Вы находитесь здесь: Главная > Конденсаторы > Конденсаторы с двойным электрическим слоем ионисторы разработка и производство

Конденсаторы с двойным электрическим слоем ионисторы разработка и производство

Конденсаторы с двойным электрическим слоем ионисторы разработка и производство

Батареи на этом рисунке занимают верхний левый угол и обхватывают область 1 по величине удельной энергии порядка 101–102 Вт·час/кг и по величине удельной мощности порядка 10–2–10–1 кВт/кг — оксидно-электролитические конденсаторы занимают нижний правый угол и обхватывают область 2 по величине удельной энергии порядка 10–2–10–1 Вт·час/кг и по величине удельной мощности порядка 101–102 кВт/кг, а свойства ионисторов (область 3) размещены меж ними.

По количеству циклов «зарядка-разрядка» (порядка 104–106), также по величине спектра рабочих температур (от –50 до +85 °С) ионисторы также занимают среднее положение меж аккумами и оксидно-электролитическими конденсаторами.

Значимый недочет ионисторов и аккумов — низкое рабочее напряжение. Для роста рабочих напряжений либо емкости ионисторы, так же, как и батареи, соединяются поочередно либо параллельно в пакеты (батареи, модули).

Типы ионисторов

Конденсаторы с двойным электрическим слоем ионисторы разработка и производствоИмеющиеся типы ионисторов, невзирая на огромное их обилие, подразделяют на три типа [12–15]:

Ионисторы с совершенно поляризуемыми углеродными электродами («идеальные» ионисторы). Как химические системы их можно записать, к примеру, последующим образом:

– С / 30% аква раствор КОН / С +-

– С / 38% аква раствор Н2SO4 / C +-

Конденсаторы с двойным электрическим слоем ионисторы разработка и производство – C / Органический электролит / С +.

В этом типе ионисторов на электродах в рабочем интервале напряжений не протекают химические реакции, накладывающие известные ограничения на скорость зарядки и разрядки, потому по величине энергии и мощности, температурному спектру и количеству циклов они поближе других типов к области 2 оксидно-электролитических конденсаторов. Емкость ионисторов типа 1 представляет собой емкость 2-ух поочередно включенных через эквивалентное последовательное сопротивление (Rэкв.) ионисторов СК и СА.

Ионисторы с совершенно поляризуемым углеродным электродом и неполяризуемыми либо слабо поляризуемыми катодом либо анодом («гибридные» ионисторы).

Как химические системы их можно записать, к примеру, последующим образом:

– Ag / Жесткий электролит RbAg4I5 / C +-

– С / 30% аква раствор КОН / NiOOH +

В этом типе ионисторов на одном из электродов (катоде либо аноде) протекает химическая реакция (как в аккумах), потому их именуют гибридными суперконденсаторами (гибрид конденсатора и аккума). В конденсаторе с жестким электролитом RbAg4I5 реакция протекает на катоде: Ag+ + e ? Ag0, а в конденсаторе с 30% аква веществом КОН реакция протекает на аноде: Ni+2 – e ? Ni+3.

Ёмкость ионисторов типа 2 вдвое выше, чем ионисторов типа 1, потому что емкость неполяризуемого электрода замкнута сопротивлением протекающей химической реакции. Эта реакция накладывает диффузионные и кинетические ограничения на скорость зарядки и разрядки ионисторов типа 2, потому по величине удельной энергии и мощности, температурному спектру и количеству циклов ионисторы типа 2 поближе ионисторов типа 1 к области аккумов.

Псевдоконденсаторы — это ионисторы, на поверхности электродов которых при заряде и разряде протекают обратимые химические процессы (хемосорбция либо интеркаляция ионов, содержащихся в электролите). Как химические системы их можно записать, к примеру, последующим образом:

– Ni(H) / 30% аква раствор КОН / NiOOH +-

– С(Н) / 38% аква раствор Н2SO4 / PbSO4(РbO2) + .

По принципу скопления энергии псевдоконденсаторы можно отнести как к ионисторам (если энергия скапливается исключительно в поверхностном слое электродов), так и к аккумам (если энергия скапливается не только лишь в поверхностном слое, да и в объеме электродов).

Удельная энергия псевдоконденсаторов благодаря протеканию химических реакций на обоих электродах сравнима с энергией, накапливаемой в аккумах, но величина удельной мощности и количество циклов в режиме «зарядка-разрядка» могут быть на порядок выше того, что достигнуто в области аккумов, потому что диффузионные и кинетические ограничения удается минимизировать за счет роста площади поверхности электродов. По величине удельной энергии и мощности, температурному спектру эксплуатации и количеству циклов псевдоконденсаторы поближе всех других типов конденсаторов к аккумам.

Деление ионисторов на три типа позволяет ориентироваться в большенном обилии этих изделий как по типу применяемых химических систем, так и по эксплуатационным чертам.

Разработка и практическое внедрение ионисторов

Потребность в ионисторах появилась во 2-ой половине ХХ века благодаря развитию низковольтной полупроводниковой электроники и росту потребности в перезаряжаемых источниках тока с огромным количеством циклов и с требуемым соотношением удельной энергии и удельной мощности.

До сотворения конденсаторов с двойным электронным слоем разработчики аппаратуры были обязаны использовать в качестве источников тока с требуемой энергией и мощностью батареи аккумов с лишней энергией либо батареи конденсаторов с лишней мощностью, также мириться с неминуемым повышением габаритов и массы разрабатываемой аппаратуры.

Конденсаторы с двойным электрическим слоем ионисторы разработка и производствоИсследовательскими работами, разработками, созданием и неуввязками использования конденсаторов с двойным электронным слоем в текущее время заняты 10-ки компаний и институтов [16–28]. Серийные и бывалые эталоны конденсаторов с двойным электронным слоем разных компаний (Maxwell, EPCOS, Elna, NEC и т. д.) способны фактически стопроцентно перекрыть спектр по удельной энергии и удельной мощности меж аккумами и электролитическими конденсаторами, а в неких случаях даже соперничать с ними в приграничных областях.

Конкурентоспособность конденсаторов с двойным электронным слоем в таких случаях определяется последующими факторами:

огромное количество циклов в режиме «зарядка-разрядка»-

надежность и долговечность-

широкий интервал рабочих температур-

экологическая безопасность производства и использования.

Активное противодействие «экспансии» конденсаторов с двойным электронным слоем в ближайшее время оказывают литий-ионные батареи. Исследования и разработки микропористых электродов для литий-ионных аккумов позволяют наращивать удельную мощность этих изделий до уровня удельной мощности конденсаторов с двойным электронным слоем и, благодаря их высочайшей удельной энергоемкости, удачно соперничать с последними, когда не требуется очень огромное количество циклов в режиме «зарядка-разрядка».

Конкурентность меж конденсаторами с двойным электронным слоем и оксидно-электролитическими конденсаторами вероятна в перспективе [29], при условии понижения рабочих напряжений в электрической технике до 1–1,5 В. Внедрение оксидно-электролитических конденсаторов при напряжениях до 1,5 В проблематично, потому что оксидные диэлектрики формуются при напряжениях выше 1,5 В, а при низких напряжениях расформовываются при эксплуатации.

Уникальное сочетание удельной энергии, удельной мощности и огромного количества циклов в режиме «зарядка-разрядка» в конденсаторах с двойным электронным слоем очень отлично употребляется в новых разработках электромобилей [30–35]. Основной источник электроэнергии в этих изделиях, обеспечивающий требуемую величину пробега, — батарея топливных частей либо аккумов — защищен от перегрузок модулем из поочередно соединенных конденсаторов с двойным электронным слоем. Благодаря этому модулю удается решить сходу несколько заморочек:

делему старта и ускорения в течение нескольких секунд до нужной скорости движения-

делему рекуперации электроэнергии при торможении-

делему роста срока службы основного источника электроэнергии.

В забугорной литературе рассмотрены варианты внедрения конденсаторов с двойным электронным слоем в военной и аэрокосмической индустрии и требования к ним [36–41], также трудности рынка конденсаторов с двойным электронным слоем [42–44].

Разработки и создание ионисторов в ОАО «НИИ Гириконд»

В ОАО «НИИ Гириконд» разрабатываются и выпускаются ионисторы 2-ух типов:

ионисторы с жестким электролитом RbAg4I5 («гибридные» ионисторы с химической реакцией на катоде Ag+ + e ? Ag0)-

ионисторы с органическими электролитами («идеальные» ионисторы с высочайшим рабочим напряжением и огромным количеством циклов в режиме «зарядка-разрядка»).

Ионисторы с жестким электролитом RbAg4I5

Ионисторы с жестким электролитом RbAg4I5 имеют ограниченное количество циклов в режиме «зарядка-разрядка» и низкое рабочее напряжение (0,4–0,6 В), потому что количество циклов ограничивается особенностями протекания химического процесса на катоде, а рабочее напряжение — потенциалом выделения йода (2I – – 2e ? I2) на аноде (<0,67 В).

Количество циклов в режиме «зарядка-разрядка» (от 102 до 105) определяется, приемущественно, величинами токов зарядки и разрядки, а рабочее напряжение рассчитывают зависимо от наибольшей рабочей температуры и требуемой величины выработки.

Конденсаторы с двойным электрическим слоем ионисторы разработка и производствоДля получения более больших рабочих напряжений ионисторы подбирают по характеристикам и соединяют поочередно в пакеты — пакеты помещают в общий корпус и изолируют от наружной среды.

Конденсаторы с двойным электрическим слоем ионисторы разработка и производствоКонкурентоспособность ионисторов с жестким электролитом RbAg4I5, невзирая на низкое рабочее напряжение и высшую стоимость, определяется совокупой последующих характеристик:

широкий интервал рабочих температур — от –60 до +125 °С (интервал может быть расширен до +200 °С)-

Конденсаторы с двойным электрическим слоем ионисторы разработка и производствовысочайшая стойкость к воздействиям механических причин — сборка ионисторов осуществляется при усилиях прессования порядка 1000 кг/см2, потому эти изделия могут выдерживать удары с ускорением до 105 g-

высочайшая стойкость к воздействиям особых причин (этот тип ионисторов сохраняет заряд в процессе и после воздействия особых причин)-

сверхнизкие токи саморазряда — порядка 10–11 А при 20 °С — за 10 лет хранения ионисторы теряют 25–30% скопленного заряда.

Ионисторы с жестким электролитом употребляются в большей степени в качестве запасных источников тока, не требующих обслуживания либо подмены в течение всего срока службы изделия либо устройства.

Характеристики и свойства ионисторов К58-1, К58-2 и К58-13, созданных для этой цели, приведены в таблицах 2 и 3.

  • Digg
  • Del.icio.us
  • StumbleUpon
  • Reddit
  • Twitter
  • RSS

Оставить комментарий

Подтвердите, что Вы не бот — выберите самый большой кружок: