Ионисторы, или суперконденсаторы, становятся все более важной технологией для хранения и управления энергией. Эти устройства обладают уникальными свойствами: высокой скоростью зарядки и разрядки, долговечностью и компактностью. Но что делает их настолько перспективными?

Принцип работы ионисторов

Ионистор сочетает в себе особенности конденсатора и аккумулятора. В отличие от обычных конденсаторов, которые используют твердые диэлектрики, ионисторы используют электролит — жидкость или гель, что увеличивает поверхность электродов и, как следствие, емкость устройства. Это позволяет хранить больше энергии при компактных размерах и быстро передавать заряд.

История ионисторов

Концепция ионисторов начала развиваться в 1950-х годах, но значительные шаги были сделаны лишь в 1970-х. Применение углеродных материалов, таких как активированный уголь и углеродные нанотрубки, значительно улучшило характеристики устройств, а современные материалы, включая графен, сделали их еще более эффективными.

Современные технологии

Ключевыми достижениями стали:

1. Наноматериалы: Графен и углеродные нанотрубки увеличивают площадь поверхности электродов и, соответственно, емкость.

2. Электролиты: Современные ионные жидкости обеспечивают улучшенную проводимость и стабильность.

3. Теплоотдача: Совершенствование систем теплоотведения позволяет избежать перегрева при интенсивной зарядке и разрядке.

Применения ионисторов

Сегодня ионисторы находят применение в самых разных областях:

1. Электрический транспорт: В гибридных и электрических автомобилях ионисторы используются для быстрого восстановления энергии при торможении.

2. Энергетика: Ионисторы помогают стабилизировать напряжение в системах солнечной и ветровой энергетики.

3. Гаджеты: В устройствах, таких как смартфоны и ноутбуки, ионисторы могут улучшить работу аккумуляторов, ускоряя их зарядку.

4. Резервные источники питания: Ионисторы применяются в бесперебойных источниках питания, обеспечивая мгновенную подачу энергии.

Преимущества и ограничения

Преимущества:

• Быстрая зарядка и разрядка: Ионисторы могут заряжаться и разряжаться за секунды.

• Долговечность: Миллионы циклов зарядки и разрядки без потери емкости.

• Экологичность: Меньше вредных материалов по сравнению с традиционными батареями.

Ограничения:

• Низкая удельная энергия: Ионисторы не могут хранить столько энергии, сколько обычные аккумуляторы.

• Стоимость: Высокая стоимость материалов ограничивает массовое производство.

Будущее

С развитием технологий и материалов, ионисторы станут более эффективными и дешевыми. Они откроют новые горизонты для решения задач энергоснабжения, станут неотъемлемой частью возобновляемых источников энергии и электромобилей, а также могут сыграть ключевую роль в создании устойчивых и экологичных энергетических систем.

Источник

Японская компания Spacelink Inc недавно продемонстрировала опытный образец созданного ее специалистами двухслойного электрического конденсатора (electric double-layer capacitor, EDLC), показатель энергетической плотности которого составляет 150 Вт*ч/л, что эквивалентно аналогичному параметру литий-ионных аккумуляторных батарей.

В качестве материала электродов этого суперконденсатора использованы углеродные нанотрубки и оксиды определенных металлов. А высокая скорость, с которой новый конденсатор может принимать и отдавать накопленную энергию, делает его идеальным вариантом для использования в качестве буферного элемента в регенеративных тормозных системах электрических автомобилей, в беспилотниках и т.п.

В настоящее время компания Spacelink Inc уже выпускает суперконденсаторы, в которых не используются оксиды металлов и которые имею значение показателя плотности хранения энергии в 55 Вт*ч/л. Взяв за основу конструкцию таких конденсаторов, специалисты компании добавили слой оксидов, который наносится на поверхность электродов. Этот слой является не просто еще одним изоляционным или связующим слоем, его материал принимает участие в окислительно-восстановительных процессах, протекающих внутри конденсатор. Из-за этого новый суперконденсатор нельзя назвать конденсатором в традиционном смысле, на самом деле он является гибридом, имеющим некоторые черты, как конденсатора, так и аккумуляторной батареи.

Как уже упоминалось выше, специалисты компании Spacelink Inc в качестве положительного и отрицательного электродов конденсатора использовали однослойные углеродные нанотрубки, материал из которых выпускается в промышленных масштабах компанией Zeon Corp. Материал электродов был изготовлен из порошка, состоящего из чистых углеродных нанотрубок, который был размешан в специальном связующем растворе. После высыхания жидкости, состав которой подбирался очень долго и скрупулезно, остается очень тонкая и прочная токопроводящая "нанотрубочная" пленка.

"Нанотрубки обладают большой прочностью и высокими "связующими" свойствами" пишут представители компании Spacelink Inc, - "Когда они смешиваются с жидкостью, и все это высыхает, получается лист прочного токопроводящего материала. Однако, электролит не очень хорошо проникает внутрь таких листов и они не могут использоваться в качестве электродов эффективных конденсаторов. Нам же удалось найти такой состав растворителя, при высыхании которого между сцепленными нанотрубками остаются достаточно большие зазоры, позволяющие электролиту беспрепятственно проникать внутрь и служит в качестве среды для переноса электрических зарядов".

Между слоями электродов был размещен разделительный слой, и несколько таких "пакетов" были сложены в один многослойный "бутерброд". В результате всего этого получился супеконденсатор, имеющий следующие параметры: емкость - 650 Фарад, объем - 0.52 литра, вес - 500 грамм и энергетическая плотность - 58 Вт*ч/кг.

http://www.kramola.info/vesti/novosti/yaponcy-sozdali-superk...