Ionistor je dvojvrstvový elektrochemický kondenzátor alebo superkondenzátor. Ich kovové elektródy potiahnuté porézny aktívnym uhlím, tradične vyrábaných z kokosové škrupiny, ale väčšina z uhlíkového aerogelu a ďalších NanoCarbon alebo grafenu nanotrubičiek. Medzi týmito elektródami je porézny separátor, ktorý udržuje elektródy od seba, s vinutím do špirály, je nasýtená s elektrolytom. Niektoré inovatívne formy ionizmu majú pevný elektrolyt. Nahradzujú tradičné batérie do neprerušiteľných zdrojov elektrickej energie až po nákladné vozidlá, kde sa ionizátor používa ako zdroj energie.
Princíp práce
Ionizátor používa pôsobenie dvojitej vrstvy vytvorenej na hranici medzi uhlím a elektrolytom. Ako pevná elektróda sa používa aktívne uhlie a elektrolyt je v tekutej forme. Keď sú tieto materiály navzájom v kontakte, kladné a záporné póly sú navzájom rozdelené vo veľmi krátkej vzdialenosti. Pri použití elektrického poľa sa ako hlavná konštrukcia používa dvojitá elektrická vrstva, ktorá je vytvorená v blízkosti povrchu uhlia v elektrolytickej tekutine.
Výhoda konštrukcie:
Poskytuje kapacitu v malom zariadení, nie je potrebné špeciálne nabíjacie obvody na monitorovanie počas vybíjania v zariadeniach, kde sa používa ionizátor. Nabíjanie alebo nadmerná frekvenciaVypúšťanie nemá negatívny vplyv na životnosť, ako u bežných batérií. Technológia je extrémne "čistá" z hľadiska ekológie. Nie sú problémy s nestabilnými kontaktmi, rovnako ako bežné batérie.Nevýhody návrhu:
Trvanie práce je obmedzené použitím elektrolytu v zariadeniach, kde sa používa ionizátor. Elektrolyt môže prúdiť, ak sa kondenzátor nepoužíva správne. V porovnaní s hliníkovými kondenzátormi majú tieto ionizátory vysoký odpor a preto sa nemôžu používať v sieťových obvodoch.Použitím vyššie opísaných výhod sa používajú elektrické ionizory v takých aplikáciách, ako sú:
Vynulovanie pamäte pre časovače, programy, výkon elektronického mobilného telefónu atď. 18]Video a audio zariadenia. Záložné zdroje pri výmene batérií za prenosné elektronické zariadenia. Napájacie zdroje pre zariadenia využívajúce solárne články, ako sú hodinky a indikátory. Štartéry pre malé a mobilné motory. Reaktívne oxidačné reakcie
Nabitie batérie sa nachádza na rozhraní medzi elektródou a elektrolytom. Počas nabíjacieho procesu sa elektróny pohybujú od zápornej elektródy k pozitívnemu vonkajšiemu obrysu. Počas výboja sa elektróny a ióny pohybujú opačným smerom. V kondenzátore EDLC nie je prenos poplatkov. Pri tomto type superkapacitoru vzniká reakcia oxidácie a redukcie na elektróde generujúcej náboj a prenášajúcu nábojcez dvojité vrstvy konštrukcie, kde sa používa ionizátor. Vzhľadom na oxidačno-redukčnú reakciu vyskytujúcu sa v tomto type existuje potenciál s nižšou hustotou výkonu ako EDLC, pretože systém Faradaic je pomalší než neraadidové systémy. Všeobecne platí, že pseudokapacitory poskytujú vyššiu špecifickú kapacitu a energetickú hustotu ako EDLC, vzhľadom na skutočnosť, že sa vzťahujú na pharaedický systém. Napriek tomu správna voľba superkondenzátora závisí od programu a dostupnosti.
Materiály na báze grafenu
Ionistor sa vyznačuje schopnosťou rýchleho nabíjania, oveľa rýchlejšie ako tradičná batéria, ale nie je schopný uchovávať toľko energie ako batéria, pretože má nižšiu energetickú hustotu. Zvýšená účinnosť sa dosahuje použitím grafénových a uhlíkových nanotrubičiek. V budúcnosti pomôžu úplne vyhnúť elektrochemické batérie. Dnešná nanotechnológia je zdrojom mnohých inovácií, najmä v e-mobile. Grafen zvyšuje kapacitu ionizátorov. Tento revolučný materiál pozostáva z fólií, ktorých hrúbka môže byť obmedzená hrúbkou atómu uhlíka a ktorej atómová štruktúra je extrémne hustá. Takéto vlastnosti sú schopné nahradiť kremík v elektronike. Pórovitý separátor sa umiestni medzi dve elektródy. Avšak zmeny v mechanizme skladovania a výberu elektródového materiálu vedú k rozličným klasifikáciám ionizátorov s veľkou kapacitou:
Elektrochemické dvojvrstvové kondenzátory (EDLC), ktoré sa väčšinou používajúvysoko uhlíkových uhlíkových elektród a zachovávajú svoju energiu kvôli rýchlej adsorpcii iónov na rozhraní medzi elektródou /elektrolytom. Psuedokondenzátory založené na fagadickom procese prenosu náboja na alebo v blízkosti povrchu elektródy. V tomto prípade polyméry a oxidy prechodných kovov zostávajú elektrochemicky aktívne materiály, napríklad v elektronických hodinkách na batériách. Flexibilné zariadenia na báze polyméru
superkondenzátor ukladá energiu a získava vysokú rýchlosť, tvoriaci elektrochemické dvojitú vrstvu poplatkov alebo za použitia povrchovo redox reakcie, čo vedie k vysokej hustote energie s predĺženou cyklické stability, nízke náklady a ochrany životného prostredia. PDMS a PET sa používajú hlavne substrátmi na realizáciu flexibilných supercapacitorov. Ak PDMS fólia môže vytvoriť flexibilné a transparentné tenkovrstvý Supercapacitor sledovať vysoko cyklické stability po 10.000 cyklov pri ohybe.
Jednorazové uhlíkové nanotrubičky môžu byť ďalej zahrnuté do fólie PDMS, aby sa ďalej zlepšila mechanická, elektronická a tepelná stabilita. Podobne materiály, ako je grafén a CNT, sú tiež pokryté PET fóliou, aby sa dosiahla vysoká flexibilita a elektrická vodivosť. Okrem PDMS a PET priťahujú ďalšie polymérne materiály rastúci záujem a syntetizujú sa rôznymi spôsobmi. Napríklad lokalizované impulzné laserové ožarovaniebol použitý na rýchlu transformáciu primárneho povrchu na elektrickú vodivú poréznu uhlíkovú štruktúru s daným grafom. Prírodné polyméry, ako sú netkané textílie z drevených vlákien a papier, môžu byť tiež použité ako substráty, ktoré sú flexibilné a ľahké. Na papier sa nanáša CNT, aby sa získala papierová elektróda s pružnými uhlíkovými nanotrubinami. Vzhľadom na vysokú flexibilitu papierového substrátu a dobrú distribúciu CNT sa špecifická kapacita a hustota výkonu a energie mení po ohybe viac ako 100% cyklov pri polomere ohybu 45 mm. Navyše, kvôli vyššej mechanickej pevnosti a lepšej chemickej stabilite sa bakteriálny nanocelulózový papier používa aj na výrobu flexibilných supercapacitorov, napríklad pre kazetový prehrávač Walkman.
Výkon superkondenzátorov
Určuje sa z hľadiska elektrochemickej aktivity a chemických kinetických vlastností, a to: elektrónová a iónová kinetika (transport) v elektródach a účinnosť prenosovej rýchlosti náboja na elektróde /elektrolyte. Pre vysoký výkon pri použití materiálov na báze uhlíka s EDLC je dôležitá špecifická plocha povrchu, elektrická vodivosť, veľkosť pórov a rozdiely. Grafen s vysokou elektrickou vodivosťou, veľkým povrchom a medzivrstvou je atraktívny pre použitie v EDLC. V prípade pseudokondenzátorov napriek tomu, že poskytujú lepšiu kapacitu v porovnaní s EDLC, sú stále obmedzené hustotou čipov s nízkym výkonomCMOS. Je to spôsobené zlou elektrickou vodivosťou, čo obmedzuje rýchly elektronický pohyb. Okrem toho je proces redox je proces nabíjania /vybíjania, môže dôjsť k poškodeniu elektroaktivní materiál. Vysoká vodivosť grafénu a jeho vynikajúcu mechanickú pevnosť, aby bol vhodný ako materiál v psevdokondensatorah.
Výskum adsorpcia na grafenu ukázali, že sa vyskytuje predovšetkým na povrchu grafenových plechov s prístupom k veľkými pórmi (tj štruktúra medzivrstva je porézny, poskytuje ľahký prístup k elektrolytu ióny). Tak, pre najlepší výkon, aby sa zabránilo aglomerácii grafenu bez pórov. Výkon môže zlepšiť úpravou povrchu tým, že pripojí funkčnej skupiny hybridizácii vodivých polymérov a kompozity tvorbou oxidu grafenu /kovu.
Porovnanie kondenzátorov
Supercapacitor ideálne, keď potrebujete rýchlo nabíjanie splniť krátkodobé nároky na silu. Hybridná batéria spĺňa obe potreby a znižuje napätie, čo poskytuje dlhšiu životnosť. Nasledujúca tabuľka ukazuje porovnanie charakteristík a hlavných materiálov v kondenzátoroch.
elektrická dvojitá kondenzátor vrstva, pozri superkondenzátor
z hliníka elektrolyty-iCal kondenzátor
, akumulátor Ni-CD
Olovo utesnenou batériu
rozsah použitia teploty
z -25 až + 70 ° C
-55až do 125 ° C
-20 až 60 ° C
-40 až + 60 ° C
)
elektródy
Aktivované uhlie
, hliník
(+) NiOOH (- ) CD
(+) PbO 2 (-) Pb
elektrolytickej tekutiny
organický Rozpúšťadlo
Organické rozpúšťadlo
KOH
Použitie oxidu hlinitého v i
Metóda elektromotorickej sily
Použitie chemickej reakcie
Znečistenie
)
Žiadne
Žiadne
Počet cyklov nabíjania /vybitia
100 000-krát
100000 krát
500 krát
, 200 až 1000
kapacita na jednotku objemu
1
1/1000
, 100
100
Charakteristika nabíjania
Doba nabíjania je 1-10 sekúnd. Počiatočný poplatok môže byť vykonaný veľmi rýchlo a poplatok na hornej časti bude trvať dodatočný čas. Pri nabíjaní prázdneho supercapacitoru je potrebné stanoviť limit pre štartovací prúd, pretože vytiahne všetko možné. Ionistor nepodlieha dobíjaniu a nevyžaduje detekciu úplného nabitia, prúd pri plnení prestalo plynúť. Porovnanie výkonu medzi ionizátorom preauto a lión.
funkcia
superkondenzátor
Lithium-Ion (všeobecne)
doba náboja
1,10 s
10-60 minút
hodín životného cyklu
1000000, alebo 30000
, 500 a vyššie
napájania
,
, 23 až 275 V
36
Merný výkon (W /kg)
,
5 (predvolené)
120 až 240
Merný výkon (W /kg)
,
, 10000
, 1000 až 3000
náklady na kWh
10,000 $
250-1000 $
život
10 - 15 rokov
, 5 až 10 rokov
, teplota náboj
-40 až + 65 ° C
od 0 do 45 ° C
, teplota na výstupe
od -40 do + 65 ° C
-20 až 60 ° C
Výhody zariadenia pre nabíjanie
vozidlá vyžadujú dodatočné energie skákať na urýchlenie, a to je v tom, že ionisti sú vhodné. Sú obmedzenia všeobecnosti výšky poplatku, ale to môže dostať veľmi rýchlo, čo z nich robí ideálne batérie. Výhody, pokiaľ ide o bežné batérie:
, nízka impedancia (ESR) zvyšuje zvodový prúd záťaže v paralelnom pripojení k batérii., veľmi vysoký cyklus - vyprázdňovanie nastane milisekúnd do niekoľkých minút. Pokles napätia v porovnaní s týmto zariadením, je napájaný z batérie, bez ultrakapacitory. Vysokáúčinnosť pri 97-98% a účinnosť DC-DC v oboch smeroch je 80% -95% vo väčšine aplikácií, napríklad DVR s ionizátormi. Hybridný elektrická účinnosť vozidiel kruhový pohyb na viac ako 10% v batérii. funguje dobre v širokom rozmedzí teplôt, zvyčajne od -40 ° C do +70 ° C, ale môže byť od -50 ° C do + 85 ° C, je tu zvláštne prevedenie dosiahne(333 125 C. ) Malé množstvo tepla uvoľnené počas nabíjania a vybíjania.
Dlhá životnosť cyklu s vysokou spoľahlivosťou, ktorá znižuje náklady na údržbu. trochu degradácia pre stovky tisíc cyklov a trvá až 20 miliónov cyklov. Sú stratiť viac ako 20% svojej kapacity za 10 rokov a priemerná dĺžka života je 20 a viac rokov. Nie je náchylný na opotrebenie a starnutie. Nemá vplyv na hlboký výboj, na rozdiel od batérií. Zvýšená bezpečnosť v porovnaní s batériami - nehrozí nebezpečenstvo nabitia ani výbuchu. Na konci prevádzky neobsahuje nebezpečné materiály na odstránenie, na rozdiel od mnohých batérií. spĺňajú ekologické normy, takže nie je zložitá likvidácie alebo recyklácie. kontrakčnej techniky
superkondenzátory skladá z dvoch vrstiev grafénu vrstvy elektrolytu medzi nimi. Film je silná, extrémne tenká a môže uvoľňovať veľké množstvo energie v krátkej dobe, však, tam sú niektoré doteraz nevyriešené problémy, ktoré obmedzujú technologický pokrok v tomto smere. nedostatkySupercapacitor živlom, dobíjacie batérie
hustota Nízkoenergetický - zvyčajne trvá od 1/5 do 1/10 elektrochemické batérie. Lineárna úroveň - nemožnosť využiť plnú energetického spektra, v závislosti na aplikácii, nie všetky dostupné energie. Tak ako v prípade batérií, články majú nízke napätie, potrebné sériové pripojenia a vyrovnávanie napätia. Samovybíjanie je často vyššie ako samovybíjanie batérií. napätia sa mení s úsporami energie pre efektívne skladovanie a využitie energie vyžaduje zložité elektronické ovládanie a spínacie zariadenia. Má najvyššiu dielektrickú absorpciu všetkých typov kondenzátorov. Horná teplota použitia je zvyčajne 70 ° C alebo menej a len zriedka presahuje 85 C. Väčšina z nich obsahovať kvapalný elektrolyt, ktorý znižuje množstvo potrebné, aby sa zabránilo neúmyselnému rýchle vybíjanie. Vysoké náklady na elektrickú energiu na watt., hybridné systémy pre ukladanie dát
Špeciálna konštrukcia a integrovanej elektroniky technológie sila bola vyvinutá pre výrobu modulov yonystorov novej štruktúry. Vzhľadom k tomu, modulov, ktoré majú byť vyrobené s použitím nových technológií, ktoré môžu byť integrované do karosérie panelov, ako je strecha, dvere a veko batožinového priestoru. Okrem toho boli vynájdené nové technológie vyvažovania energie, ktoré znižujú schému energetickej straty a energetickej bilancie v systémoch zariadení a ukladaní energie. tiežBola vyvinutá séria súvisiacich technológií, ako je napríklad kontrola nabíjania a vybíjania, ako aj pripojenie k iným systémom skladovania energie. Supercapacitor modul s nominálnou kapacitou 150F, menovitým napätím 50 V môžu byť umiestnené na rovných a zakrivených plôch s povrchom 5. apríla. m a hrúbke 4 cm. Žiadosti vzťahujúce sa na vozidlá na elektrický pohon, a môžu byť integrované s rôznymi časťami vozidla na iné prípady, ktoré vyžadujú skladovanie energie.
Aplikácia a vyhliadky
V Spojených štátoch, Rusku a Číne existujú autobusy bez trakčných batérií, všetka práca vykonávajú ionizori. General Electric vyvinula snímač s superkondenzátory výmene batérie, podobne ako sa stalo v niektorých rakety, hračky a elektrické náradie. Testy ukázali, že ultracapacitor prekonať olovených akumulátorov vo veterných turbín bolo dosiahnuté, bez toho aby na hustote energie superkondenzátory, blíži sa koncentrácia olovených batérií. Teraz samozrejme, že pochovať Supercapacitor olovených akumulátorov v najbližších niekoľkých rokoch, ale to je len časť príbehu, pretože ich možnosti sú zlepšujúce sa rýchlejšie ako konkurencia. Spoločnosti, ako Elbit Systems, grafenu energie, Nanotech nástroje a kostra Technologies, uviedol, že prekračuje hustota energie olovených akumulátorov a ich superkondenzátory superbakteryyamy, z ktorých niektoré sú v teoretickej hustoty energie iónov lítia. Avšak ionizátor v elektrickom vozidle je jedným aspektom elektroniky a elektrotechniky,čo ignoruje tlač, investori, potenciálni dodávatelia a mnohí ľudia, ktorí žijú v starých technológiách, napriek rýchlemu rastu multibiliarneho trhu. Napríklad pre pozemné, vodné a palubné vozidlá je v porovnaní s niekoľkými výrobcami superkondenzátov približne 200 vážnych výrobcov trakčných motorov a 110 vážnych dodávateľov trakčných batérií. Všeobecne platí, že na svete nie je viac ako 66 veľkých výrobcov ionizátorov, z ktorých väčšina sústredila svoju produkciu na modely ľahšej spotrebnej elektroniky.
