Folk brukte først kondensatorer til å lagre elektrisitet. Så, når elektroteknikk gikk utover laboratorieeksperimenter, ble batterier oppfunnet, som ble det viktigste middelet for å lagre elektrisk energi. Men på begynnelsen av det 21. århundre er det igjen foreslått å bruke kondensatorer for å drive elektrisk utstyr. Hvor mulig er dette og vil batterier endelig bli en saga blott?

Grunnen til at kondensatorer ble byttet ut med batterier var på grunn av de betydelig større mengder elektrisitet som de er i stand til å lagre. En annen grunn er at under utlading endres spenningen ved batteriutgangen svært lite, slik at en spenningsstabilisator enten ikke er nødvendig eller kan ha en veldig enkel utforming.

Hovedforskjellen mellom kondensatorer og batterier er at kondensatorer lagrer elektrisk ladning direkte, mens batterier konverterer elektrisk energi til kjemisk energi, lagrer den og deretter konverterer den kjemiske energien tilbake til elektrisk energi.

Under energitransformasjoner går en del av den tapt. Derfor har selv de beste batteriene en effektivitet på ikke mer enn 90%, mens den for kondensatorer kan nå 99%. Intensiteten av kjemiske reaksjoner avhenger av temperaturen, så batterier yter merkbart dårligere i kaldt vær enn ved romtemperatur. I tillegg er kjemiske reaksjoner i batterier ikke fullstendig reversible. Derav det lille antallet lade-utladingssykluser (i størrelsesorden tusenvis, oftest er batterilevetiden omtrent 1000 lade-utladingssykluser), så vel som "minneeffekten". La oss huske at "minneeffekten" er at batteriet alltid må utlades til en viss mengde akkumulert energi, da vil kapasiteten være maksimal. Hvis det etter utlading er mer energi igjen i den, vil batterikapasiteten gradvis reduseres. "Minneeffekten" er karakteristisk for nesten alle kommersielt produserte typer batterier, bortsett fra sure (inkludert deres varianter - gel og AGM). Selv om det er generelt akseptert at litium-ion og litium polymer batterier det er ikke typisk, faktisk har de det også, det viser seg bare i mindre grad enn hos andre typer. Når det gjelder syrebatterier, viser de effekten av platesulfatering, som forårsaker irreversibel skade på strømkilden. En av grunnene er at batteriet forblir i en ladetilstand på mindre enn 50 % i lang tid.

Når det gjelder alternativ energi, er "minneeffekten" og platesulfatering alvorlige problemer. Faktum er at tilførsel av energi fra kilder som f.eks solcellepaneler og vindturbiner er vanskelig å forutsi. Som et resultat skjer lading og utlading av batterier kaotisk, i en ikke-optimal modus.

For den moderne livsrytmen viser det seg å være helt uakseptabelt at batterier må lades i flere timer. Hvordan kan du for eksempel tenke deg å kjøre langt i et elektrisk kjøretøy hvis et dødt batteri holder deg fast ved ladepunktet i flere timer? Ladehastigheten til et batteri er begrenset av hastigheten til de kjemiske prosessene som skjer i det. Du kan redusere ladetiden til 1 time, men ikke til noen få minutter. Samtidig er ladehastigheten til kondensatoren bare begrenset av den maksimale strømmen som leveres av laderen.

De listede ulempene med batterier har gjort det haster å bruke kondensatorer i stedet.

Ved hjelp av et elektrisk dobbeltlag

I mange tiår hadde elektrolytiske kondensatorer den høyeste kapasiteten. I dem var en av platene metallfolie, den andre var en elektrolytt, og isolasjonen mellom platene var metalloksid, som belagt folien. For elektrolytiske kondensatorer kan kapasiteten nå hundredeler av en farad, noe som ikke er nok til å erstatte batteriet fullt ut.

Sammenligning av design forskjellige typer kondensatorer (Kilde: Wikipedia)

Stor kapasitans, målt i tusenvis av farad, kan oppnås av kondensatorer basert på det såkalte elektriske dobbeltlaget. Prinsippet for deres operasjon er som følger. Et elektrisk dobbeltlag vises under visse forhold ved grenseflaten mellom stoffer i fast og flytende fase. To lag med ioner dannes med ladninger med motsatte fortegn, men av samme størrelse. Hvis vi forenkler situasjonen veldig mye, dannes en kondensator, hvis "plater" er de indikerte lagene av ioner, avstanden mellom dem er lik flere atomer.

Superkondensatorer med ulik kapasitet produsert av Maxwell

Kondensatorer basert på denne effekten kalles noen ganger ionistorer. Faktisk refererer dette begrepet ikke bare til kondensatorer der elektrisk ladning er lagret, men også til andre enheter for lagring av elektrisitet - med delvis konvertering av elektrisk energi til kjemisk energi sammen med lagring av elektrisk ladning (hybridionistor), samt for batterier basert på dobbelt elektrisk lag (såkalte pseudokondensatorer). Derfor er begrepet "superkondensatorer" mer passende. Noen ganger brukes det identiske uttrykket "ultrakondensator" i stedet.

Teknisk gjennomføring

Superkondensatoren består av to plater med aktivt karbon fylt med elektrolytt. Mellom dem er det en membran som lar elektrolytten passere gjennom, men hindrer fysisk bevegelse av aktivert karbonpartikler mellom platene.

Det skal bemerkes at superkondensatorer i seg selv ikke har noen polaritet. I dette skiller de seg fundamentalt fra elektrolytiske kondensatorer, som som regel er preget av polaritet, manglende overholdelse som fører til svikt i kondensatoren. Imidlertid brukes polaritet også på superkondensatorer. Dette skyldes det faktum at superkondensatorer forlater fabrikkens samlebånd allerede ladet, og merkingen indikerer polariteten til denne ladningen.

Superkondensatorparametere

Den maksimale kapasiteten til en individuell superkondensator, oppnådd i skrivende stund, er 12 000 F. For masseproduserte superkondensatorer overstiger den ikke 3 000 F. Maksimal tillatt spenning mellom platene overstiger ikke 10 V. For kommersielt produserte superkondensatorer, dette tallet ligger som regel innenfor 2. 3 – 2,7 V. Lav driftsspenning krever bruk av en spenningsomformer med stabilisatorfunksjon. Faktum er at under utlading endres spenningen på kondensatorplatene over et bredt område. Konstruksjon av en spenningsomformer for å koble belastningen og lader er en ikke-triviell oppgave. La oss si at du må drive en 60W-belastning.

For å forenkle vurderingen av problemet, vil vi neglisjere tap i spenningsomformeren og stabilisatoren. I tilfelle du jobber med vanlig batteri med en spenning på 12 V, så må kontrollelektronikken tåle en strøm på 5 A. Slike elektroniske enheter er utbredt og rimelige. Men en helt annen situasjon oppstår når du bruker en superkondensator, hvis spenning er 2,5 V. Da kan strømmen som strømmer gjennom de elektroniske komponentene til omformeren nå 24 A, noe som krever nye tilnærminger til kretsteknologi og en moderne elementbase. Det er nettopp vanskeligheten med å bygge en omformer og stabilisator som kan forklare det faktum at superkondensatorer, serieproduksjon som ble startet tilbake på 70-tallet av det 20. århundre, har først nå begynt å bli mye brukt på en rekke felt.

Skjematisk diagram kilde avbruddsfri strømforsyning
spenning på superkondensatorer, er hovedkomponentene implementert
på én mikrokrets produsert av LinearTechnology

Superkondensatorer kan kobles til batterier ved hjelp av serie- eller parallellkoblinger. I det første tilfellet øker den maksimalt tillatte spenningen. I det andre tilfellet - kapasitet. Å øke den maksimalt tillatte spenningen på denne måten er en måte å løse problemet på, men du må betale for det ved å redusere kapasitansen.

Dimensjonene til superkondensatorer avhenger naturligvis av deres kapasitet. En typisk superkondensator med en kapasitet på 3000 F er en sylinder med en diameter på ca 5 cm og en lengde på 14 cm. Med en kapasitet på 10 F har en superkondensator dimensjoner som kan sammenlignes med en fingernegl hos en menneskelig.

Gode ​​superkondensatorer tåler hundretusenvis av lade-utladingssykluser, og overskrider batteriene med omtrent 100 ganger i denne parameteren. Men, som elektrolytiske kondensatorer, står superkondensatorer overfor problemet med aldring på grunn av gradvis lekkasje av elektrolytt. Foreløpig er det ikke samlet noen fullstendig statistikk over svikt i superkondensatorer av denne grunn, men ifølge indirekte data kan levetiden til superkondensatorer anslås til omtrent 15 år.

Akkumulert energi

Mengden energi som er lagret i en kondensator, uttrykt i joule:

E = CU 2/2,
der C er kapasitansen, uttrykt i farad, U er spenningen på platene, uttrykt i volt.

Mengden energi som er lagret i kondensatoren, uttrykt i kWh, er:

W = CU 2 /7200000

Derfor er en kondensator med en kapasitet på 3000 F med en spenning mellom platene på 2,5 V i stand til å lagre bare 0,0026 kWh. Hvordan er dette sammenlignet med for eksempel et litium-ion-batteri? Hvis du godtar det utgangsspenning uavhengig av utladningsgraden og lik 3,6 V, vil energimengden 0,0026 kWh lagres i et litium-ion-batteri med en kapasitet på 0,72 Ah. Akk, et meget beskjedent resultat.

Påføring av superkondensatorer

Nødlyssystemer er der bruk av superkondensatorer i stedet for batterier gjør en reell forskjell. Faktisk er det nettopp denne applikasjonen som er preget av ujevn utslipp. I tillegg er det ønskelig at nødlampen lades raskt og at reservestrømkilden som brukes i den har større pålitelighet. En superkondensatorbasert reservestrømkilde kan integreres direkte i LED-lampe T8. Slike lamper produseres allerede av en rekke kinesiske selskaper.

Drevet LED-jordlys
fra solcellepaneler, energilagring
hvor den utføres i en superkondensator

Som allerede nevnt, skyldes utviklingen av superkondensatorer i stor grad interessen for alternative energikilder. Men praktisk bruk så langt begrenset til LED-lamper som mottar energi fra solen.

Bruken av superkondensatorer for å starte elektrisk utstyr utvikler seg aktivt.

Superkondensatorer er i stand til å levere store mengder energi på kort tid. Ved å drive elektrisk utstyr ved oppstart fra en superkondensator, kan toppbelastninger på strømnettet reduseres, og til slutt kan innkoblingsstrømmarginen reduseres, og oppnå store kostnadsbesparelser.

Ved å kombinere flere superkondensatorer til et batteri kan vi oppnå en kapasitet som kan sammenlignes med batteriene som brukes i elbiler. Men dette batteriet vil veie flere ganger mer enn batteriet, noe som er uakseptabelt for kjøretøy. Problemet kan løses ved å bruke grafenbaserte superkondensatorer, men de eksisterer foreløpig kun som prototyper. En lovende versjon av den berømte Yo-mobilen, kun drevet av elektrisitet, vil imidlertid bruke ny generasjons superkondensatorer, som utvikles av russiske forskere, som strømkilde.

Superkondensatorer vil også være til nytte for utskifting av batterier i konvensjonelle bensin- eller dieselbiler - bruken av dem i slike kjøretøyer er allerede en realitet.

I mellomtiden kan de mest vellykkede av de implementerte prosjektene for introduksjon av superkondensatorer betraktes som de nye russiskproduserte trolleybussene som nylig dukket opp på gatene i Moskva. Når spenningstilførselen til kontaktnettet blir avbrutt eller når strømavtakerne "flyr av", kan trolleybussen kjøre med lav hastighet (ca. 15 km/t) i flere hundre meter til et sted hvor den ikke vil forstyrre trafikken på veien. Energikilden for slike manøvrer er et batteri av superkondensatorer.

Generelt kan superkondensatorer foreløpig bare fortrenge batterier i visse "nisjer". Men teknologien utvikler seg raskt, noe som gjør at vi kan forvente at i nær fremtid vil anvendelsesområdet for superkondensatorer utvides betydelig.

En superkondensator eller ionistor er en enhet for lagring av energimasser; ladningsakkumulering skjer ved grensen mellom elektroden og elektrolytten. Det nyttige energivolumet lagres som en statisk ladning. Den kumulative prosessen kommer ned til interaksjon med konstant spenning, når ionistoren mottar en potensialforskjell over platene sine. Teknologisk implementering, så vel som selve ideen om å lage slike enheter, dukket opp relativt nylig, men de klarte å få eksperimentell bruk for å løse et visst antall problemer. Delen kan erstatte gjeldende kilder av kjemisk opprinnelse, være en sikkerhetskopi eller den viktigste kraftforsyningen i klokker, kalkulatorer og forskjellige mikrokretser.

Den elementære utformingen av en kondensator består av en plate, materialet som er folie, avgrenset av et tørt skillestoff. Ionitoren består av en rekke kondensatorer med en lader av elektrokjemisk type. Spesielle elektrolytter brukes til produksjonen. Belegg kan være av flere varianter. Aktivt karbon brukes til fremstilling av foringer i stor skala. Metalloksider og polymermaterialer med høy ledningsevne kan også brukes. For å oppnå den nødvendige kapasitive tettheten, anbefales det å bruke svært porøse karbonmaterialer. I tillegg lar denne tilnærmingen deg lage en ionistor til en imponerende lav pris. Slike deler tilhører kategorien DLC-kondensatorer, som akkumulerer ladning i et dobbeltrom dannet på platen.

Designløsningen, når ionistoren er kombinert med en vannelektrolyttbase, er preget av lav motstand av de indre elementene, mens ladespenningen er begrenset til 1 V. Bruk av organiske ledere garanterer spenningsnivåer på ca. 2...3 V og økt motstand.

Elektroniske kretser opererer med høyere energibehov. Løsningen på dette problemet er å øke antall strømpunkter som brukes. Ionistoren er installert ikke bare en, men i en mengde på 3-4 stykker, noe som gir den nødvendige mengden ladning.

Sammenlignet med et nikkel-metallhydridbatteri, er ionistoren i stand til å inneholde en tiendedel av energireserven, mens spenningen faller lineært, ekskluderer soner med plan utladning. Disse faktorene påvirker evnen til fullt ut å beholde ladningen i ionistoren. Ladenivået avhenger direkte av elementets teknologiske formål.

Ganske ofte brukes en ionistor til å drive minnebrikker og er inkludert i filterkretser og utjevningsfiltre. De kan også kombineres med batterier av ulike typer for å bekjempe konsekvensene av plutselige strømstøt: Når en lav strøm tilføres, lades ionistoren opp igjen, ellers frigjør den en del av energien, og reduserer dermed den totale belastningen.

Hypen rundt Elon Musks bygging av en "Battery Gigafactory" for produksjon litium-ion-batterier hadde ennå ikke stilnet da det dukket opp en melding om en hendelse som betydelig kunne justere planene til "milliardærrevolusjonæren".
Dette er en fersk pressemelding fra selskapet. Sunvault Energy Inc., som sammen med Edison Power Company klarte å lage verdens største grafen superkondensator med en kapasitet på 10 tusen (!) Farads.
Dette tallet er så fenomenalt at det vekker tvil blant innenlandske eksperter - i elektroteknikk til og med 20 mikrofarader (det vil si 0,02 millifarader), dette er mye. Det er imidlertid ingen tvil om at direktøren for Sunvault Energy er Bill Richardson, den tidligere guvernøren i New Mexico og tidligere USAs energiminister. Bill Richardson er en kjent og respektert mann: han tjente som USAs ambassadør i FN, jobbet i flere år i tenketanken Kissinger og McLarty, og ble til og med nominert til en Nobelpris for sine suksesser med å frigjøre amerikanere som ble tatt til fange av militante. i ulike "hot spots" fred. I 2008 var han en av Det demokratiske partiets kandidater til presidentskapet i USA, men tapte for Barack Obama.

I dag vokser Sunvault raskt, etter å ha opprettet et joint venture med Edison Power Company kalt Supersunvault, og styret for det nye selskapet inkluderer ikke bare forskere (en av direktørene er en biokjemiker, en annen er en driftig onkolog), men også kjente personer med god forretningssans. Jeg noterer meg at selskapet i løpet av de siste to månedene har tidoblet kapasiteten til superkondensatorene sine - fra tusen til 10 000 Farad, og lover å øke den enda mer slik at energien som er akkumulert i kondensatoren er nok til å drive et helt hus, det vil si at Sunvault er klar til å opptre som direkte konkurrent til Elon Musk, som planlegger å produsere superbatterier av typen Powerwall med en kapasitet på rundt 10 kWh.

Fordelene med grafenteknologi og slutten på Gigafactory.

Her må vi huske hovedforskjellen mellom kondensatorer og batterier - hvis førstnevnte raskt lader og utlades, men akkumulerer lite energi, så batterier - tvert imot. Merk hovedfordelene med grafen superkondensatorerV.

1. Rask lading — kondensatorer lades omtrent 100-1000 ganger raskere enn batterier.

2. Rimelighet: Hvis konvensjonelle litium-ion-batterier koster rundt $500 per 1 kWh akkumulert energi, koster en superkondensator bare $100, og innen slutten av året lover skaperne å redusere kostnadene til $40. Når det gjelder sammensetningen, er det vanlig karbon - et av de vanligste kjemiske elementene på jorden.

3. Kompakthet og energitetthet og. Den nye grafen-superkondensatoren overrasker ikke bare med sin fantastiske kapasitet, som overgår kjente prøver med omtrent tusen ganger, men også med sin kompakthet - den er på størrelse med en liten bok, det vil si hundre ganger mer kompakt enn 1 Farad-kondensatorene brukes for tiden.

4. Sikkerhet og miljøvennlighet. De er mye tryggere enn batterier, som varmes opp, inneholder farlige kjemikalier og noen ganger til og med eksploderer.Graphene i seg selv er et biologisk nedbrytbart stoff, det vil si at i solen går det rett og slett i oppløsning og ødelegger ikke miljøet. Den er kjemisk inaktiv og skader ikke miljøet.

5. Enkelheten til den nye teknologien for å produsere grafen. Enorme territorier og kapitalinvesteringer, masser av arbeidere, giftige og farlige stoffer brukt i teknologisk prosess litium-ion-batterier står i sterk kontrast til den fantastiske enkelheten til den nye teknologien. Faktum er at grafen (det vil si den tynneste, monoatomiske karbonfilmen) produseres ved Sunvault... ved å bruke en vanlig CD-plate som en del av en grafittsuspensjon helles på. Platen settes deretter inn i en vanlig DVD-stasjon og brennes med laser spesialprogram- og grafenlaget er klart! Det er rapportert at denne oppdagelsen ble gjort ved et uhell - av student Maher El-Kadi, som jobbet i laboratoriet til kjemikeren Richard Kaner. Deretter brente han disken ved å bruke LightScribe-programvare for å produsere et lag med grafen.
Dessuten, som Sunvault-sjef Gary Monahan sa på en Wall Street-konferanse, jobber firmaet for å energilagringsenheter for grafen kan produseres ved konvensjonell utskrift på en 3D-skriver- og dette vil gjøre produksjonen deres ikke bare billig, men også praktisk talt universell. Og i kombinasjon med rimelige solcellepaneler (i dag har kostnadene deres sunket til $1,3 per W), vil grafen-superkondensatorer gi millioner av mennesker sjansen til å oppnå energiuavhengighet ved å koble seg fullstendig fra strømnettet, og enda mer - for å bli deres egen elektrisitet leverandører og ved å ødelegge "naturlige" monopoler.
Derfor er det ingen tvil: grafen superkondensatorer er revolusjonerende gjennombrudd innen energilagring og . Og dette er dårlige nyheter for Elon Musk - byggingen av et anlegg i Nevada vil koste ham rundt 5 milliarder dollar, noe som ville være vanskelig å hente inn selv uten slike konkurrenter. Det ser ut til at mens byggingen av Nevada-anlegget allerede er i gang og sannsynligvis vil bli fullført, er det usannsynlig at de tre andre som Musk har planlagt vil bli fullført.

Tilgang til markedet? Ikke så fort vi ønsker.

Den revolusjonerende natur slik teknologi er åpenbar. En annen ting er uklart – når kommer den på markedet? Allerede i dag ser Elon Musks klumpete og dyre litium-ion Gigafactory-prosjekt ut som en dinosaur av industrialisme. Men uansett hvor revolusjonerende, nødvendig og miljøvennlig ny teknologi, dette betyr ikke at hun kommer til oss om et år eller to. Kapitalens verden kan ikke unngå økonomiske sjokk, men den har vært ganske vellykket med å unngå teknologiske. I lignende tilfeller Bak kulissene avtaler mellom store investorer og politiske aktører begynner å fungere. Det er verdt å minne om at Sunvault er et selskap lokalisert i Canada, og styret inkluderer personer som, selv om de har omfattende forbindelser i den politiske eliten i USA, fortsatt ikke er en del av dens petrodollar-kjerne, en mer eller mindre åpenbar kamp mot som den tilsynelatende allerede har begynt.
Det som er viktigst for oss er Muligheter som tilbys av nye energiteknologier: energiuavhengighet for landet, og i fremtiden - for hver av innbyggerne. Selvfølgelig er grafen-superkondensatorer mer en "hybrid", overgangsteknologi; den tillater ikke direkte generering av energi, i motsetning til magneto-gravitasjonsteknologier, som lover å fullstendig endre selve det vitenskapelige paradigmet og hele verdens utseende. Endelig er det revolusjonerende finansteknologier, som faktisk er tabu av den globale petrodollar-mafiaen. Likevel er dette et veldig imponerende gjennombrudd, desto mer interessant fordi det skjer i "leir of the petrodollar Beast" - i USA.
For bare seks måneder siden skrev jeg om italienernes suksesser innen kaldfusjonsteknologi, men i løpet av denne tiden lærte vi om den imponerende LENR-teknologien til det amerikanske selskapet SolarTrends, og om gjennombruddet til den tyske Gaya-Rosch, og nå om den virkelige revolusjonerende teknologi for grafenlagringsenheter. Selv denne korte listen viser at problemet ikke er at vår eller noen annen regjering ikke har evnen til å redusere regningene vi mottar for gass og elektrisitet, og heller ikke i den ugjennomsiktige beregningen av tariffer.
Roten til det onde er uvitenheten til de som betaler regningene og motviljen til de som utsteder dem til å endre noe . Bare for vanlige mennesker er energi elektrisitet. I virkeligheten er selvets energi kraft.

Den vitenskapelige publikasjonen Science rapporterte om et teknologisk gjennombrudd gjort av australske forskere innen å lage superkondensatorer.

Ansatte ved Monash University, som ligger i Melbourne, klarte å endre produksjonsteknologien til superkondensatorer laget av grafen på en slik måte at de resulterende produktene er mer kommersielt attraktive enn tidligere eksisterende analoger.

Eksperter har lenge snakket om de magiske egenskapene til grafenbaserte superkondensatorer, og laboratorietester har mer enn en gang overbevisende bevist det faktum at de er bedre enn konvensjonelle. Slike kondensatorer med prefikset "super" forventes av skaperne av moderne elektronikk, bilselskaper og til og med byggere av alternative strømkilder, etc.

Den ekstremt lange livssyklusen, samt evnen til en superkondensator til å lade på kortest mulig tid, lar designere løse komplekse designproblemer med deres hjelp. forskjellige enheter. Men inntil den tid ble triumfmarsjen til grafenkondensatorer blokkert av deres lave spesifikke energi og... I gjennomsnitt hadde en ionistor eller superkondensator en spesifikk energiindikator i størrelsesorden 5–8 Wh/kg, noe som på bakgrunn av rask utladning gjorde grafenproduktet avhengig av behovet for å sørge for opplading veldig ofte.

Australske ansatte ved Department of Materials Manufacturing Research fra Melbourne, ledet av professor Dan Lee, klarte å øke den spesifikke energitettheten til en grafenkondensator med 12 ganger. Nå er dette tallet for den nye kondensatoren 60 W*h/kg, og dette er allerede en grunn til å snakke om en teknisk revolusjon på dette området. Oppfinnerne klarte å overvinne problemet med rask utladning av grafen-superkondensatoren, og sikret at den nå utlades saktere enn til og med et standardbatteri.

En teknologisk oppdagelse hjalp forskerne med å oppnå et så imponerende resultat: de tok en adaptiv grafengel-film og laget en veldig liten elektrode fra den. Oppfinnerne fylte rommet mellom grafenarkene med flytende elektrolytt slik at det ble dannet en subnanometer avstand mellom dem. Denne elektrolytten er også tilstede i konvensjonelle kondensatorer, hvor den fungerer som en leder av elektrisitet. Her ble det ikke bare en dirigent, men også en hindring for kontakten av grafenark med hverandre. Det var dette trekket som gjorde at vi kunne oppnå mer høy tetthet kondensator samtidig som den porøse strukturen opprettholdes.

Selve den kompakte elektroden ble laget ved hjelp av teknologi som er kjent for produsenter av papiret vi alle er kjent med. Denne metoden Det er ganske billig og enkelt, noe som gjør at vi kan være optimistiske med tanke på muligheten for kommersiell produksjon av nye superkondensatorer.

Journalister skyndte seg å forsikre verden om at menneskeheten har fått et insentiv til å utvikle seg helt nytt elektroniske enheter. Oppfinnerne selv, gjennom munnen til professor Lee, lovet å hjelpe grafen-superkondensatoren veldig raskt med å dekke veien fra laboratoriet til fabrikken.

Liker det eller ikke, elbilens æra nærmer seg stadig. Og for tiden er det bare én teknologi som holder tilbake gjennombruddet og overtakelsen av markedet av elektriske kjøretøy, teknologi for lagring av elektrisk energi, etc. Til tross for alle prestasjoner av forskere i denne retningen, har de fleste elektriske og hybridbiler litium-ion-batterier i designen, som har sine positive og negative sider, og som bare kan gi en kjørelengde på én lading over en kort avstand, tilstrekkelig til å reise i bygrensene. Alle verdens ledende bilprodusenter forstår dette problemet og leter etter måter å øke effektiviteten til elektriske kjøretøy, noe som vil øke rekkevidden på en enkelt lading. batterier.

En av måtene å forbedre effektiviteten til elbiler er å samle og gjenbruke energi som blir til varme når bilen bremser og når bilen kjører over ujevnt veidekke. Metoder for å returnere slik energi er allerede utviklet, men effektiviteten av innsamling og gjenbruk er ekstremt lav på grunn av den lave driftshastigheten til batterier. Bremsetider måles vanligvis i sekunder, noe som er for raskt for batterier som tar timer å lade. Derfor, for å akkumulere "rask" energi, kreves andre tilnærminger og lagringsenheter, hvis rolle mest sannsynlig er kondensatorer stor kapasitet, såkalte superkondensatorer.

Dessverre er superkondensatorer ennå ikke klare til å gå på den store veien; til tross for at de kan lades og lades raskt, er kapasiteten fortsatt relativt lav. I tillegg overlater påliteligheten til superkondensatorer også mye å være ønsket; materialene som brukes i elektrodene til superkondensatorer blir konstant ødelagt som et resultat av gjentatte ladnings-utladingssykluser. Og dette er neppe akseptabelt gitt det faktum at over hele levetiden til en elbil bør antallet driftssykluser for superkondensatorer være mange millioner ganger.

Santhakumar Kannappan og en gruppe av hans kolleger fra Institute of Science and Technology, Gwangju, Korea, har en løsning på problemet ovenfor, som er grunnlaget for et av de mest fantastiske materialene i vår tid - grafen. Koreanske forskere har utviklet og produsert prototyper av svært effektive grafenbaserte superkondensatorer, hvis kapasitive parametere ikke er dårligere enn litium-ion-batterier, men som er i stand til veldig raskt å akkumulere og frigjøre sin elektriske ladning. I tillegg kan selv prototyper av grafen-superkondensatorer tåle mange titusenvis av driftssykluser uten å miste egenskapene.
Trikset for å oppnå slike imponerende resultater er å få en spesiell form for grafen, som har et enormt effektivt overflateareal. Forskerne laget denne formen for grafen ved å blande grafenoksidpartikler med hydrazin i vann og knuse det hele ved hjelp av ultralyd. Det resulterende grafenpulveret ble pakket inn i skiveformede pellets og tørket ved en temperatur på 140 grader Celsius og et trykk på 300 kg/cm i fem timer.

Det resulterende materialet viste seg å være veldig porøst; ett gram av slikt grafenmateriale har et effektivt område lik arealet til en basketballbane. I tillegg tillater den porøse naturen til dette materialet den ioniske elektrolytiske væsken EBIMF 1 M å fullstendig fylle hele volumet av materialet, noe som fører til en økning i den elektriske kapasiteten til superkondensatoren.

Målinger av egenskapene til eksperimentelle superkondensatorer viste at deres elektriske kapasitet er omtrent 150 Farad per gram, energilagringstettheten er 64 watt per kilogram, og tettheten elektrisk strøm lik 5 ampere per gram. Alle disse egenskapene er sammenlignbare med litium-ion-batterier, hvis energilagringstetthet varierer fra 100 til 200 watt per kilogram. Men disse superkondensatorene har én stor fordel: de kan lade helt opp eller frigjøre all den lagrede ladningen på bare 16 sekunder. Og denne tiden er den raskeste lade-utladingstiden til dags dato.

Dette imponerende settet med egenskaper, pluss den enkle produksjonsteknologien til grafen-superkondensatorer, kan rettferdiggjøre påstanden til forskerne, som skrev at deres "grafen-superkondensator-energilagringsenheter nå er klare for masseproduksjon og kan dukke opp i de kommende generasjonene av elbiler. ”

En gruppe forskere fra Rice University har tilpasset en metode de utviklet for å produsere grafen ved hjelp av en laser for å lage superkondensatorelektroder.

Siden oppdagelsen av grafen, en form for karbon, krystallcelle som har en monoatomisk tykkelse, ble blant annet vurdert som et alternativ til aktivkullelektroder brukt i superkondensatorer, kondensatorer med høy kapasitans og lave lekkasjestrømmer. Men tid og forskning har vist at grafenelektroder ikke fungerer mye bedre enn mikroporøse aktivert karbonelektroder, og dette førte til en nedgang i entusiasme og innskrenkning av en rekke studier.

Likevel, grafenelektroder har noen ubestridelige fordeler sammenlignet med porøse karbonelektroder.

Grafen superkondensatorer kan operere ved høyere frekvenser, og fleksibiliteten til grafen gjør det mulig å lage ekstremt tynne og fleksible energilagringsenheter basert på det, som er ideelt egnet for bruk i bærbar og fleksibel elektronikk.

De to nevnte fordelene med grafen-superkondensatorer førte til videre forskning av en gruppe forskere fra Rice University. De tilpasset den laserassisterte grafenproduksjonsmetoden de utviklet for å lage superkondensatorelektroder.

"Det vi var i stand til å oppnå er sammenlignbare med mikrosuperkondensatorer som er tilgjengelige i elektronikkmarkedet," sier James Tour, forskeren som ledet forskerteamet. "Med metoden vår kan vi produsere superkondensatorer som har en hvilken som helst romlig form. Når vi trenger å pakke grafenelektroder i et lite nok område, bretter vi dem ganske enkelt som et papirark."

For å produsere grafenelektroder brukte forskere laser metode (laserindusert grafem, LIG), der en kraftig laserstråle er rettet mot et mål laget av et billig polymermateriale.

Parametrene til laserlyset er valgt på en slik måte at det brenner ut alle elementer fra polymeren bortsett fra karbon, som er dannet i form av en porøs grafenfilm. Denne porøse grafenen har vist seg å ha et tilstrekkelig stort effektivt overflateareal, noe som gjør det til et ideelt materiale for superkondensatorelektroder.

Det som gjør Rice University-teamets funn så overbevisende er hvor enkelt det er å produsere porøs grafen.

"Grafenelektroder er veldig enkle å lage. Dette krever ikke et rent rom, og prosessen bruker konvensjonelle industrielle lasere, som fungerer vellykket i fabrikkverksteder og til og med på utendørs sier James Tur.

I tillegg til enkel produksjon, har grafen-superkondensatorer vist svært imponerende egenskaper. Disse energilagringsenhetene har tålt tusenvis av lade-utladingssykluser uten tap av elektrisk kapasitet. Dessuten forble den elektriske kapasitansen til slike superkondensatorer praktisk talt uendret etter at den fleksible superkondensatoren ble deformert 8 tusen ganger på rad.

"Vi har demonstrert at teknologien vi har utviklet kan produsere tynne og fleksible superkondensatorer som kan bli komponenter i fleksibel elektronikk eller strømkilder for bærbar elektronikk som kan bygges direkte inn i klær eller hverdagsting," sa James Tour.

Folk brukte først kondensatorer til å lagre elektrisitet. Så, når elektroteknikk gikk utover laboratorieeksperimenter, ble batterier oppfunnet, som ble det viktigste middelet for å lagre elektrisk energi. Men på begynnelsen av det 21. århundre er det igjen foreslått å bruke kondensatorer for å drive elektrisk utstyr. Hvor mulig er dette og vil batterier endelig bli en saga blott?

Grunnen til at kondensatorer ble byttet ut med batterier var på grunn av de betydelig større mengder elektrisitet som de er i stand til å lagre. En annen grunn er at under utlading endres spenningen ved batteriutgangen svært lite, slik at en spenningsstabilisator enten ikke er nødvendig eller kan ha en veldig enkel utforming.

Hovedforskjellen mellom kondensatorer og batterier er at kondensatorer lagrer elektrisk ladning direkte, mens batterier konverterer elektrisk energi til kjemisk energi, lagrer den og deretter konverterer den kjemiske energien tilbake til elektrisk energi.

Under energitransformasjoner går en del av den tapt. Derfor har selv de beste batteriene en effektivitet på ikke mer enn 90%, mens den for kondensatorer kan nå 99%. Intensiteten av kjemiske reaksjoner avhenger av temperaturen, så batterier yter merkbart dårligere i kaldt vær enn ved romtemperatur. I tillegg er kjemiske reaksjoner i batterier ikke fullstendig reversible. Derav det lille antallet lade-utladingssykluser (i størrelsesorden tusenvis, oftest er batterilevetiden omtrent 1000 lade-utladingssykluser), så vel som "minneeffekten". La oss huske at "minneeffekten" er at batteriet alltid må utlades til en viss mengde akkumulert energi, da vil kapasiteten være maksimal. Hvis det etter utlading er mer energi igjen i den, vil batterikapasiteten gradvis reduseres. "Minneeffekten" er karakteristisk for nesten alle kommersielt produserte typer batterier, bortsett fra sure (inkludert deres varianter - gel og AGM). Selv om det er allment akseptert at litium-ion- og litium-polymer-batterier ikke har det, faktisk har de det også, det manifesterer seg bare i mindre grad enn i andre typer. Når det gjelder syrebatterier, viser de effekten av platesulfatering, som forårsaker irreversibel skade på strømkilden. En av grunnene er at batteriet forblir i en ladetilstand på mindre enn 50 % i lang tid.

Når det gjelder alternativ energi, er "minneeffekten" og platesulfatering alvorlige problemer. Faktum er at tilførsel av energi fra kilder som solcellepaneler og vindturbiner er vanskelig å forutse. Som et resultat skjer lading og utlading av batterier kaotisk, i en ikke-optimal modus.

For den moderne livsrytmen viser det seg å være helt uakseptabelt at batterier må lades i flere timer. Hvordan kan du for eksempel tenke deg å kjøre langt i et elektrisk kjøretøy hvis et dødt batteri holder deg fast ved ladepunktet i flere timer? Ladehastigheten til et batteri er begrenset av hastigheten til de kjemiske prosessene som skjer i det. Du kan redusere ladetiden til 1 time, men ikke til noen få minutter. Samtidig er ladehastigheten til kondensatoren bare begrenset av den maksimale strømmen som leveres av laderen.

De listede ulempene med batterier har gjort det haster å bruke kondensatorer i stedet.

Ved hjelp av et elektrisk dobbeltlag

I mange tiår hadde elektrolytiske kondensatorer den høyeste kapasiteten. I dem var en av platene metallfolie, den andre var en elektrolytt, og isolasjonen mellom platene var metalloksid, som belagt folien. For elektrolytiske kondensatorer kan kapasiteten nå hundredeler av en farad, noe som ikke er nok til å erstatte batteriet fullt ut.

Stor kapasitans, målt i tusenvis av farad, kan oppnås av kondensatorer basert på det såkalte elektriske dobbeltlaget. Prinsippet for deres operasjon er som følger. Et elektrisk dobbeltlag vises under visse forhold ved grenseflaten mellom stoffer i fast og flytende fase. To lag med ioner dannes med ladninger med motsatte fortegn, men av samme størrelse. Hvis vi forenkler situasjonen veldig mye, dannes en kondensator, hvis "plater" er de indikerte lagene av ioner, avstanden mellom dem er lik flere atomer.

Kondensatorer basert på denne effekten kalles noen ganger ionistorer. Faktisk refererer dette begrepet ikke bare til kondensatorer der elektrisk ladning er lagret, men også til andre enheter for lagring av elektrisitet - med delvis konvertering av elektrisk energi til kjemisk energi sammen med lagring av elektrisk ladning (hybridionistor), samt for batterier basert på dobbelt elektrisk lag (såkalte pseudokondensatorer). Derfor er begrepet "superkondensatorer" mer passende. Noen ganger brukes det identiske uttrykket "ultrakondensator" i stedet.

Teknisk gjennomføring

Superkondensatoren består av to plater med aktivt karbon fylt med elektrolytt. Mellom dem er det en membran som lar elektrolytten passere gjennom, men hindrer fysisk bevegelse av aktivert karbonpartikler mellom platene.

Det skal bemerkes at superkondensatorer i seg selv ikke har noen polaritet. I dette skiller de seg fundamentalt fra elektrolytiske kondensatorer, som som regel er preget av polaritet, manglende overholdelse som fører til svikt i kondensatoren. Imidlertid brukes polaritet også på superkondensatorer. Dette skyldes det faktum at superkondensatorer forlater fabrikkens samlebånd allerede ladet, og merkingen indikerer polariteten til denne ladningen.

Superkondensatorparametere

Den maksimale kapasiteten til en individuell superkondensator, oppnådd i skrivende stund, er 12 000 F. For masseproduserte superkondensatorer overstiger den ikke 3 000 F. Maksimal tillatt spenning mellom platene overstiger ikke 10 V. For kommersielt produserte superkondensatorer, dette tallet ligger som regel innenfor 2. 3 – 2,7 V. Lav driftsspenning krever bruk av en spenningsomformer med stabilisatorfunksjon. Faktum er at under utlading endres spenningen på kondensatorplatene over et bredt område. Å bygge en spenningsomformer for å koble sammen lasten og laderen er en ikke-triviell oppgave. La oss si at du må drive en 60W-belastning.

For å forenkle vurderingen av problemet, vil vi neglisjere tap i spenningsomformeren og stabilisatoren. Hvis du jobber med et vanlig 12 V-batteri, må kontrollelektronikken tåle en strøm på 5 A. Slike elektroniske enheter er utbredt og rimelige. Men en helt annen situasjon oppstår når du bruker en superkondensator, hvis spenning er 2,5 V. Da kan strømmen som strømmer gjennom de elektroniske komponentene til omformeren nå 24 A, noe som krever nye tilnærminger til kretsteknologi og en moderne elementbase. Det er nettopp kompleksiteten ved å bygge en omformer og stabilisator som kan forklare det faktum at superkondensatorer, serieproduksjonen som startet på 70-tallet av det 20. århundre, først nå har begynt å bli mye brukt i en rekke felt.

Superkondensatorer kan kobles til batterier ved hjelp av serie- eller parallellkoblinger. I det første tilfellet øker den maksimalt tillatte spenningen. I det andre tilfellet - kapasitet. Å øke den maksimalt tillatte spenningen på denne måten er en måte å løse problemet på, men du må betale for det ved å redusere kapasitansen.

Dimensjonene til superkondensatorer avhenger naturligvis av deres kapasitet. En typisk superkondensator med en kapasitet på 3000 F er en sylinder med en diameter på ca 5 cm og en lengde på 14 cm. Med en kapasitet på 10 F har en superkondensator dimensjoner som kan sammenlignes med en fingernegl hos en menneskelig.

Gode ​​superkondensatorer tåler hundretusenvis av lade-utladingssykluser, og overskrider batteriene med omtrent 100 ganger i denne parameteren. Men, som elektrolytiske kondensatorer, står superkondensatorer overfor problemet med aldring på grunn av gradvis lekkasje av elektrolytt. Foreløpig er det ikke samlet noen fullstendig statistikk over svikt i superkondensatorer av denne grunn, men ifølge indirekte data kan levetiden til superkondensatorer anslås til omtrent 15 år.

Akkumulert energi

Mengden energi som er lagret i en kondensator, uttrykt i joule:

der C er kapasitansen, uttrykt i farad, U er spenningen på platene, uttrykt i volt.

Mengden energi som er lagret i kondensatoren, uttrykt i kWh, er:

Derfor er en kondensator med en kapasitet på 3000 F med en spenning mellom platene på 2,5 V i stand til å lagre bare 0,0026 kWh. Hvordan er dette sammenlignet med for eksempel et litium-ion-batteri? Hvis vi tar utgangsspenningen til å være uavhengig av utladningsgraden og lik 3,6 V, vil en energimengde på 0,0026 kWh lagres i et litiumionbatteri med en kapasitet på 0,72 Ah. Akk, et meget beskjedent resultat.

Påføring av superkondensatorer

Nødlyssystemer er der bruk av superkondensatorer i stedet for batterier gjør en reell forskjell. Faktisk er det nettopp denne applikasjonen som er preget av ujevn utslipp. I tillegg er det ønskelig at nødlampen lades raskt og at reservestrømkilden som brukes i den har større pålitelighet. En superkondensatorbasert reservestrømforsyning kan integreres direkte i T8 LED-lampen. Slike lamper produseres allerede av en rekke kinesiske selskaper.

Som allerede nevnt, skyldes utviklingen av superkondensatorer i stor grad interessen for alternative energikilder. Men praktisk anvendelse er fortsatt begrenset til LED-lamper som mottar energi fra solen.

Bruken av superkondensatorer for å starte elektrisk utstyr utvikler seg aktivt.

Superkondensatorer er i stand til å levere store mengder energi på kort tid. Ved å drive elektrisk utstyr ved oppstart fra en superkondensator, kan toppbelastninger på strømnettet reduseres, og til slutt kan innkoblingsstrømmarginen reduseres, og oppnå store kostnadsbesparelser.

Ved å kombinere flere superkondensatorer til et batteri kan vi oppnå en kapasitet som kan sammenlignes med batteriene som brukes i elbiler. Men dette batteriet vil veie flere ganger mer enn batteriet, noe som er uakseptabelt for kjøretøy. Problemet kan løses ved å bruke grafenbaserte superkondensatorer, men de eksisterer foreløpig kun som prototyper. En lovende versjon av den berømte Yo-mobilen, kun drevet av elektrisitet, vil imidlertid bruke ny generasjons superkondensatorer, som utvikles av russiske forskere, som strømkilde.

Superkondensatorer vil også være til nytte for utskifting av batterier i konvensjonelle bensin- eller dieselbiler - bruken av dem i slike kjøretøyer er allerede en realitet.

I mellomtiden kan de mest vellykkede av de implementerte prosjektene for introduksjon av superkondensatorer betraktes som de nye russiskproduserte trolleybussene som nylig dukket opp på gatene i Moskva. Når spenningstilførselen til kontaktnettet blir avbrutt eller når strømavtakerne "flyr av", kan trolleybussen kjøre med lav hastighet (ca. 15 km/t) i flere hundre meter til et sted hvor den ikke vil forstyrre trafikken på veien. Energikilden for slike manøvrer er et batteri av superkondensatorer.

Generelt kan superkondensatorer foreløpig bare fortrenge batterier i visse "nisjer". Men teknologien utvikler seg raskt, noe som gjør at vi kan forvente at i nær fremtid vil anvendelsesområdet for superkondensatorer utvides betydelig.

Alexey Vasiliev

Den elektriske kapasiteten til kloden, som kjent fra fysikkkurs, er omtrent 700 μF. En vanlig kondensator med denne kapasiteten kan sammenlignes i vekt og volum med en murstein. Men det finnes også kondensatorer med klodens elektriske kapasitet, like store som et sandkorn - superkondensatorer.

Slike enheter dukket opp relativt nylig, for omtrent tjue år siden. De kalles annerledes: ionistorer, ionixes eller ganske enkelt superkondensatorer.

Ikke tro at de bare er tilgjengelige for noen høytflygende romfartsfirmaer. I dag kan du kjøpe i en butikk en ionistor på størrelse med en mynt og en kapasitet på en farad, som er 1500 ganger mer enn kapasiteten til kloden og nær kapasiteten til den største planeten i solsystemet - Jupiter.

Enhver kondensator lagrer energi. For å forstå hvor stor eller liten energien som er lagret i superkondensatoren er, er det viktig å sammenligne den med noe. Her er en noe uvanlig, men tydelig måte.

Energien til en vanlig kondensator er nok til at den hopper omtrent en og en halv meter. En liten superkondensator av typen 58-9V, med en masse på 0,5 g, ladet med en spenning på 1 V, kunne hoppe til en høyde på 293 m!

Noen ganger tror de at ionistorer kan erstatte et hvilket som helst batteri. Journalister skildret en fremtidig verden med stillegående elektriske kjøretøy drevet av superkondensatorer. Men dette er fortsatt et stykke unna. En ionistor som veier ett kg er i stand til å samle 3000 J energi, og det dårligste blybatteriet er 86 400 J - 28 ganger mer. Men når man leverer høy effekt på kort tid, forringes batteriet raskt og utlades kun til halvparten. Ionitoren gjentatte ganger og uten skade på seg selv leverer noen kraft, så lenge tilkoblingsledningene tåler det. I tillegg kan superkondensatoren lades i løpet av sekunder, mens batteriet vanligvis trenger timer på å gjøre dette.

Dette bestemmer anvendelsesområdet for ionistoren. Den er god som strømkilde for enheter som bruker mye strøm i kort tid, men ganske ofte: elektronisk utstyr, lommelykter, bilstartere, elektriske jackhammere. Ionistoren kan også ha militære applikasjoner som kraftkilde for elektromagnetiske våpen. Og i kombinasjon med en liten kraftstasjon gjør en ionistor det mulig å lage biler med elektrisk hjuldrift og drivstofforbruk på 1-2 liter per 100 km.

Ionistorer for et bredt spekter av kapasiteter og driftsspenninger er tilgjengelig for salg, men de er ganske dyre. Så hvis du har tid og interesse, kan du prøve å lage en ionistor selv. Men før du gir konkrete råd, en liten teori.

Det er kjent fra elektrokjemi: når et metall senkes i vann, dannes et såkalt dobbelt elektrisk lag på overflaten, bestående av motsatte elektriske ladninger- ioner og elektroner. Gjensidige tiltrekningskrefter virker mellom dem, men ladningene kan ikke nærme seg hverandre. Dette hemmes av tiltrekningskreftene til vann og metallmolekyler. I kjernen er et elektrisk dobbeltlag ikke mer enn en kondensator. Ladningene konsentrert på overflaten fungerer som plater. Avstanden mellom dem er veldig liten. Og, som du vet, øker kapasitansen til en kondensator når avstanden mellom platene reduseres. Derfor når for eksempel kapasiteten til en vanlig ståleik nedsenket i vann flere mF.

I hovedsak består en ionist av to elektroder med et veldig stort område nedsenket i en elektrolytt, på overflaten som et dobbelt elektrisk lag dannes under påvirkning av en påført spenning. Riktignok ville det være mulig å oppnå en kapasitans på noen få titalls mF ved å bruke vanlige flate plater. For å oppnå de store kapasitansene som er karakteristiske for ionistorer, bruker de elektroder laget av porøse materialer som har en stor poreoverflate med små ytre dimensjoner.

Svampmetaller fra titan til platina ble en gang prøvd for denne rollen. Imidlertid var den uten sammenligning bedre... vanlig aktivert kull. Dette er trekull, som etter spesialbehandling blir porøst. Overflatearealet til porene på 1 cm3 av slikt kull når tusen kvadratmeter, og kapasiteten til det doble elektriske laget på dem er ti farad!

Hjemmelaget ionistor Figur 1 viser utformingen av en ionistor. Den består av to metallplater presset tett mot en "fylling" av aktivt kull. Kull legges i to lag, mellom hvilke det er et tynt skillelag av et stoff som ikke leder elektroner. Alt dette er impregnert med elektrolytt.

Ved lading av ionistoren dannes et dobbelt elektrisk lag med elektroner på overflaten i den ene halvdelen av karbonporene, og i den andre halvdelen med positive ioner. Etter ladning begynner ioner og elektroner å strømme mot hverandre. Når de møtes, dannes nøytrale metallatomer, og den akkumulerte ladningen avtar og kan over tid forsvinne helt.

For å forhindre dette innføres et skillelag mellom lagene med aktivt kull. Den kan bestå av forskjellige tynne plastfilmer, papir og til og med bomullsull.
I amatørionistorer er elektrolytten en 25 % løsning av bordsalt eller en 27 % løsning av KOH. (Ved lavere konsentrasjoner vil det ikke dannes et lag med negative ioner på den positive elektroden.)

Kobberplater med ledninger forhåndsloddet til dem brukes som elektroder. Arbeidsflatene deres bør rengjøres for oksider. I dette tilfellet er det lurt å bruke grovt sandpapir som etterlater riper. Disse ripene vil forbedre vedheften av kullet til kobberet. For god vedheft må platene avfettes. Avfetting av platene utføres i to trinn. Først vaskes de med såpe, gnis deretter med tannpulver og vaskes av med en vannstråle. Etter dette bør du ikke ta på dem med fingrene.

Aktivt karbon, kjøpt på apotek, males i en morter og blandes med elektrolytt for å få en tykk pasta, som spres på grundig avfettede plater.

Under den første testen legges platene med papirpakning oppå hverandre, hvoretter vi skal prøve å lade den. Men det er en subtilitet her. Når spenningen er mer enn 1 V, begynner frigjøringen av gassene H2 og O2. De ødelegger karbonelektroder og lar ikke enheten vår operere i kondensator-ionistor-modus.

Derfor må vi lade den fra en kilde med en spenning som ikke er høyere enn 1 V. (Dette er spenningen for hvert par plater som anbefales for drift av industrielle ionistorer.)

Detaljer for den nysgjerrige

Ved en spenning på mer enn 1,2 V blir ionistoren til et gassbatteri. Dette er en interessant enhet, også bestående av aktivert karbon og to elektroder. Men strukturelt er den utformet annerledes (se fig. 2). Vanligvis tar du to karbonstaver fra en gammel galvanisk celle og binder gassposer med aktivt karbon rundt dem. KOH-løsning brukes som elektrolytt. (En løsning av bordsalt bør ikke brukes, siden nedbrytningen frigjør klor.)

Energiintensiteten til et gassbatteri når 36 000 J/kg, eller 10 Wh/kg. Dette er 10 ganger mer enn en ionistor, men 2,5 ganger mindre enn et konvensjonelt blybatteri. Et gassbatteri er imidlertid ikke bare et batteri, men en helt unik brenselcelle. Ved lading frigjøres gasser på elektrodene - oksygen og hydrogen. De "legger seg" på overflaten av det aktive karbonet. Når en belastningsstrøm vises, kobles de sammen for å danne vann og elektrisk strøm. Denne prosessen går imidlertid veldig sakte uten en katalysator. Og, som det viste seg, er det bare platina som kan være en katalysator... Derfor, i motsetning til en ionistor, kan ikke et gassbatteri produsere høye strømmer.

Imidlertid har Moskva-oppfinneren A.G. Presnyakov (http://chemfiles.narod.r u/hit/gas_akk.htm) brukte et gassbatteri for å starte en lastebilmotor. Hans betydelige vekt - nesten tre ganger mer enn vanlig - viste seg i dette tilfellet å være tålelig. Men den lave kostnaden og fraværet av skadelige materialer som syre og bly virket ekstremt attraktive.

Et gassbatteri av den enkleste designen viste seg å være utsatt for fullstendig selvutlading på 4-6 timer. Dette satte en stopper for forsøkene. Hvem trenger en bil som ikke kan startes etter å ha blitt parkert over natten?

Og likevel har "stor teknologi" ikke glemt gassbatterier. Kraftige, lette og pålitelige, de finnes på noen satellitter. Prosessen i dem foregår under et trykk på omtrent 100 atm, og nikkelsvamp brukes som en gassabsorber, som under slike forhold fungerer som en katalysator. Hele enheten er plassert i en ultralett karbonfibersylinder. De resulterende batteriene har en energikapasitet nesten 4 ganger høyere enn blybatterier. En elbil kunne kjøre rundt 600 km på dem. Men dessverre er de fortsatt veldig dyre.