Главная » Справочник » Начало. Основы.

Суперконденсатор
111

Суперконденсатор
   Как известно, электрическая емкость Земли составляет порядка 700 мкф. Обыкновенный конденсатор такой же емкости будет размером и по весу с кирпич. Но существуют конденсаторы сопоставимой с емкостью Земли размером с песчинку. Такие приборы получили название ионисторы или иониксы. Также их нередко называют суперконденсаторами.
   Сейчас такие конденсаторы можно купить в магазине. Например, ионистр величиной с монету «весит» одну фараду. Это в 1500 раз больше емкости нашей планеты и почти сравнимо с емкостью Юпитера – самой большой планеты Солнечной системы.
   Чтобы понять, насколько велика или мала, энергия, имеющаяся в ионисторе, сравним на одном простом примере.
Если конденсаторы умели прыгать, то энергии, отдаваемой от обычного конденсатора хватило для того, чтобы он подпрыгнул на высоту до полутора метров. Маленький же ионикс типа 58-9В, весящий 0,5 г, при заряде 1 В, подпрыгнул бы до высоты 293 м!
   Некоторые люди думают, что ионисторами можно заменить автомобильный аккумулятор. Но пока это невозможно. Ионистр весом в 1 кг может накопить 3000 Дж энергии, а самый захудалый аккумулятор  - 86400 Дж, т. е. в 28 раз больше. Но аккумулятор быстро портится, если надо отдать большую мощность за короткое время, да и разряжается только до половины. Ионистр может многократно и без всякого ущерба для себя отдавать любую мощность. Также, для зарядки ионистора достаточно несколько секунд, чего не скажешь о аккумуляторах.
   Иониксы хороши как источники питания таких устройств, кратковременно, но довольно часто потребляющих высокую мощность: электронная аппаратура, карманные фонари, автомобильные стартеры, электрические отбойные молоки. Также ионистр может применяться и в военных целях в качестве источника питания электромагнитных орудий. А если к ионистору добавить небольшую электростанцию, можно создать автомобиль с электроприводом колес, в котором расход топлива будет 1-2 л на 100 км.
   Ионисторы хоть и есть в продаже, но стоят они не дешево. Так, что если Вам интересно и есть время, можно попробовать изготовить его самостоятельно. Но для начала немного теории.
   Из электрохимии нам известно, что если погрузить металл в воду, то на поверхности его образуется двойной электрический слой. Этот слой состоит из разноименных электрических зарядов: ионов и электронов, между которыми существуют силы взаимного притяжения. Но сблизиться заряды не могут, так как мешают силы притяжения молекул металла и воды. По своей сути двойной электрический слой это и есть конденсатор. Расположенные на его поверхности заряды служат в качестве обкладок. Из курса физики мы знаем, что чем меньше расстояние между обкладками конденсатора, тем выше емкость. А так как в двойном электрическом слое расстояние между зарядами очень мало, то к примеру, погруженная в воду обыкновенная стальная спица будет иметь емкость несколько мкФ.
   По своей сути ионистр представляет собой две погруженные в электролит электродов с большой площадью. А на поверхности этих электродов под действием напряжения получается двойной электрический слой. Для изготовления больших емкостей применяются электроды из пористых материалов, дабы иметь большую поверхность соприкосновения при внешних незначительных размерах.
    Были испробованы разные металлы , но на эту роль лучше всего подошел активированный уголь. Площадь поверхности его пор объемом всего 1см³ может достигать тысячи квадратных метров, а емкость двойного слоя – десяти фарад!
   На рисунке 1 показано устройство ионистора, состоящего из двух металлических пластин, плотно прижатых к прослойке из активированного угля. Уголь уложен двумя слоями, между которыми помещен тонкий разделительный слой диэлектрика. Все это пропитано электролитом.
   В процессе зарядки ионикса в одной половинке на порах угля получается двойной электрический слой , имеющий на поверхности электроны, а в другой будут положительные ионы. При прекращении зарядки электроны и ионы перетекают друг к другу, в результате чего образуются нейтральные атомы металла и накопленный заряд уменьшается и с течением времени доходит до нуля.
   Для предотвращения саморазряда между слоями активированного угля вводят разделительный слой. В качестве разделительного слоя могут служить тонкие пластиковые пленки, бумага и даже вата.
В любительских ионисторах на роль электролита применяют 25%-ый раствор поваренной соли или 27%-ый раствор КОН.

   Электродами служат медные пластины с припаянными к ним проводами. Сначала пластины зачищают от окисей. Лучше воспользоваться наждачной шкуркой крупной зернистости. Царапины, получающиеся при этом нужны для лучшего сцепления меди с углем. Далее пластины обезжиривают в два этапа. Сперва их промывают с мылом, а после натирают зубным порошком и смывают водой. После обезжиривания прикасаться руками к пластинам не рекомендуется.
   Активированный уголь, который Вы купите в аптеке, разотрите в ступке и смешайте с электролитом, чтобы получилась густая паста. Этой пастой тщательно намазывают пластины.
   Для первого испытания пластины с бумажной прокладкой кладем одна на другую. Далее пробуем зарядить. Зарядка должна производиться напряжением не более 1 В. В противном случае начнется выделение газов водорода и кислорода, которые разрушают угольные электроды и наше устройство как конденсатор работать не будет.
   Подробности для любознательных.
   При зарядке пластин напряжением более 1,2 В ионистр становится газовым аккумулятором. Этот прибор, также состоит из активированного угля и двух электродов, однако конструктивно он выглядит иначе (см. рис. 2). Бурут два угольных стержня от старого гальванического элемента и вокруг них обвязывают с активированным углем марлевые мешочки. Электролитом служит раствор КОН (если применять раствор поваренной соли, то при ее разложении  будет вылеляться хлор).

   Энергоемкость газового аккумулятора может достигать 36000 ДЖ/кг, или 10 Вт-ч/кг. Это в 10 раз больше, чем у ионистора, однако в 2,5 раза меньше свинцового аккумулятора. Но еще газовый аккумулятор выполняет роль не только аккумулятора, это еще и своеобразный топливный элемент. При зарядке выделяющиеся газы – водород и кислород «оседают» на поверхности активированного угля. А при разрядке эти газы соединяются, образуя воду и электрический ток. Однако, такой процесс без катализатора происходит очень медленно. А в качестве катализатора, как выясняется, может служить только платина… Так что газовый аккумулятор в отличие от ионистора не может давать большие токи.
   А вот изобретатель А. Г. Пресняков из Москвы применил газовый аккумулятор для запуска автомобиля. Конечно, его ахиллесовой пятой был большой вес – чуть ли не втрое больше обычного. Но низкая стоимость, отсутствие вредных материалов (кислота, свинец) все это было очень заманчивым.
   Однако газовый аккумулятор простой конструкции быстро разряжается (4-6 ч). Но по дальнейшим опытам Преснякова, можно судить, что такой недостаток устранить возможно.
   И хотя в настоящее время газовые аккумуляторы не получили широкого применения, они применяются в некоторых спутниках. Мощные, надежные, легкие, где процесс происходит под давлением под 100 атм., где в роли поглотителя газов является губчатый никель, работающий катализатором. Устройство помещено в сверхлегкий баллон из углепластика. Получились аккумуляторы до четырех раз мощнее свинцовых. Электромобиль смог бы на них пройти до 600 км. Но… Но пока они дороги.
По материалам журналов «Юный техник»




Категория: Начало. Основы. | Добавил: Электрик (16.01.2014)
Просмотров: 5208 | Теги: суперконденсатор, ионикс, газовый аккумулятор, ионистр | Рейтинг: 3.7/3
Интересное и полезное.

Всего комментариев: 0
avatar