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.
- 1. Для того чтоб не было просадки напряжения
- 2. Для устранения помех и пульсаций
Рассмотрим вариант (1): Из школьного курса физики
- 1ампер X 1сек = 1 кулон,
- 1ампер X 1вольт = 1 ватт,
- 1ампер X 1ом = 1 вольт,
- 1фарада X 1вольт = 1 кулон.
Таким образом в конденсаторе запасается
- 1фарад Х 12 вольт = 12 кулон
Существует слух то что для киловаттника хватает 1 фарада (как обычно с потолка) 1000 ватт усилитель это 12 вольт Х 83 Ампер = то есть за 1 секунду 83 кулона 12 \ 83 = за 0,15 секунды разрядится конденсатор (до ноля), если к нему подсоединить усилитель напрямую без аккумулятора.
Но это в идеальном теоретическом расчете. На самом деле, после разряда конденсатора до 9 вольт он уже бесполезен (разряд электролитического конденсатора идет не равномерно,напряжение падает вначале быстро, а затем медленно, очень похоже на АКБ) и даже если учесть что напряжение может быть 14 вольт все равно теоретически через 0,1 секунды конденсатор перестанет тянуть нагрузку, напряжение упадет ниже 9 вольт (если без АКБ) НО! У нас происходит постоянная подпитка от аккумулятора (и м.б. генератора) И конденсатор берет на себя только часть мощности. Какую? Ну если говорить о том что он нужен в любой системе значит 10% точно наверно берет, а если меньше тады зачем он нужен? Ладно 10% это 8 кулон… ну с натяжкой 0,5 секунды он будет реально помогать, а потом, что он есть, что его нет - разницы не будет! (пока громкость не убавишь), а вдруг на конденсатор еще меньше нагрузка приходится? Ну пусть 1% (хотя дешевле кабель потолще пробросить чем тратить на конденсатор деньги). 1% это 1 кулон вауу целых 6 секунд будет выполнять функции по энерго - подпитке, а потом (через 6 секунд громкой музыки) напряжение на усилителе будет таким же как если бы не было конденсатора.
Дык че же тогда получается зачем он этот загадочный конденсатор?
Рассмотрим вариант (2): А зачем же тогда прожженные аудиофилы ставят конденсаторы? Ответ прост: хороший конденсатор это оооочень хороший подавитель ВЧ помех (и НЧ конечно) и всякого рода пульсации тока, скачки напряжения при включении вентиляторов, сетевой шум, вот от этого он очень даже спасет. и когда ваша супер-аудифильская система безукаризненно воспроизводит божественную музыку, вы же нехотите услышать в динамиках, что включился вентилятор двигателя (типа щелчёк), вот для этого и ставят ( суждение спорное! )
Аргументы за установку конденсатора выглядят примерно так:
- у меня фары моргали в такт с музыкой, а теперь после установки конденсатора перестали…
Да так бывает, проблема моргания упирается в плохой аккумулятор и возможно слабый генератор, после установки конденсатора фары моргать не будут они плавно притухнут и так и будут притухшими пока громкость не убавить. Конденсатор в таком режиме долго не проживет, аккумулятор тоже, да и на генератор нагрузка большая. В таком случае лучше заменить АКБ ведь стоимость конденсатора практически сравнима со стоимостью АКБ.
- у меня до установки конденсатора на басах было попёрдывание, а после установки перестало…
Значит усилитель имел поганый блок питания и стоил меньше конденсатора и скорей всего либо проводка либо АКБ не соответствуют нагрузке. Либо то и другое и третье.
- Я заменил АКБ, поставил 4 конденсатора, а у меня генератор воет как тамбовский волк и фары моргают ...
Возможно мощность у системы запредельная, примерно после 1500 Ватт уже можно задумываться о дополнительном специальном генераторе.
Возможно будет критика, но все же…
ВЫВОДЫ
- Учитывая что стоимость хорошего конденсатора сравнима со стоимостью хорошей АКБ, а ток разрядки даже простой АКБ около 300Ампер (3600 Ватт\час),
лучше поставить более емкую и мощную АКБ например оптиму (OPTIMA Batteries) ценою ~6000р. (ток 700-900А) или современный гелевый аккумулятор (как оптима почти) типа "Титан Gel", цена около 4000 (ток 500-600А).
- Ставить конденсатор обязательно рядом с усилителем, в системе где проложены силовые провода соответствующие мощности, это полный бред, если кондер будет стоять рядом с АКБ или где-нибудь еще (между АКБ и усилителем, да даже если еще где) он будет так же качественно выполнять свою роль.
- Если кабель питания не соответствует мощности системы, то даже поставив конденсатор рядом с усилителем, на него упадет слишком большая нагрузка, это все равно не решит проблему, это экономически не целесообразно.
- 1 фарад на 1 киловатт тоже соотношение совершенно непонятное, я не могу понять чем будет хуже 0,5 фарад на 1 киловатт или 2 Ф на 1Кв, нет разница конечно будет, но настолько незначительная, что о ней и говорить не надо
(конденсаторы Prology,Mystery,Fusion и т.п. вообще в расчет не берутся ).
P.S. внимательно относитесь к заказным магазинным статьям типа таких: Как правильно выбрать силовой конденсатор. Новости рынка Автотехника, где нет ни описания системы на которой производился замер, ни типа аккумулятора,ни сечения силовых проводов .Да и если внимательно вглядеться в графики видно, что они нарисованы рукой, и основная их часть кроме пиков не меняется (а должна в большей степени), короче развод.
