хэрэглэдэг төхөөрөмжүүдийн тэжээлийн эх үүсвэр болох нь сайн боловч ихэвчлэн: электрон тоног төхөөрөмж, гар чийдэн, машины асаагуур, цахилгаан алх. Ионистор нь цахилгаан соронзон зэвсгийн тэжээлийн эх үүсвэр болох цэргийн хэрэглээтэй байж болно. Мөн жижиг цахилгаан станцтай хослуулан ионистор нь цахилгаан дугуйгаар хөтлөгчтэй, 100 км тутамд 1-2 литр түлш зарцуулдаг машин бүтээх боломжтой болгодог.

Өргөн хүрээний хүчин чадал, ажиллах хүчдэлийн ионисторуудыг худалдаанд гаргах боломжтой боловч нэлээд үнэтэй байдаг. Тиймээс хэрэв танд цаг зав, сонирхол байгаа бол та өөрөө ионистор хийхийг оролдож болно. Гэхдээ тодорхой зөвлөгөө өгөхөөс өмнө бага зэрэг онол.

Энэ нь цахилгаан химийн хувьд мэдэгдэж байгаа: металыг усанд дүрэх үед түүний гадаргуу дээр эсрэг талынхаас бүрдэх давхар цахилгаан давхарга үүсдэг. цахилгаан цэнэг- ион ба электронууд. Тэдний хооронд харилцан татах хүч үйлчилдэг боловч цэнэгүүд бие биедээ ойртож чадахгүй. Үүнд ус ба металлын молекулуудын татах хүч саад болдог. Үндсэндээ цахилгаан давхар давхарга нь конденсатораас өөр зүйл биш юм. Түүний гадаргуу дээр төвлөрсөн цэнэг нь ялтсуудын үүрэг гүйцэтгэдэг. Тэдний хоорондох зай маш бага байна. Мөн та бүхний мэдэж байгаагаар конденсаторын багтаамж нь түүний ялтсуудын хоорондох зай багасах тусам нэмэгддэг. Тиймээс, жишээлбэл, усанд дүрсэн жирийн гангийн багтаамж хэд хэдэн мФ хүрдэг.

Үндсэндээ ионистор нь электролитэд дүрэгдсэн маш том талбай бүхий хоёр электродоос бүрддэг бөгөөд тэдгээрийн гадаргуу дээр хэрэглэсэн хүчдэлийн нөлөөн дор давхар цахилгаан давхарга үүсдэг. Ердийн хавтгай хавтанг ашигласнаар хэдхэн арван мФ багтаамж авах боломжтой байсан нь үнэн. Ионисторуудын онцлог шинж чанартай том багтаамжийг олж авахын тулд тэдгээр нь гаднах жижиг хэмжээтэй том нүхтэй гадаргуутай сүвэрхэг материалаар хийсэн электродуудыг ашигладаг.

Титанаас цагаан алт хүртэл хөвөн металлыг энэ үүрэгт зориулж туршиж үзсэн. Гэсэн хэдий ч зүйрлэшгүй сайн нь ... энгийн идэвхжүүлсэн нүүрс байв. Энэ бол тусгай эмчилгээ хийсний дараа сүвэрхэг болдог нүүрс юм. Ийм нүүрсний 1 см3 нүхний гадаргуугийн талбай нь мянган хавтгай дөрвөлжин метрт хүрдэг бөгөөд тэдгээрийн давхар цахилгаан давхаргын багтаамж нь арван фарад юм!

Гэрийн ионистор 1-р зурагт ионисторын загварыг харуулав. Энэ нь идэвхжүүлсэн нүүрсээр "дүүргэхэд" нягт дарагдсан хоёр металл хавтангаас бүрдэнэ. Нүүрсийг хоёр давхаргаар тавьдаг бөгөөд тэдгээрийн хооронд электрон дамжуулдаггүй бодисыг тусгаарлах нимгэн давхарга байдаг. Энэ бүхэн электролитээр шингэсэн байдаг.

Ионисторыг цэнэглэх үед гадаргуу дээр электронууд бүхий давхар цахилгаан давхарга нь нүүрстөрөгчийн нүхний нэг хагаст, нөгөө хагаст эерэг ионууд үүсдэг. Цэнэглэсний дараа ион ба электронууд бие бие рүүгээ урсаж эхэлдэг. Тэд уулзах үед төвийг сахисан металлын атомууд үүсч, хуримтлагдсан цэнэг нь буурч, цаг хугацааны явцад бүрмөсөн алга болж болно.

Үүнээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд идэвхжүүлсэн нүүрс давхаргын хооронд тусгаарлах давхарга тавьдаг. Энэ нь янз бүрийн нимгэн хуванцар хальс, цаас, тэр ч байтугай хөвөн ноосоос бүрдэж болно.
Сонирхогчдын ионисторуудад электролит нь 25% -ийн давсны уусмал эсвэл 27% -ийн KOH уусмал юм. (Бага концентрацитай үед эерэг электрод дээр сөрөг ионы давхарга үүсэхгүй.)

Урьдчилан гагнах утас бүхий зэс хавтанг электрод болгон ашигладаг. Тэдний ажлын гадаргууг исэлээс цэвэрлэх хэрэгтэй. Энэ тохиолдолд зураас үлдээдэг том ширхэгтэй зүлгүүр хэрэглэх нь зүйтэй. Эдгээр зураас нь нүүрсний зэсэнд наалдацыг сайжруулна. Сайн наалдамхай байхын тулд хавтангуудыг тосоор нь арилгах хэрэгтэй. Хавтангуудын тос арилгах ажлыг хоёр үе шаттайгаар явуулдаг. Эхлээд тэдгээрийг савангаар угааж, дараа нь шүдний нунтагаар арчиж, урсгал усаар угаана. Үүний дараа та хуруугаараа тэдэнд хүрч болохгүй.

Эмийн санд худалдаж авсан идэвхжүүлсэн нүүрсийг зуурмаг дээр нунтаглаж, электролиттэй хольж, өтгөн зуурмагийг олж авах бөгөөд үүнийг сайтар арилгасан хавтан дээр тараана.

Эхний туршилтын үеэр цаасан жийргэвч бүхий ялтсуудыг нэг нэгээр нь байрлуулсан бөгөөд дараа нь бид үүнийг цэнэглэхийг оролдох болно. Гэхдээ энд нэг нарийн зүйл бий. Хүчдэл 1 В-оос их байвал H2 ба O2 хий ялгарч эхэлдэг. Тэд нүүрстөрөгчийн электродыг устгаж, манай төхөөрөмжийг конденсатор-ионистор горимд ажиллуулахыг зөвшөөрдөггүй.

Тиймээс бид үүнийг 1 В-оос ихгүй хүчдэлтэй эх үүсвэрээс цэнэглэх ёстой. (Энэ нь үйлдвэрлэлийн ионисторыг ажиллуулахад зөвлөдөг хос хавтан бүрийн хүчдэл юм.)

Сонирхсон хүмүүст зориулсан дэлгэрэнгүй мэдээлэл

1.2 В-оос дээш хүчдэлтэй үед ионистор нь хийн батерей болж хувирдаг. Энэ бол идэвхжүүлсэн нүүрс, хоёр электродоос бүрдэх сонирхолтой төхөөрөмж юм. Гэхдээ бүтцийн хувьд энэ нь өөрөөр хийгдсэн (2-р зургийг үз). Ихэвчлэн хуучин гальваник эсээс хоёр нүүрстөрөгчийн саваа авч, идэвхжүүлсэн нүүрс бүхий самбай уутаар холбоно. KOH уусмалыг электролит болгон ашигладаг. (Задаргаа нь хлор ялгаруулдаг тул ширээний давсны уусмалыг хэрэглэж болохгүй.)

Хийн батерейны эрчим хүчний эрчим нь 36,000 Ж/кг буюу 10 Вт/кг хүрдэг. Энэ нь ионистороос 10 дахин их боловч ердийн хар тугалгатай батерейгаас 2.5 дахин бага юм. Гэсэн хэдий ч хийн зай нь зөвхөн зай биш, харин маш өвөрмөц түлшний эс юм. Үүнийг цэнэглэх үед электродууд дээр хий ялгардаг - хүчилтөрөгч ба устөрөгч. Тэд идэвхжүүлсэн нүүрстөрөгчийн гадаргуу дээр "суурьдаг". Ачааллын гүйдэл гарч ирэхэд тэдгээр нь ус, цахилгаан гүйдэл үүсгэхийн тулд холбогддог. Гэхдээ энэ үйл явц нь катализаторгүйгээр маш удаан явагддаг. Тэгээд тодорхой болсон шиг, зөвхөн цагаан алт нь катализатор болж чадна ... Тиймээс ионистороос ялгаатай нь хийн батерей нь өндөр гүйдэл үүсгэж чадахгүй.

Гэсэн хэдий ч Москвагийн зохион бүтээгч А.Г. Пресняков (http://chemfiles.narod.r u/hit/gas_akk.htm) ачааны машины хөдөлгүүрийг асаахад хийн батерейг амжилттай ашигласан. Түүний жин нь ердийнхөөс бараг гурав дахин их байсан тул энэ тохиолдолд тэсвэрлэх чадвартай болсон. Гэвч бага өртөгтэй, хүчил, хар тугалга гэх мэт хортой материал байхгүй нь үнэхээр сэтгэл татам санагдсан.

Хамгийн энгийн хийцтэй хийн батерей нь 4-6 цагийн дотор өөрөө цэнэглэгдэх чадвартай болсон. Энэ нь туршилтуудыг зогсоосон. Шөнө зогсоод асахгүй машин хэнд хэрэгтэй вэ?

Гэсэн хэдий ч "том технологи" нь хийн батерейны талаар мартаагүй байна. Хүчирхэг, хөнгөн, найдвартай, тэдгээр нь зарим хиймэл дагуулаас олддог. Тэдгээрийн үйл явц нь ойролцоогоор 100 атм даралтын дор явагддаг бөгөөд хөвөн никель нь хий шингээгч болгон ашигладаг бөгөөд ийм нөхцөлд катализаторын үүрэг гүйцэтгэдэг. Төхөөрөмж бүхэлдээ хэт хөнгөн нүүрстөрөгчийн шилэн цилиндрт байрладаг. Үүссэн батерейнууд нь хар тугалгатай батерейгаас бараг 4 дахин их эрчим хүчний багтаамжтай байдаг. Тэдэн дээр цахилгаан машин 600 орчим км замыг туулах чадвартай. Гэвч харамсалтай нь тэд маш үнэтэй хэвээр байна.