Ինչպե՞ս են սուպերկոնդենսատորներն օգտագործվում հիբրիդային մեքենաներում: Ինչպես են սուպերկոնդենսատորները օգտագործվում հիբրիդային մեքենաներում Տնական իոնիստոր

Սուպերկոնդենսատորը կամ իոնիստը էներգիայի զանգվածները պահելու սարք է, լիցքի կուտակումը տեղի է ունենում էլեկտրոդի և էլեկտրոլիտի սահմանին: Օգտակար էներգիայի ծավալը պահվում է որպես ստատիկ տիպի լիցք։ Կուտակման գործընթացը հանգում է կայուն լարման հետ փոխազդեցությանը, երբ իոնիստը ստանում է պոտենցիալ տարբերություն իր թիթեղների միջով: Տեխնոլոգիական ներդրումը, ինչպես նաև նման սարքերի ստեղծման գաղափարը համեմատաբար վերջերս ի հայտ եկան, բայց նրանց հաջողվեց փորձարարական կիրառություն ստանալ որոշակի թվով խնդիրներ լուծելու համար։ Մասը կարող է փոխարինել քիմիական ծագման ընթացիկ աղբյուրներին՝ հանդիսանալով ժամացույցների, հաշվիչների և տարբեր միկրոսխեմաների պահեստային կամ էլեկտրամատակարարման հիմնական միջոցը։

Կոնդենսատորի տարրական դիզայնը բաղկացած է ափսեից, որի նյութը փայլաթիթեղ է, որը սահմանազատված է չոր բաժանարար նյութով: Իոնիստորը բաղկացած է մի շարք կոնդենսատորներից՝ էլեկտրաքիմիական տիպի լիցքավորիչով։ Դրա արտադրության համար օգտագործվում են հատուկ էլեկտրոլիտներ։ Ծածկույթները կարող են լինել մի քանի սորտերի. Ակտիվացված ածխածինը օգտագործվում է լայնածավալ երեսպատման համար: Կարող են օգտագործվել նաև մետաղական օքսիդներ և բարձր հաղորդունակությամբ պոլիմերային նյութեր։ Պահանջվող կոնդենսիվ խտության հասնելու համար խորհուրդ է տրվում օգտագործել բարձր ծակոտկեն ածխածնային նյութեր: Բացի այդ, այս մոտեցումը թույլ է տալիս տպավորիչ ցածր գնով պատրաստել իոնիստ: Նման մասերը պատկանում են DLC կոնդենսատորների կատեգորիային, որոնք լիցք են կուտակում ափսեի վրա ձևավորված կրկնակի խցիկում։

Դիզայնի լուծումը, երբ իոնիստը համակցված է ջրի էլեկտրոլիտային բազայի հետ, բնութագրվում է ներքին տարրերի ցածր դիմադրությամբ, մինչդեռ լիցքավորման լարումը սահմանափակվում է 1 Վ-ով: Օրգանական հաղորդիչների օգտագործումը երաշխավորում է լարման մակարդակը մոտ 2...3: V և դիմադրության բարձրացում:

Էլեկտրոնային սխեմաները գործում են ավելի մեծ էներգիայի պահանջներով: Այս խնդրի լուծումը օգտագործվող հոսանքի կետերի քանակի ավելացումն է: Իոնիստորը տեղադրվում է ոչ թե մեկ, այլ 3-4 հատի չափով՝ տալով անհրաժեշտ քանակությամբ լիցքավորում։

Նիկել-մետաղական հիդրիդային մարտկոցի համեմատ, իոնիստորը կարող է պարունակել էներգիայի պահուստի տասներորդ մասը, մինչդեռ դրա լարումը գծայինորեն նվազում է, բացառելով հարթ լիցքաթափման գոտիները: Այս գործոնները ազդում են իոնիստորի մեջ լիցքը լիովին պահպանելու ունակության վրա: Լիցքավորման մակարդակը ուղղակիորեն կախված է տարրի տեխնոլոգիական նպատակից:

Շատ հաճախ իոնիստորն օգտագործվում է հիշողության չիպերի սնուցման համար և ներառված է ֆիլտրի սխեմաների և հարթեցնող ֆիլտրերի մեջ: Նրանք կարող են նաև համակցվել տարբեր տեսակի մարտկոցների հետ՝ հոսանքի հանկարծակի աճի հետևանքների դեմ պայքարելու համար. ցածր հոսանքի դեպքում, իոնիստորը լիցքավորվում է, հակառակ դեպքում այն ​​ազատում է էներգիայի մի մասը՝ դրանով իսկ նվազեցնելով ընդհանուր բեռը:

Երկրագնդի էլեկտրական հզորությունը, ինչպես հայտնի է ֆիզիկայի դասընթացներից, մոտավորապես 700 μF է: Այս հզորության սովորական կոնդենսատորը քաշով և ծավալով կարելի է համեմատել աղյուսի հետ: Բայց կան նաև երկրագնդի էլեկտրական հզորությամբ կոնդենսատորներ, որոնք չափերով հավասար են ավազահատիկի՝ գերկոնդենսատորներ:

Նման սարքերը հայտնվել են համեմատաբար վերջերս՝ մոտ քսան տարի առաջ։ Դրանք այլ կերպ են կոչվում՝ իոնիստներ, իոնիկներ կամ պարզապես գերկոնդենսատորներ։

Մի կարծեք, որ դրանք հասանելի են միայն որոշ բարձր թռիչքներ իրականացնող օդատիեզերական ընկերությունների համար: Այսօր խանութից կարելի է գնել մետաղադրամի չափ և մեկ ֆարադի հզորությամբ իոնիստոր, որը 1500 անգամ ավելի է երկրագնդի հզորությունից և մոտ է Արեգակնային համակարգի ամենամեծ մոլորակի՝ Յուպիտերի կարողությանը:

Ցանկացած կոնդենսատոր էներգիա է կուտակում: Հասկանալու համար, թե որքան մեծ կամ փոքր է գերկոնդենսատորում կուտակված էներգիան, անհրաժեշտ է համեմատել այն ինչ-որ բանի հետ: Ահա մի փոքր անսովոր, բայց պարզ միջոց.

Սովորական կոնդենսատորի էներգիան բավական է, որպեսզի նա ցատկի մոտ մեկուկես մետր: 58-9 Վ տիպի փոքրիկ գերկոնդենսատորը, որն ունի 0,5 գ զանգված, լիցքավորված 1 Վ լարմամբ, կարող է ցատկել 293 մ բարձրության վրա:

Երբեմն նրանք կարծում են, որ իոնիստները կարող են փոխարինել ցանկացած մարտկոց: Լրագրողները պատկերել են ապագա աշխարհը՝ լուռ էլեկտրական մեքենաներով, որոնք աշխատում են գերկոնդենսատորներով: Բայց սա դեռ շատ հեռու է: Մեկ կգ կշռող իոնիստորն ընդունակ է կուտակել 3000 Ջ էներգիա, իսկ ամենավատ կապարաթթվային մարտկոցը 86400 Ջ է՝ 28 անգամ ավելի։ Այնուամենայնիվ, կարճ ժամանակում բարձր հզորություն մատակարարելիս մարտկոցը արագորեն փչանում է և լիցքաթափվում է միայն կիսով չափ: Իոնիստորը բազմիցս և առանց իրեն վնասելու որևէ ուժ է հաղորդում, քանի դեռ միացնող լարերը կարող են դիմակայել դրան: Բացի այդ, սուպերկոնդենսատորը կարող է լիցքավորվել հաշված վայրկյանների ընթացքում, մինչդեռ մարտկոցը սովորաբար ժամեր է պահանջում դրա համար:

Սա որոշում է իոնիստորի կիրառման շրջանակը: Այն լավ է որպես էներգիայի աղբյուր կարճ ժամանակով, բայց բավականին հաճախ մեծ քանակությամբ էներգիա սպառող սարքերի համար՝ էլեկտրոնային սարքավորումներ, լապտերներ, մեքենաների մեկնարկիչներ, էլեկտրական մուրճեր: Իոնիստորը կարող է նաև ռազմական կիրառություն ունենալ որպես էլեկտրամագնիսական զենքի էներգիայի աղբյուր: Իսկ փոքր էլեկտրակայանի հետ համատեղ, իոնիստորը հնարավորություն է տալիս ստեղծել անիվի էլեկտրական շարժիչով մեքենաներ և վառելիքի սպառումը 1-2 լիտր 100 կմ-ում:

Վաճառվում են լայն հզորությունների և գործառնական լարումների իոնիստորներ, բայց դրանք բավականին թանկ են։ Այսպիսով, եթե ունեք ժամանակ և հետաքրքրություն, կարող եք փորձել ինքներդ իոնիստ պատրաստել: Բայց կոնկրետ խորհուրդ տալուց առաջ մի փոքր տեսություն.

Էլեկտրաքիմիայից հայտնի է՝ երբ մետաղը ընկղմվում է ջրի մեջ, նրա մակերեսին ձևավորվում է այսպես կոչված կրկնակի էլեկտրական շերտ՝ բաղկացած հակառակ էլեկտրական լիցքերից՝ իոններից և էլեկտրոններից։ Նրանց միջեւ գործում են փոխադարձ գրավիչ ուժեր, սակայն մեղադրանքները չեն կարող մոտենալ միմյանց։ Դրան խոչընդոտում են ջրի և մետաղի մոլեկուլների գրավիչ ուժերը: Իր հիմքում էլեկտրական կրկնակի շերտը ոչ այլ ինչ է, քան կոնդենսատոր: Նրա մակերեսի վրա կենտրոնացած լիցքերը գործում են որպես թիթեղներ։ Նրանց միջև հեռավորությունը շատ փոքր է: Եվ, ինչպես գիտեք, կոնդենսատորի հզորությունը մեծանում է, քանի որ նրա թիթեղների միջև հեռավորությունը նվազում է: Հետևաբար, օրինակ, ջրի մեջ ընկղմված սովորական պողպատի հզորությունը հասնում է մի քանի մՖ-ի:

Ըստ էության, իոնիստորը բաղկացած է էլեկտրոլիտի մեջ ընկղմված շատ մեծ տարածքով երկու էլեկտրոդներից, որոնց մակերեսին կիրառական լարման ազդեցության տակ ձևավորվում է կրկնակի էլեկտրական շերտ։ Ճիշտ է, օգտագործելով սովորական հարթ թիթեղները, հնարավոր կլիներ ստանալ ընդամենը մի քանի տասնյակ mF հզորություն: Իոնիստորներին բնորոշ մեծ հզորություններ ստանալու համար նրանք օգտագործում են ծակոտկեն նյութերից պատրաստված էլեկտրոդներ, որոնք ունեն մեծ ծակոտկեն մակերես՝ փոքր արտաքին չափսերով։

Այս դերի համար ժամանակին փորձել են սպունգային մետաղներ՝ տիտանիից մինչև պլատին: Սակայն անհամեմատ ավելի լավը... սովորական ակտիվացված ածխածինը։ Սա փայտածուխ է, որը հատուկ մշակումից հետո դառնում է ծակոտկեն։ Նման ածուխի 1 սմ3 ծակոտիների մակերեսը հասնում է հազար քառակուսի մետրի, և դրանց վրա կրկնակի էլեկտրական շերտի հզորությունը տասը ֆարադ է:

Տնական իոնիստոր Նկար 1-ը ցույց է տալիս իոնիստորի դիզայնը: Այն բաղկացած է երկու մետաղական թիթեղներից, որոնք սերտորեն սեղմված են ակտիվացված ածխածնի «լցման» դեմ: Ածուխը դրված է երկու շերտով, որոնց միջև կա էլեկտրոններ չհաղորդող նյութի բարակ բաժանարար շերտ։ Այս ամենը ներծծված է էլեկտրոլիտով։

Իոնիստորը լիցքավորելիս ածխածնի ծակոտիների մի կեսում առաջանում է կրկնակի էլեկտրական շերտ՝ մակերեսի վրա էլեկտրոններով, իսկ մյուս կեսում՝ դրական իոններով։ Լիցքավորվելուց հետո իոններն ու էլեկտրոնները սկսում են հոսել միմյանց ուղղությամբ։ Երբ դրանք հանդիպում են, ձևավորվում են չեզոք մետաղի ատոմներ, և կուտակված լիցքը նվազում է և ժամանակի ընթացքում կարող է ընդհանրապես անհետանալ:

Դա կանխելու համար ակտիվացված ածխածնի շերտերի միջև տեղադրվում է բաժանարար շերտ: Այն կարող է բաղկացած լինել տարբեր բարակ պլաստիկ թաղանթներից, թղթից և նույնիսկ բամբակյա բուրդից:
Սիրողական իոնիստորներում էլեկտրոլիտը կերակրի աղի 25% լուծույթ է կամ KOH 27% լուծույթ։ (Ավելի ցածր կոնցենտրացիաների դեպքում դրական էլեկտրոդի վրա բացասական իոնների շերտ չի ձևավորվի):

Որպես էլեկտրոդներ օգտագործվում են դրանց վրա նախապես զոդված մետաղալարերով պղնձե թիթեղները։ Նրանց աշխատանքային մակերեսները պետք է մաքրվեն օքսիդներից։ Այս դեպքում նպատակահարմար է օգտագործել կոպիտ հղկաթուղթ, որը քերծվածքներ է թողնում: Այս քերծվածքները կբարելավեն ածուխի կպչունությունը պղնձին: Լավ կպչունության համար թիթեղները պետք է յուղազերծվեն: Թիթեղների յուղազերծումն իրականացվում է երկու փուլով. Սկզբում դրանք լվանում են օճառով, իսկ հետո քսում ատամի փոշիով և լվանում ջրի հոսքով։ Սրանից հետո դրանք չպետք է դիպչեք ձեր մատներով։

Ակտիվացված ածխածինը, որը գնվել է դեղատնից, մանրացնում են հավանգի մեջ և խառնում էլեկտրոլիտի հետ՝ ստանալով հաստ մածուկ, որը քսվում է մանրակրկիտ յուղազերծված թիթեղների վրա։

Առաջին փորձարկման ժամանակ թղթե միջադիրով թիթեղները տեղադրվում են մեկը մյուսի վրա, որից հետո կփորձենք լիցքավորել այն։ Բայց այստեղ մի նրբություն կա. Երբ լարումը 1 Վ-ից ավելի է, սկսվում է H2 և O2 գազերի արտազատումը։ Նրանք ոչնչացնում են ածխածնային էլեկտրոդները և թույլ չեն տալիս մեր սարքին աշխատել կոնդենսատոր-իոնիստորային ռեժիմով։

Հետևաբար, մենք պետք է այն լիցքավորենք 1 Վ-ից ոչ բարձր լարման աղբյուրից: (Սա յուրաքանչյուր զույգ թիթեղների լարումն է, որը խորհուրդ է տրվում արդյունաբերական իոնիստորների աշխատանքի համար):

Մանրամասներ հետաքրքրասերների համար

1,2 Վ-ից ավելի լարման դեպքում իոնիստորը վերածվում է գազի մարտկոցի: Սա հետաքրքիր սարք է, որը նույնպես բաղկացած է ակտիվացված ածխածնից և երկու էլեկտրոդներից։ Բայց կառուցվածքային առումով այն այլ կերպ է նախագծված (տես նկ. 2): Սովորաբար, հին գալվանական բջիջից վերցրեք երկու ածխածնի ձողեր և դրանց շուրջը կապեք ակտիվացված ածխածնի շղարշով պարկեր: KOH լուծույթը օգտագործվում է որպես էլեկտրոլիտ: (Սեղանի աղի լուծույթը չպետք է օգտագործվի, քանի որ դրա տարրալուծման արդյունքում քլոր է արձակվում):

Գազային մարտկոցի էներգիայի ինտենսիվությունը հասնում է 36000 Ջ/կգ կամ 10 Վտժ/կգ։ Սա 10 անգամ ավելի է, քան իոնիստորը, բայց 2,5 անգամ պակաս, քան սովորական կապարի մարտկոցը: Այնուամենայնիվ, գազի մարտկոցը պարզապես մարտկոց չէ, այլ շատ յուրահատուկ վառելիքի բջիջ: Այն լիցքավորելիս էլեկտրոդների վրա արտանետվում են գազեր՝ թթվածին և ջրածին։ Նրանք «նստում են» ակտիվացված ածխածնի մակերեսին։ Երբ հայտնվում է բեռի հոսանք, դրանք միացվում են ջրի և էլեկտրական հոսանքի ձևավորման համար: Այս գործընթացը, սակայն, շատ դանդաղ է ընթանում՝ առանց կատալիզատորի: Եվ, ինչպես պարզվեց, կատալիզատոր կարող է լինել միայն պլատինը... Հետեւաբար, ի տարբերություն իոնիստորի, գազի մարտկոցը չի կարող բարձր հոսանքներ արտադրել։

Այնուամենայնիվ, մոսկվացի գյուտարար Ա.Գ. Պրեսնյակովը (http://chemfiles.narod.r u/hit/gas_akk.htm) հաջողությամբ օգտագործեց գազի մարտկոցը բեռնատարի շարժիչը գործարկելու համար։ Նրա զգալի քաշը՝ սովորականից գրեթե երեք անգամ ավելի, այս դեպքում պարզվեց, որ տանելի է։ Սակայն ցածր արժեքը և վնասակար նյութերի բացակայությունը, ինչպիսիք են թթունն ու կապարը, չափազանց գրավիչ էին թվում:

Պարզվեց, որ ամենապարզ դիզայնի գազային մարտկոցը հակված է 4-6 ժամում ամբողջական ինքնալիցքաթափման: Սա վերջ դրեց փորձերին։ Ո՞ւմ է պետք մի մեքենա, որը հնարավոր չէ գործարկել գիշերը կայանելուց հետո:

Եվ այնուամենայնիվ, «մեծ տեխնոլոգիաները» չեն մոռացել գազային մարտկոցների մասին։ Հզոր, թեթև և հուսալի, դրանք հայտնաբերված են որոշ արբանյակների վրա: Դրանցում պրոցեսը տեղի է ունենում մոտ 100 ատմ ճնշման տակ, իսկ սպունգային նիկելն օգտագործվում է որպես գազի կլանիչ, որը նման պայմաններում հանդես է գալիս որպես կատալիզատոր։ Ամբողջ սարքը տեղադրված է գերթեթև ածխածնային մանրաթելային մխոցում: Ստացված մարտկոցների էներգիայի հզորությունը գրեթե 4 անգամ գերազանցում է կապարի մարտկոցներինը: Դրանցով էլեկտրական մեքենան կարող էր անցնել մոտ 600 կմ։ Բայց, ցավոք, դրանք դեռ շատ թանկ են։

Իոնիստորը կոնդենսատոր է, որի թիթեղները կրկնակի էլեկտրական շերտ են էլեկտրոդի և էլեկտրոլիտի միջև: Այս սարքի մեկ այլ անուն է սուպերկոնդենսատոր, ուլտրակենսատոր, երկշերտ էլեկտրաքիմիական կոնդենսատոր կամ իոնիքս: Այն ունի մեծ հզորություն, ինչը թույլ է տալիս այն օգտագործել որպես ընթացիկ աղբյուր։

Սուպերկոնդենսատոր սարք

Իոնիստորի աշխատանքի սկզբունքը նման է սովորական կոնդենսատորին, սակայն այդ սարքերը տարբերվում են օգտագործվող նյութերից: Ծակոտկեն նյութերն օգտագործվում են որպես երեսպատում նման տարրերում՝ ակտիվացված ածխածին, որը լավ հաղորդիչ է, կամ փրփրված մետաղներ։ Սա հնարավորություն է տալիս բազմապատիկ ավելացնել դրանց տարածքը և, քանի որ կոնդենսատորի հզորությունը ուղիղ համեմատական ​​է էլեկտրոդների տարածքին, այն նույն չափով մեծանում է: Բացի այդ, էլեկտրոլիտը օգտագործվում է որպես դիէլեկտրիկ, ինչպես էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատորներում, ինչը նվազեցնում է թիթեղների միջև հեռավորությունը և մեծացնում հզորությունը: Ամենատարածված պարամետրերը մի քանի ֆարադներ են 5-10 Վ լարման վրա:

Իոնիստորների տեսակները

Նման սարքերի մի քանի տեսակներ կան.

• Կատարյալ բևեռացվող ակտիվացված ածխածնի էլեկտրոդներով: Նման տարրերում էլեկտրաքիմիական ռեակցիաներ չեն լինում։ Որպես էլեկտրոլիտ օգտագործվում են նատրիումի հիդրօքսիդի (30% KOH), ծծմբական թթվի (38% H2SO4) կամ օրգանական էլեկտրոլիտների ջրային լուծույթները.
• Կատարյալ բևեռացվող ակտիվացված ածխածնի էլեկտրոդը օգտագործվում է որպես մեկ թիթեղ: Երկրորդ էլեկտրոդը թույլ է կամ ոչ բևեռացվող (անոդ կամ կաթոդ, կախված դիզայնից);
• Կեղծ կոնդենսատորներ. Այս սարքերում թիթեղների մակերեսին տեղի են ունենում շրջելի էլեկտրաքիմիական ռեակցիաներ։ Նրանք ունեն մեծ հզորություն։

Իոնիստորների առավելություններն ու թերությունները

Նման սարքերը օգտագործվում են մարտկոցների կամ կուտակիչների փոխարեն: Նրանց համեմատ նման տարրերն ունեն առավելություններ և թերություններ:

Սուպերկոնդենսատորների թերությունները.

• ցածր լիցքաթափման հոսանք ընդհանուր տարրերում, և առանց այս թերության նմուշները շատ թանկ են.
• լիցքաթափման ժամանակ սարքի ելքի լարումը նվազում է.
• ցածր ներքին դիմադրությամբ բարձր հզորությամբ տարրերի կարճ միացման դեպքում կոնտակտները այրվում են.
• նվազեցված թույլատրելի լարման և լիցքաթափման արագությունը սովորական կոնդենսատորների համեմատ.
• ավելի բարձր ինքնալիցքաթափման հոսանք, քան մարտկոցներում:

Ուլտրակենսատորների առավելությունները.

• ավելի բարձր արագություն, լիցքավորման և լիցքաթափման հոսանք, քան մարտկոցներում;
• ամրություն - երբ փորձարկվել է 100000 լիցքավորման/լիցքաթափման ցիկլերից հետո, պարամետրերի վատթարացում չի նկատվել.
• բարձր ներքին դիմադրություն դիզայնի մեծ մասում, կանխելով ինքնալիցքաթափումը և ձախողումը կարճ միացման ժամանակ.
• երկար սպասարկման ժամկետ;
• ավելի քիչ ծավալ և քաշ;
• երկբևեռություն - արտադրողը նշում է «+» և «-», բայց սա արտադրության փորձարկումների ժամանակ կիրառվող լիցքի բևեռականությունն է.
• աշխատանքային ջերմաստիճանների լայն շրջանակ և դիմադրություն մեխանիկական ծանրաբեռնվածությանը:

Էներգիայի խտություն

Սուպերկոնդենսատորներում էներգիա կուտակելու ունակությունը 8 անգամ ավելի քիչ է, քան կապարի մարտկոցները, և 25 անգամ ավելի քիչ, քան լիթիումային մարտկոցները: Էներգիայի խտությունը կախված է ներքին դիմադրությունից. որքան ցածր է այն, այնքան բարձր է սարքի հատուկ էներգիայի հզորությունը: Գիտնականների վերջին զարգացումները հնարավորություն են տալիս ստեղծել այնպիսի տարրեր, որոնց էներգիան կուտակելու ունակությունը համեմատելի է կապարի մարտկոցների հետ:

2008 թվականին Հնդկաստանում ստեղծվել է իոնիստոր, որի թիթեղները պատրաստված են եղել գրաֆենից։ Այս տարրի էներգիայի ինտենսիվությունը 32 (Վտժ)/կգ է։ Համեմատության համար նշենք, որ մեքենաների մարտկոցների էներգիայի հզորությունը 30-40 (Վտժ)/կգ է։ Այս սարքերի արագացված լիցքավորումը թույլ է տալիս դրանք օգտագործել էլեկտրական մեքենաներում։

2011 թվականին կորեացի դիզայներները սարք են ստեղծել, որում բացի գրաֆենից, օգտագործվել է ազոտ։ Այս տարրը ապահովում էր կրկնակի հատուկ էներգիայի ինտենսիվություն:

Հղում.Գրաֆենը ածխածնի շերտ է՝ 1 ատոմ հաստությամբ։

Իոնիստորների կիրառում

Գերկոնդենսատորների էլեկտրական հատկությունները օգտագործվում են տեխնոլոգիայի տարբեր ոլորտներում:

Հանրային տրանսպորտ

Էլեկտրական ավտոբուսները, որոնք մարտկոցների փոխարեն օգտագործում են իոնիստորներ, արտադրվում են Hyundai Motor-ի, Trolza-ի, Belkommunmash-ի և մի քանի այլ ընկերությունների կողմից։

Այս ավտոբուսները կառուցվածքով նման են առանց ճաղավանդակների տրոլեյբուսներին և չեն պահանջում կոնտակտային ցանց: Դրանք լիցքավորվում են կանգառներում, երբ ուղևորները իջնում ​​և նստում են, կամ երթուղու վերջնակետերում 5-10 րոպեում։

Իոնիստորներով հագեցած տրոլեյբուսներն ի վիճակի են շրջանցել կոտրված շփման գծերը և խցանումները և չեն պահանջում լարեր երթուղու վերջնակետերում գտնվող պահեստներում և կայանատեղերում:

Էլեկտրական մեքենաներ

Էլեկտրական մեքենաների հիմնական խնդիրը լիցքավորման երկար ժամանակներն են: Բարձր լիցքավորման հոսանքով և լիցքավորման կարճ ժամանակով ուլտրակոնդենսատորը թույլ է տալիս վերալիցքավորել կարճ կանգառների ժամանակ:

Ռուսաստանում մշակվել է Yo-mobile, որն օգտագործում է հատուկ ստեղծված իոնիստորը որպես մարտկոց։

Բացի այդ, մարտկոցին զուգահեռ սուպերկոնդենսատորի տեղադրումը թույլ է տալիս մեծացնել էլեկտրական շարժիչի կողմից սպառվող հոսանքը գործարկման և արագացման ժամանակ: Այս համակարգը կիրառվում է KERS-ում՝ Ֆորմուլա 1-ի մեքենաներում։

Սպառողական էլեկտրոնիկա

Այս սարքերն օգտագործվում են ֆոտոշիկացման և այլ սարքերում, որոնցում արագ լիցքավորելու և լիցքաթափելու հնարավորությունն ավելի կարևոր է, քան սարքի չափն ու քաշը: Օրինակ՝ քաղցկեղի դետեկտորը լիցքավորվում է 2,5 րոպեում և գործում է 1 րոպե։ Սա բավական է հետազոտություն անցկացնելու և այն իրավիճակները կանխելու համար, երբ սարքը լիցքաթափված մարտկոցների պատճառով անգործունակ է:

Ավտոմեքենաների խանութներում կարող եք ձեռք բերել 1 ֆարադ հզորությամբ իոնիստներ՝ մեքենայի ռադիոյին զուգահեռ օգտագործելու համար։ Նրանք հարթեցնում են լարման տատանումները շարժիչի գործարկման ժամանակ:

DIY իոնիստ

Ցանկության դեպքում կարող եք ձեր սեփական ձեռքերով սուպերկոնդենսատոր պատրաստել։ Նման սարքը կունենա ավելի վատ պարամետրեր և երկար չի տևի (մինչև էլեկտրոլիտը չորանա), բայց ընդհանուր առմամբ պատկերացում կտա նման սարքերի աշխատանքի մասին:

Ձեր սեփական ձեռքերով իոնիստ պատրաստելու համար ձեզ հարկավոր է.

• պղնձե կամ ալյումինե փայլաթիթեղ;
• աղ;
• ակտիվացված ածխածին դեղատնից;
• բամբակյա բուրդ;
• ճկուն լարեր կապարի համար;
• պլաստիկ տուփ գործի համար:

Ուլտրակենսատորի արտադրության կարգը հետևյալն է.

• կտրեք երկու կտոր փայլաթիթեղ այնքան մեծ, որ դրանք տեղավորվեն տուփի ներքևի մասում;
• մետաղալարերը զոդեք փայլաթիթեղի վրա;
• ածուխը խոնավացրեք ջրով, մանրացրեք փոշու մեջ և չորացրեք;
• պատրաստել 25% աղի լուծույթ;
• խառնել ածուխի փոշին աղի լուծույթի հետ մածուկով;
• թրջել բամբակյա բուրդը աղի լուծույթով;
• քսեք մածուկը բարակ, հարթ շերտով փայլաթիթեղի վրա;
• պատրաստել «սենդվիչ». փայլաթիթեղ՝ ածուխով, բարակ շերտ բամբակյա բուրդ, փայլաթիթեղ՝ ածուխով ներքեւ;
• տեղադրեք կառուցվածքը տուփի մեջ:

Նման սարքի թույլատրելի լարումը 0,5 Վ է: Երբ այն գերազանցում է, սկսվում է էլեկտրոլիզի գործընթացը, և իոնիստորը վերածվում է գազի մարտկոցի:

Հետաքրքիր է.Եթե ​​դուք հավաքեք մի քանի նման կառույցներ, գործառնական լարումը կբարձրանա, բայց հզորությունը կնվազի:

Իոնիստորները խոստումնալից էլեկտրական սարքեր են, որոնք իրենց բարձր լիցքավորման և լիցքաթափման արագության շնորհիվ կարող են փոխարինել սովորական մարտկոցները:

Տեսանյութ

Մարդիկ առաջին անգամ օգտագործեցին կոնդենսատորներ էլեկտրաէներգիա պահելու համար: Հետո, երբ էլեկտրատեխնիկան դուրս եկավ լաբորատոր փորձերից, հայտնագործվեցին մարտկոցները, որոնք դարձան էլեկտրական էներգիայի պահպանման հիմնական միջոցը։ Սակայն 21-րդ դարի սկզբին կրկին առաջարկվում է օգտագործել կոնդենսատորներ էլեկտրական սարքավորումների սնուցման համար։ Որքանո՞վ է դա հնարավոր, և արդյոք մարտկոցները վերջապես կդառնան անցյալում:

Պատճառը, թե ինչու են կոնդենսատորները փոխարինվել մարտկոցներով, պայմանավորված էր էլեկտրաէներգիայի զգալիորեն ավելի մեծ քանակությամբ, որը նրանք կարող են կուտակել: Մեկ այլ պատճառ էլ այն է, որ լիցքաթափման ժամանակ մարտկոցի ելքի լարումը շատ քիչ է փոխվում, այնպես որ լարման կայունացուցիչը կամ չի պահանջվում, կամ կարող է լինել շատ պարզ դիզայնի:

Կոնդենսատորների և մարտկոցների հիմնական տարբերությունն այն է, որ կոնդենսատորներն ուղղակիորեն պահում են էլեկտրական լիցքը, մինչդեռ մարտկոցները էլեկտրական էներգիան վերածում են քիմիական էներգիայի, պահում այն, այնուհետև քիմիական էներգիան նորից վերածում էլեկտրական էներգիայի:

Էներգետիկ փոխակերպումների ժամանակ դրա մի մասը կորչում է։ Հետևաբար, նույնիսկ լավագույն մարտկոցներն ունեն ոչ ավելի, քան 90% արդյունավետություն, մինչդեռ կոնդենսատորների համար այն կարող է հասնել 99% -ի: Քիմիական ռեակցիաների ինտենսիվությունը կախված է ջերմաստիճանից, ուստի մարտկոցները ցուրտ եղանակին զգալիորեն ավելի վատ են աշխատում, քան սենյակային ջերմաստիճանում: Բացի այդ, մարտկոցներում քիմիական ռեակցիաները լիովին շրջելի չեն: Այստեղից է գալիս լիցքավորման-լիցքաթափման ցիկլերի փոքր թիվը (հազարների կարգով, ամենից հաճախ մարտկոցի կյանքը կազմում է մոտ 1000 լիցքաթափման ցիկլ), ինչպես նաև «հիշողության էֆեկտը»: Հիշեցնենք, որ «հիշողության էֆեկտն» այն է, որ մարտկոցը միշտ պետք է լիցքաթափվի մինչև կուտակված էներգիայի որոշակի քանակություն, այնուհետև դրա հզորությունը կլինի առավելագույնը: Եթե ​​լիցքաթափումից հետո ավելի շատ էներգիա մնա դրա մեջ, ապա մարտկոցի հզորությունը աստիճանաբար կնվազի։ «Հիշողության էֆեկտը» բնորոշ է կոմերցիոն արտադրության գրեթե բոլոր տեսակի մարտկոցներին, բացառությամբ թթուների (ներառյալ դրանց տեսակները՝ գել և AGM): Թեև ընդհանուր առմամբ ընդունված է, որ լիթիում-իոնային և լիթիում-պոլիմերային մարտկոցներում դա չկա, իրականում նրանք էլ ունեն, պարզապես դա ավելի քիչ չափով է դրսևորվում, քան մյուս տեսակներում: Ինչ վերաբերում է թթվային մարտկոցներին, ապա դրանք ցուցադրում են թիթեղների սուլֆացիայի ազդեցությունը, որն անդառնալի վնաս է հասցնում էներգիայի աղբյուրին: Պատճառներից մեկն այն է, որ մարտկոցը երկար ժամանակ մնում է 50%-ից պակաս լիցքավորման վիճակում։

Ինչ վերաբերում է այլընտրանքային էներգիային, ապա «հիշողության էֆեկտը» և թիթեղների սուլֆացումը լուրջ խնդիրներ են: Փաստն այն է, որ էներգիայի մատակարարումը այնպիսի աղբյուրներից, ինչպիսիք են արևային մարտկոցները և հողմային տուրբինները, դժվար է կանխատեսել։ Արդյունքում մարտկոցների լիցքավորումն ու լիցքաթափումը տեղի է ունենում քաոսային՝ ոչ օպտիմալ ռեժիմով։

Կյանքի ժամանակակից ռիթմի համար բացարձակապես անընդունելի է ստացվում, որ մարտկոցները պետք է լիցքավորվեն մի քանի ժամով։ Օրինակ, ինչպե՞ս եք պատկերացնում էլեկտրական մեքենայով երկար տարածություն վարելը, եթե մարտկոցը լիցքավորման կետում ձեզ մի քանի ժամ խրված է պահում: Մարտկոցի լիցքավորման արագությունը սահմանափակվում է նրանում տեղի ունեցող քիմիական գործընթացների արագությամբ։ Դուք կարող եք նվազեցնել լիցքավորման ժամանակը մինչև 1 ժամ, բայց ոչ մի քանի րոպե: Միևնույն ժամանակ, կոնդենսատորի լիցքավորման արագությունը սահմանափակվում է միայն լիցքավորիչի կողմից տրամադրվող առավելագույն հոսանքով:

Մարտկոցների թվարկված թերությունները հրատապ են դարձրել դրա փոխարեն օգտագործել կոնդենսատորներ:

Օգտագործելով էլեկտրական կրկնակի շերտ

Շատ տասնամյակների ընթացքում էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատորներն ունեին ամենաբարձր հզորությունը: Դրանցում թիթեղներից մեկը մետաղյա փայլաթիթեղ էր, մյուսը՝ էլեկտրոլիտ, իսկ թիթեղների միջև մեկուսացումը մետաղի օքսիդ էր, որը պատում էր փայլաթիթեղը։ Էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատորների համար հզորությունը կարող է հասնել հարյուրերորդական ֆարադի, ինչը բավարար չէ մարտկոցը ամբողջությամբ փոխարինելու համար:

Տարբեր տեսակի կոնդենսատորների նախագծման համեմատություն (Աղբյուր՝ Վիքիպեդիա)

Մեծ հզորություն, որը չափվում է հազարավոր ֆարադներով, կարելի է ձեռք բերել այսպես կոչված էլեկտրական կրկնակի շերտի վրա հիմնված կոնդենսատորների միջոցով: Նրանց գործունեության սկզբունքը հետեւյալն է. Էլեկտրական կրկնակի շերտը որոշակի պայմաններում հայտնվում է պինդ և հեղուկ փուլերի նյութերի միջերեսում: Առաջանում են իոնների երկու շերտ՝ հակադիր նշանների լիցքերով, բայց միևնույն մեծությամբ։ Եթե ​​իրավիճակը շատ պարզեցնենք, ապա ձևավորվում է կոնդենսատոր, որի «սալերը» իոնների նշված շերտերն են, որոնց միջև հեռավորությունը հավասար է մի քանի ատոմների։

Մաքսվելի կողմից արտադրված տարբեր հզորությունների սուպերկոնդենսատորներ

Այս էֆեկտի վրա հիմնված կոնդենսատորները երբեմն կոչվում են իոնիստորներ: Փաստորեն, այս տերմինը վերաբերում է ոչ միայն կոնդենսատորներին, որոնցում պահվում է էլեկտրական լիցքը, այլ նաև էլեկտրաէներգիայի պահպանման այլ սարքերին՝ էլեկտրական էներգիայի մասնակի փոխակերպմամբ քիմիական էներգիայի, ինչպես նաև էլեկտրական լիցքը (հիբրիդային իոնիստոր) պահելու հետ միասին: կրկնակի էլեկտրական շերտի վրա հիմնված մարտկոցներ (այսպես կոչված կեղծ կոնդենսատորներ): Հետևաբար, ավելի տեղին է «գերկոնդենսատորներ» տերմինը: Երբեմն դրա փոխարեն օգտագործվում է նույնական «ուլտրակենսատոր» տերմինը:

Տեխնիկական իրականացում

Գերկոնդենսատորը բաղկացած է էլեկտրոլիտով լցված ակտիվացված ածխածնի երկու թիթեղից: Դրանց միջև կա թաղանթ, որը թույլ է տալիս էլեկտրոլիտին անցնել, բայց կանխում է ակտիվացված ածխածնի մասնիկների ֆիզիկական շարժումը թիթեղների միջև:

Պետք է նշել, որ գերկոնդենսատորներն իրենք չունեն բևեռականություն: Դրանով նրանք սկզբունքորեն տարբերվում են էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատորներից, որոնք, որպես կանոն, բնութագրվում են բևեռականությամբ, որոնց չհամապատասխանելը հանգեցնում է կոնդենսատորի ձախողման: Այնուամենայնիվ, բևեռականությունը կիրառվում է նաև գերկոնդենսատորների նկատմամբ: Դա պայմանավորված է նրանով, որ գերկոնդենսատորները թողնում են գործարանի հավաքման գիծն արդեն լիցքավորված, և նշումը ցույց է տալիս այս լիցքի բևեռականությունը:

Սուպերկոնդենսատորի պարամետրերը

Առանձին գերկոնդենսատորի առավելագույն հզորությունը, որը ձեռք է բերվել գրելու պահին, 12,000 F է: Զանգվածային արտադրության գերկոնդենսատորների համար այն չի գերազանցում 3,000 F-ը: Թիթեղների միջև առավելագույն թույլատրելի լարումը չի գերազանցում 10 Վ-ը: Կոմերցիոն արտադրության գերկոնդենսատորների համար. Այս ցուցանիշը, որպես կանոն, գտնվում է 2. 3 – 2.7 Վ-ի սահմաններում: Ցածր աշխատանքային լարման համար անհրաժեշտ է օգտագործել կայունացուցիչ ֆունկցիա ունեցող լարման փոխարկիչ: Փաստն այն է, որ լիցքաթափման ժամանակ կոնդենսատորի թիթեղների վրա լարումը փոխվում է լայն տիրույթում: Բեռը և լիցքավորիչը միացնելու համար լարման փոխարկիչ կառուցելը աննշան խնդիր է: Ենթադրենք, դուք պետք է սնուցեք 60 Վտ բեռ:

Խնդրի քննարկումը պարզեցնելու համար մենք անտեսելու ենք լարման փոխարկիչի և կայունացուցիչի կորուստները: Եթե ​​դուք աշխատում եք սովորական 12 Վ մարտկոցով, ապա կառավարման էլեկտրոնիկան պետք է կարողանա դիմակայել 5 Ա հոսանքի: Նման էլեկտրոնային սարքերը լայն տարածում ունեն և էժան: Բայց բոլորովին այլ իրավիճակ է առաջանում սուպերկոնդենսատոր օգտագործելիս, որի լարումը 2,5 Վ է: Այնուհետև փոխարկիչի էլեկտրոնային բաղադրիչներով հոսող հոսանքը կարող է հասնել 24 Ա-ի, ինչը պահանջում է նոր մոտեցումներ շղթայի տեխնոլոգիայի և ժամանակակից տարրերի բազայի նկատմամբ: Հենց փոխարկիչի և կայունացուցիչի կառուցման բարդությունն է, որ կարող է բացատրել այն փաստը, որ գերկոնդենսատորները, որոնց սերիական արտադրությունը սկսվել է 20-րդ դարի 70-ական թվականներին, միայն այժմ են սկսել լայնորեն կիրառվել տարբեր ոլորտներում:

Անխափան սնուցման սխեմատիկ դիագրամ
լարումը գերկոնդենսատորների վրա, հիմնական բաղադրիչներն իրականացվում են
LinearTechnology-ի կողմից արտադրված մեկ միկրոսխեմայի վրա

Սուպերկոնդենսատորները կարող են միացվել մարտկոցներին՝ օգտագործելով սերիական կամ զուգահեռ միացումներ: Առաջին դեպքում ավելանում է առավելագույն թույլատրելի լարումը։ Երկրորդ դեպքում՝ հզորություն։ Այս եղանակով առավելագույն թույլատրելի լարման ավելացումը խնդիրը լուծելու ուղիներից մեկն է, բայց դրա համար ստիպված կլինեք վճարել՝ նվազեցնելով հզորությունը:

Գերկոնդենսատորների չափերը բնականաբար կախված են դրանց հզորությունից: 3000 F տարողությամբ տիպիկ գերկոնդենսատորը մոտ 5 սմ տրամագծով և 14 սմ երկարությամբ գլան է: 10 F հզորությամբ գերկոնդենսատորն ունի չափեր, որոնք համեմատելի են մարդու եղունգի հետ:

Լավ սուպերկոնդենսատորները կարող են դիմակայել հարյուր հազարավոր լիցքաթափման ցիկլերի՝ այս պարամետրով մոտ 100 անգամ գերազանցելով մարտկոցները: Բայց, ինչպես էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատորները, գերկոնդենսատորները բախվում են ծերացման խնդրին էլեկտրոլիտի աստիճանական արտահոսքի պատճառով: Առայժմ այս պատճառով գերկոնդենսատորների խափանման վերաբերյալ ամբողջական վիճակագրություն չի կուտակվել, բայց անուղղակի տվյալների համաձայն, գերկոնդենսատորների ծառայության ժամկետը կարող է մոտավորապես գնահատվել 15 տարի:

Կուտակված էներգիա

Կոնդենսատորում պահվող էներգիայի քանակը՝ արտահայտված ջոուլներով.

E = CU 2/2,
որտեղ C-ն հզորությունն է՝ արտահայտված ֆարադներով, U-ը թիթեղների վրա գտնվող լարումն է՝ արտահայտված վոլտերով:

Կոնդենսատորում կուտակված էներգիայի քանակը՝ արտահայտված կՎտժ-ով, հետևյալն է.

W = CU 2 /7200000

Այսպիսով, 3000 F հզորությամբ կոնդենսատորը 2,5 Վ թիթեղների միջև լարմամբ կարող է պահել ընդամենը 0,0026 կՎտժ: Ինչպե՞ս է սա համեմատվում, օրինակ, լիթիում-իոնային մարտկոցի հետ: Եթե ​​նրա ելքային լարումը վերցնենք որպես լիցքաթափման աստիճանից անկախ և հավասար 3,6 Վ, ապա 0,0026 կՎտժ էներգիա կպահվի 0,72 Ահ հզորությամբ լիթիում-իոնային մարտկոցում։ Ավաղ, շատ համեստ արդյունք։

Գերկոնդենսատորների կիրառում

Վթարային լուսավորության համակարգերն այն վայրերն են, որտեղ մարտկոցների փոխարեն գերկոնդենսատորների օգտագործումը իրական տարբերություն է ստեղծում: Փաստորեն, հենց այս հավելվածն է, որը բնութագրվում է անհավասար արտանետմամբ: Բացի այդ, ցանկալի է, որ վթարային լամպը արագ լիցքավորվի, և դրանում օգտագործվող պահեստային էներգիայի աղբյուրը ավելի մեծ հուսալիություն ունենա: Գերկոնդենսատորի վրա հիմնված պահուստային սնուցման աղբյուրը կարող է ուղղակիորեն ինտեգրվել T8 LED լամպի մեջ: Նման լամպեր արդեն արտադրվում են չինական մի շարք ընկերությունների կողմից։

Էլեկտրական LED հողային լույս
արևային մարտկոցներից, էներգիայի պահեստավորում
որում այն ​​իրականացվում է գերկոնդենսատորում

Ինչպես արդեն նշվեց, գերկոնդենսատորների զարգացումը մեծապես պայմանավորված է այլընտրանքային էներգիայի աղբյուրների նկատմամբ հետաքրքրությամբ: Սակայն գործնական կիրառումը դեռևս սահմանափակվում է լուսադիոդային լամպերով, որոնք էներգիա են ստանում արևից:

Էլեկտրական սարքավորումների գործարկման համար գերկոնդենսատորների օգտագործումը ակտիվորեն զարգանում է:

Գերկոնդենսատորներն ունակ են կարճ ժամանակում մեծ քանակությամբ էներգիա մատակարարել։ Էլեկտրական սարքավորումները գործարկման ժամանակ գերկոնդենսատորից սնուցելով՝ էլեկտրական ցանցի գագաթնակետային բեռները կարող են կրճատվել և, ի վերջո, ներխուժման հոսանքի մարժան կարող է կրճատվել՝ հասնելով ծախսերի հսկայական խնայողության:

Մի քանի գերկոնդենսատորներ միավորելով մարտկոցի մեջ՝ մենք կարող ենք հասնել այնպիսի հզորության, որը համեմատելի է էլեկտրական մեքենաներում օգտագործվող մարտկոցների հետ: Բայց այս մարտկոցը կշռում է մի քանի անգամ ավելի, քան մարտկոցը, ինչն անընդունելի է տրանսպորտային միջոցների համար։ Խնդիրը կարելի է լուծել գրաֆենի վրա հիմնված գերկոնդենսատորների միջոցով, սակայն դրանք ներկայումս գոյություն ունեն միայն որպես նախատիպեր: Սակայն հանրահայտ Yo-mobile-ի խոստումնալից տարբերակը, որը սնուցվում է միայն էլեկտրականությամբ, որպես էներգիայի աղբյուր կօգտագործի նոր սերնդի գերկոնդենսատորներ, որոնք մշակվում են ռուս գիտնականների կողմից։

Սուպերկոնդենսատորները կշահեն նաև սովորական բենզինային կամ դիզելային մեքենաներում մարտկոցների փոխարինումը. նման մեքենաներում դրանց օգտագործումն արդեն իրականություն է:

Մինչդեռ գերկոնդենսատորների ներդրման իրականացված նախագծերից ամենահաջողը կարելի է համարել վերջերս Մոսկվայի փողոցներում հայտնված ռուսական արտադրության նոր տրոլեյբուսները։ Երբ լարման մատակարարումը կոնտակտային ցանցին ընդհատվում է կամ երբ ընթացիկ կոլեկտորները «թռչում են», տրոլեյբուսը կարող է ցածր արագությամբ (մոտ 15 կմ/ժ) մի քանի հարյուր մետր շարժվել դեպի մի տեղ, որտեղ այն չի խանգարի երթևեկությանը։ Ճանապարհին. Նման զորավարժությունների համար էներգիայի աղբյուրը գերկոնդենսատորների մարտկոցն է։

Ընդհանուր առմամբ, առայժմ սուպերկոնդենսատորները կարող են մարտկոցները տեղաշարժել միայն որոշակի «խորշերում»: Բայց տեխնոլոգիան արագ զարգանում է, ինչը թույլ է տալիս ակնկալել, որ մոտ ապագայում գերկոնդենսատորների կիրառման շրջանակը զգալիորեն կընդլայնվի։

Մարդիկ առաջին անգամ օգտագործեցին կոնդենսատորներ էլեկտրաէներգիա պահելու համար: Հետո, երբ էլեկտրատեխնիկան դուրս եկավ լաբորատոր փորձերից, հայտնագործվեցին մարտկոցները, որոնք դարձան էլեկտրական էներգիայի պահպանման հիմնական միջոցը։ Սակայն 21-րդ դարի սկզբին կրկին առաջարկվում է օգտագործել կոնդենսատորներ էլեկտրական սարքավորումների սնուցման համար։ Որքանո՞վ է դա հնարավոր, և արդյոք մարտկոցները վերջապես կդառնան անցյալում:

Պատճառը, թե ինչու են կոնդենսատորները փոխարինվել մարտկոցներով, պայմանավորված էր էլեկտրաէներգիայի զգալիորեն ավելի մեծ քանակությամբ, որը նրանք կարող են կուտակել: Մեկ այլ պատճառ էլ այն է, որ լիցքաթափման ժամանակ մարտկոցի ելքի լարումը շատ քիչ է փոխվում, այնպես որ լարման կայունացուցիչը կամ չի պահանջվում, կամ կարող է լինել շատ պարզ դիզայնի:

Կոնդենսատորների և մարտկոցների հիմնական տարբերությունն այն է, որ կոնդենսատորներն ուղղակիորեն պահում են էլեկտրական լիցքը, մինչդեռ մարտկոցները էլեկտրական էներգիան վերածում են քիմիական էներգիայի, պահում այն, այնուհետև քիմիական էներգիան նորից վերածում էլեկտրական էներգիայի:

Էներգետիկ փոխակերպումների ժամանակ դրա մի մասը կորչում է։ Հետևաբար, նույնիսկ լավագույն մարտկոցներն ունեն ոչ ավելի, քան 90% արդյունավետություն, մինչդեռ կոնդենսատորների համար այն կարող է հասնել 99% -ի: Քիմիական ռեակցիաների ինտենսիվությունը կախված է ջերմաստիճանից, ուստի մարտկոցները ցուրտ եղանակին զգալիորեն ավելի վատ են աշխատում, քան սենյակային ջերմաստիճանում: Բացի այդ, մարտկոցներում քիմիական ռեակցիաները լիովին շրջելի չեն: Այստեղից է գալիս լիցքավորման-լիցքաթափման ցիկլերի փոքր թիվը (հազարների կարգով, ամենից հաճախ մարտկոցի կյանքը կազմում է մոտ 1000 լիցքաթափման ցիկլ), ինչպես նաև «հիշողության էֆեկտը»: Հիշեցնենք, որ «հիշողության էֆեկտն» այն է, որ մարտկոցը միշտ պետք է լիցքաթափվի մինչև կուտակված էներգիայի որոշակի քանակություն, այնուհետև դրա հզորությունը կլինի առավելագույնը: Եթե ​​լիցքաթափումից հետո ավելի շատ էներգիա մնա դրա մեջ, ապա մարտկոցի հզորությունը աստիճանաբար կնվազի։ «Հիշողության էֆեկտը» բնորոշ է կոմերցիոն արտադրության գրեթե բոլոր տեսակի մարտկոցներին, բացառությամբ թթուների (ներառյալ դրանց տեսակները՝ գել և AGM): Թեև ընդհանուր առմամբ ընդունված է, որ լիթիում-իոնային և լիթիում-պոլիմերային մարտկոցներում դա չկա, իրականում նրանք էլ ունեն, պարզապես դա ավելի քիչ չափով է դրսևորվում, քան մյուս տեսակներում: Ինչ վերաբերում է թթվային մարտկոցներին, ապա դրանք ցուցադրում են թիթեղների սուլֆացիայի ազդեցությունը, որն անդառնալի վնաս է հասցնում էներգիայի աղբյուրին: Պատճառներից մեկն այն է, որ մարտկոցը երկար ժամանակ մնում է 50%-ից պակաս լիցքավորման վիճակում։

Ինչ վերաբերում է այլընտրանքային էներգիային, ապա «հիշողության էֆեկտը» և թիթեղների սուլֆացումը լուրջ խնդիրներ են: Փաստն այն է, որ էներգիայի մատակարարումը այնպիսի աղբյուրներից, ինչպիսիք են արևային մարտկոցները և հողմային տուրբինները, դժվար է կանխատեսել։ Արդյունքում մարտկոցների լիցքավորումն ու լիցքաթափումը տեղի է ունենում քաոսային՝ ոչ օպտիմալ ռեժիմով։

Կյանքի ժամանակակից ռիթմի համար բացարձակապես անընդունելի է ստացվում, որ մարտկոցները պետք է լիցքավորվեն մի քանի ժամով։ Օրինակ, ինչպե՞ս եք պատկերացնում էլեկտրական մեքենայով երկար տարածություն վարելը, եթե մարտկոցը լիցքավորման կետում ձեզ մի քանի ժամ խրված է պահում: Մարտկոցի լիցքավորման արագությունը սահմանափակվում է նրանում տեղի ունեցող քիմիական գործընթացների արագությամբ։ Դուք կարող եք նվազեցնել լիցքավորման ժամանակը մինչև 1 ժամ, բայց ոչ մի քանի րոպե: Միևնույն ժամանակ, կոնդենսատորի լիցքավորման արագությունը սահմանափակվում է միայն լիցքավորիչի կողմից տրամադրվող առավելագույն հոսանքով:

Մարտկոցների թվարկված թերությունները հրատապ են դարձրել դրա փոխարեն օգտագործել կոնդենսատորներ:

Օգտագործելով էլեկտրական կրկնակի շերտ

Շատ տասնամյակների ընթացքում էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատորներն ունեին ամենաբարձր հզորությունը: Դրանցում թիթեղներից մեկը մետաղյա փայլաթիթեղ էր, մյուսը՝ էլեկտրոլիտ, իսկ թիթեղների միջև մեկուսացումը մետաղի օքսիդ էր, որը պատում էր փայլաթիթեղը։ Էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատորների համար հզորությունը կարող է հասնել հարյուրերորդական ֆարադի, ինչը բավարար չէ մարտկոցը ամբողջությամբ փոխարինելու համար:

Մեծ հզորություն, որը չափվում է հազարավոր ֆարադներով, կարելի է ձեռք բերել այսպես կոչված էլեկտրական կրկնակի շերտի վրա հիմնված կոնդենսատորների միջոցով: Նրանց գործունեության սկզբունքը հետեւյալն է. Էլեկտրական կրկնակի շերտը որոշակի պայմաններում հայտնվում է պինդ և հեղուկ փուլերի նյութերի միջերեսում: Առաջանում են իոնների երկու շերտ՝ հակադիր նշանների լիցքերով, բայց միևնույն մեծությամբ։ Եթե ​​իրավիճակը շատ պարզեցնենք, ապա ձևավորվում է կոնդենսատոր, որի «սալերը» իոնների նշված շերտերն են, որոնց միջև հեռավորությունը հավասար է մի քանի ատոմների։

Այս էֆեկտի վրա հիմնված կոնդենսատորները երբեմն կոչվում են իոնիստորներ: Փաստորեն, այս տերմինը վերաբերում է ոչ միայն կոնդենսատորներին, որոնցում պահվում է էլեկտրական լիցքը, այլ նաև էլեկտրաէներգիայի պահպանման այլ սարքերին՝ էլեկտրական էներգիայի մասնակի փոխակերպմամբ քիմիական էներգիայի, ինչպես նաև էլեկտրական լիցքը (հիբրիդային իոնիստոր) պահելու հետ միասին: կրկնակի էլեկտրական շերտի վրա հիմնված մարտկոցներ (այսպես կոչված կեղծ կոնդենսատորներ): Հետևաբար, ավելի տեղին է «գերկոնդենսատորներ» տերմինը: Երբեմն դրա փոխարեն օգտագործվում է նույնական «ուլտրակենսատոր» տերմինը:

Տեխնիկական իրականացում

Գերկոնդենսատորը բաղկացած է էլեկտրոլիտով լցված ակտիվացված ածխածնի երկու թիթեղից: Դրանց միջև կա թաղանթ, որը թույլ է տալիս էլեկտրոլիտին անցնել, բայց կանխում է ակտիվացված ածխածնի մասնիկների ֆիզիկական շարժումը թիթեղների միջև:

Պետք է նշել, որ գերկոնդենսատորներն իրենք չունեն բևեռականություն: Դրանով նրանք սկզբունքորեն տարբերվում են էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատորներից, որոնք, որպես կանոն, բնութագրվում են բևեռականությամբ, որոնց չհամապատասխանելը հանգեցնում է կոնդենսատորի ձախողման: Այնուամենայնիվ, բևեռականությունը կիրառվում է նաև գերկոնդենսատորների նկատմամբ: Դա պայմանավորված է նրանով, որ գերկոնդենսատորները թողնում են գործարանի հավաքման գիծն արդեն լիցքավորված, և նշումը ցույց է տալիս այս լիցքի բևեռականությունը:

Սուպերկոնդենսատորի պարամետրերը

Առանձին գերկոնդենսատորի առավելագույն հզորությունը, որը ձեռք է բերվել գրելու պահին, 12,000 F է: Զանգվածային արտադրության գերկոնդենսատորների համար այն չի գերազանցում 3,000 F-ը: Թիթեղների միջև առավելագույն թույլատրելի լարումը չի գերազանցում 10 Վ-ը: Կոմերցիոն արտադրության գերկոնդենսատորների համար. Այս ցուցանիշը, որպես կանոն, գտնվում է 2. 3 – 2.7 Վ-ի սահմաններում: Ցածր աշխատանքային լարման համար անհրաժեշտ է օգտագործել կայունացուցիչ ֆունկցիա ունեցող լարման փոխարկիչ: Փաստն այն է, որ լիցքաթափման ժամանակ կոնդենսատորի թիթեղների վրա լարումը փոխվում է լայն տիրույթում: Բեռը և լիցքավորիչը միացնելու համար լարման փոխարկիչ կառուցելը աննշան խնդիր է: Ենթադրենք, դուք պետք է սնուցեք 60 Վտ բեռ:

Խնդրի քննարկումը պարզեցնելու համար մենք անտեսելու ենք լարման փոխարկիչի և կայունացուցիչի կորուստները: Եթե ​​դուք աշխատում եք սովորական 12 Վ մարտկոցով, ապա կառավարման էլեկտրոնիկան պետք է կարողանա դիմակայել 5 Ա հոսանքի: Նման էլեկտրոնային սարքերը լայն տարածում ունեն և էժան: Բայց բոլորովին այլ իրավիճակ է առաջանում սուպերկոնդենսատոր օգտագործելիս, որի լարումը 2,5 Վ է: Այնուհետև փոխարկիչի էլեկտրոնային բաղադրիչներով հոսող հոսանքը կարող է հասնել 24 Ա-ի, ինչը պահանջում է նոր մոտեցումներ շղթայի տեխնոլոգիայի և ժամանակակից տարրերի բազայի նկատմամբ: Հենց փոխարկիչի և կայունացուցիչի կառուցման բարդությունն է, որ կարող է բացատրել այն փաստը, որ գերկոնդենսատորները, որոնց սերիական արտադրությունը սկսվել է 20-րդ դարի 70-ական թվականներին, միայն այժմ են սկսել լայնորեն կիրառվել տարբեր ոլորտներում:

Սուպերկոնդենսատորները կարող են միացվել մարտկոցներին՝ օգտագործելով սերիական կամ զուգահեռ միացումներ: Առաջին դեպքում ավելանում է առավելագույն թույլատրելի լարումը։ Երկրորդ դեպքում՝ հզորություն։ Այս եղանակով առավելագույն թույլատրելի լարման ավելացումը խնդիրը լուծելու ուղիներից մեկն է, բայց դրա համար ստիպված կլինեք վճարել՝ նվազեցնելով հզորությունը:

Գերկոնդենսատորների չափերը բնականաբար կախված են դրանց հզորությունից: 3000 F տարողությամբ տիպիկ գերկոնդենսատորը մոտ 5 սմ տրամագծով և 14 սմ երկարությամբ գլան է: 10 F հզորությամբ գերկոնդենսատորն ունի չափեր, որոնք համեմատելի են մարդու եղունգի հետ:

Լավ սուպերկոնդենսատորները կարող են դիմակայել հարյուր հազարավոր լիցքաթափման ցիկլերի՝ այս պարամետրով մոտ 100 անգամ գերազանցելով մարտկոցները: Բայց, ինչպես էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատորները, գերկոնդենսատորները բախվում են ծերացման խնդրին էլեկտրոլիտի աստիճանական արտահոսքի պատճառով: Առայժմ այս պատճառով գերկոնդենսատորների խափանման վերաբերյալ ամբողջական վիճակագրություն չի կուտակվել, բայց անուղղակի տվյալների համաձայն, գերկոնդենսատորների ծառայության ժամկետը կարող է մոտավորապես գնահատվել 15 տարի:

Կուտակված էներգիա

Կոնդենսատորում պահվող էներգիայի քանակը՝ արտահայտված ջոուլներով.

որտեղ C-ն հզորությունն է՝ արտահայտված ֆարադներով, U-ը թիթեղների վրա գտնվող լարումն է՝ արտահայտված վոլտերով:

Կոնդենսատորում կուտակված էներգիայի քանակը՝ արտահայտված կՎտժ-ով, հետևյալն է.

Այսպիսով, 3000 F հզորությամբ կոնդենսատորը 2,5 Վ թիթեղների միջև լարմամբ կարող է պահել ընդամենը 0,0026 կՎտժ: Ինչպե՞ս է սա համեմատվում, օրինակ, լիթիում-իոնային մարտկոցի հետ: Եթե ​​նրա ելքային լարումը վերցնենք որպես լիցքաթափման աստիճանից անկախ և հավասար 3,6 Վ, ապա 0,0026 կՎտժ էներգիա կպահվի 0,72 Ահ հզորությամբ լիթիում-իոնային մարտկոցում։ Ավաղ, շատ համեստ արդյունք։

Գերկոնդենսատորների կիրառում

Վթարային լուսավորության համակարգերն այն վայրերն են, որտեղ մարտկոցների փոխարեն գերկոնդենսատորների օգտագործումը իրական տարբերություն է ստեղծում: Փաստորեն, հենց այս հավելվածն է, որը բնութագրվում է անհավասար արտանետմամբ: Բացի այդ, ցանկալի է, որ վթարային լամպը արագ լիցքավորվի, և դրանում օգտագործվող պահեստային էներգիայի աղբյուրը ավելի մեծ հուսալիություն ունենա: Գերկոնդենսատորի վրա հիմնված պահուստային սնուցման աղբյուրը կարող է ուղղակիորեն ինտեգրվել T8 LED լամպի մեջ: Նման լամպեր արդեն արտադրվում են չինական մի շարք ընկերությունների կողմից։

Ինչպես արդեն նշվեց, գերկոնդենսատորների զարգացումը մեծապես պայմանավորված է այլընտրանքային էներգիայի աղբյուրների նկատմամբ հետաքրքրությամբ: Սակայն գործնական կիրառումը դեռևս սահմանափակվում է լուսադիոդային լամպերով, որոնք էներգիա են ստանում արևից:

Էլեկտրական սարքավորումների գործարկման համար գերկոնդենսատորների օգտագործումը ակտիվորեն զարգանում է:

Գերկոնդենսատորներն ունակ են կարճ ժամանակում մեծ քանակությամբ էներգիա մատակարարել։ Էլեկտրական սարքավորումները գործարկման ժամանակ գերկոնդենսատորից սնուցելով՝ էլեկտրական ցանցի գագաթնակետային բեռները կարող են կրճատվել և, ի վերջո, ներխուժման հոսանքի մարժան կարող է կրճատվել՝ հասնելով ծախսերի հսկայական խնայողության:

Մի քանի գերկոնդենսատորներ միավորելով մարտկոցի մեջ՝ մենք կարող ենք հասնել այնպիսի հզորության, որը համեմատելի է էլեկտրական մեքենաներում օգտագործվող մարտկոցների հետ: Բայց այս մարտկոցը կշռում է մի քանի անգամ ավելի, քան մարտկոցը, ինչն անընդունելի է տրանսպորտային միջոցների համար։ Խնդիրը կարելի է լուծել գրաֆենի վրա հիմնված գերկոնդենսատորների միջոցով, սակայն դրանք ներկայումս գոյություն ունեն միայն որպես նախատիպեր: Սակայն հանրահայտ Yo-mobile-ի խոստումնալից տարբերակը, որը սնուցվում է միայն էլեկտրականությամբ, որպես էներգիայի աղբյուր կօգտագործի նոր սերնդի գերկոնդենսատորներ, որոնք մշակվում են ռուս գիտնականների կողմից։

Սուպերկոնդենսատորները կշահեն նաև սովորական բենզինային կամ դիզելային մեքենաներում մարտկոցների փոխարինումը. նման մեքենաներում դրանց օգտագործումն արդեն իրականություն է:

Մինչդեռ գերկոնդենսատորների ներդրման իրականացված նախագծերից ամենահաջողը կարելի է համարել վերջերս Մոսկվայի փողոցներում հայտնված ռուսական արտադրության նոր տրոլեյբուսները։ Երբ լարման մատակարարումը կոնտակտային ցանցին ընդհատվում է կամ երբ ընթացիկ կոլեկտորները «թռչում են», տրոլեյբուսը կարող է ցածր արագությամբ (մոտ 15 կմ/ժ) մի քանի հարյուր մետր շարժվել դեպի մի տեղ, որտեղ այն չի խանգարի երթևեկությանը։ Ճանապարհին. Նման զորավարժությունների համար էներգիայի աղբյուրը գերկոնդենսատորների մարտկոցն է։

Ընդհանուր առմամբ, առայժմ սուպերկոնդենսատորները կարող են մարտկոցները տեղաշարժել միայն որոշակի «խորշերում»: Բայց տեխնոլոգիան արագ զարգանում է, ինչը թույլ է տալիս ակնկալել, որ մոտ ապագայում գերկոնդենսատորների կիրառման շրջանակը զգալիորեն կընդլայնվի։

Ալեքսեյ Վասիլև