Ионистор
Материал из МагВики::Справочник по автозвуку и электронике
Ионистор (КонденЦатор, Кондёр) — конденсатор с органическим или неорганическим электролитом, «обкладками» в котором служит двойной электрический слой на границе раздела электрода и электролита. В связи с тем, что толщина двойного электрического слоя (то есть расстояние между «обкладками» конденсатора) очень мала, запасенная ионистором энергия выше по сравнению с обычными конденсаторами того же размера. К тому же, использование двойного электрического слоя вместо обычного диэлектрика позволяет намного увеличить площадь поверхности электрода (например, путём использования пористых материалов, таких, как активированный уголь или вспененные металлы). Типичная ёмкость ионистора — несколько фарад, при номинальном напряжении 2—10 вольт.
Содержание |
История создания
Первый конденсатор с двойным слоем на пористых угольных электродах был запатентован в 1957 году фирмой General Electric . Так как точный механизм к тому моменту времени был не ясен, было предположено, что энергия запасается в порах на электродах, что указывает на „exceptionally high capacitance“. Чуть позже, в 1966 фирма Standard Oil of Ohio, Cleveland (SOHIO), USA запатентовала элемент, который сохранял энергию в двойном слое.
В результате небольших продаж, в 1971 году SOHIO передала лицензию фирме NEC, которой удалось удачно продвинуть продукт на рынке под именем „Supercapacitor“ (Суперконденсатор). В 1978 году фирма Panasonic выпустила на рынок „Gold capacitor“ („Gold Cap“) "Золотой конденсатор", работающий на том же принципе. Эти конденсаторы имели относительно высокое внутреннее сопротивление, ограничивающее отдачу энергии, так что эти конденсаторы применялись только как накопительные батареи для SRAM.
Первые ионисторы с малым внутренним сопротивлением для применения в мощных схемах были разработаны фирмой PRI в 1982 году. На рынке эти ионисторы появились под именем „PRI Ultracapacitor“.
Преимущества
С появлением ионисторов стало возможным использовать конденсаторы в электрических цепях не только как преобразующий элемент, но и как источник тока. Такие элементы имеют несколько преимуществ над обычными химическими источниками тока — гальваническими элементами и аккумуляторами:
- Высокие скорости зарядки и разрядки.
- Простота зарядного устройства
- Малая деградация даже после сотен тысяч циклов заряда/разряда.
- Малый вес по сравнению с электролитическими конденсаторами подобной ёмкости
- Низкая токсичность материалов.
- Высокая эффективность (более 95 %).
- Неполярность (хотя на ионисторах и указаны «+» и «−», это делается для обозначения полярности остаточного напряжения после его зарядки на заводе-изготовителе).
Недостатки
- Удельная энергия меньше, чем у традиционных источников (1—3 Вт·ч/кг при 30—40 Вт·ч/кг для батареек).
- Напряжение зависит от степени заряженности.
- Возможность выгорания внутренних контактов при коротком замыкании.
- Малый срок службы (сотни часов) на предельных напряжениях заряда.
- Большое внутреннее сопротивление по сравнению с традиционными конденсаторами (10-100 Ом у ионистора 1Ф x 5,5В)
- Значительно больший, по сравнению с аккумуляторами саморазряд: порядка 1 мкА у ионистора 2Ф x 2.5В
Плотность энергии
Плотность энергии ионисторов зависит от конструкции. Например, плотность энергии ионистора ELNA 1Ф x 5.5В массой 4.1г составляет 3600 Дж/кг, или 1Вт*ч/кг. Это в 200 раз меньше плотности энергии литий-ионных аккумуляторов, и в 5,6 раз больше плотности энергии электролитического конденсатора
Плотность мощности ионистора зависит от внутреннего сопротивления. У того же ионистора ELNA 1Ф x 5.5В внутреннее сопротивление составляет 30 Ом. Максимальная мощность, которую можно получить от источника энергии достигается при сопротивлении нагрузки равном внутреннему сопротивлению. Таким образом, максимальная мощность, которую можно получить от данного ионистора составляет 61 Вт/кг. Для сравнения, подобный параметр у пускового свинцового аккумулятора составляет 300Вт/кг
В 1997 году исследователи из CSIRO разработали супер-конденсатор, который мог хранить большой заряд за счёт использования плёночных полимеров в качестве диэлектрика. Электроды были изготовлены из углеродных нанотрубок. У обычных конденсаторов удельная энергия составляет 0,5 Вт·ч/кг, а у конденсаторов PET она была в 4 раза больше.[источник?]
В 2008 году индийские исследователи разработали опытный образец ионистора на основе графеновых электродов, обладающий удельной энергоёмкостью до 32 Вт·ч/кг, сравнимую с таковой для свинцово-кислотных аккумуляторов (30—40 Вт·ч/кг)
Применение в автозвуке
Ионисторы используют в качестве буферной емкости с схеме питания усилителя мощности сабвуфера.
На страницах форума часто возникают споры по использованию их. :D
