Электротранспорт

Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь.

Расширенный поиск    

Новости:

Страницы: 123 ... 8>>Вниз

Автор Тема: Суперконденсатор — ионистор  (Прочитано 93572 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Alex_Soroka

  • Старожил
  • *****
  • Репутация:
    +276/-64
  • :
    955
    1157
  • Сообщений: 7232
  • Киев
  • Основатель секты ЗУС :-)
  • Оффлайн Оффлайн
    • Адаптивная зарядка АКБ
    • Награды
Электрическая емкость земного шара, как известно из курса физики, составляет примерно 700 мкФ. Обычный конденсатор такой емкости можно сравнить по весу и объему с кирпичом. Но есть и конденсаторы с электроемкостью земного шара, равные по своим размерам песчинке.

Появились такие приборы сравнительно недавно, лет двадцать назад. Их называют по-разному: ионисторами, иониксами или просто суперконденсаторами.

Не думайте, что они доступны лишь каким-то аэрокосмическим фирмам высокого полета. Сегодня можно купить в магазине ионистор размером с монету и емкостью в одну фараду, что в 1500 раз больше емкости земного шара и близко к емкости самой большой планеты Солнечной системы — Юпитера.

Любой конденсатор запасает энергию. Чтобы понять, сколь велика или мала энергия, запасаемая в ионисторе, важно ее с чем-то сравнить. Вот несколько необычный, зато наглядный способ.

Энергии обычного конденсатора достаточно, чтобы он мог подпрыгнуть примерно на метр-полтора. Крохотный ионистор типа 58?9В, имеющий массу 0,5 г, заряженный напряжением 1 В, мог бы подпрыгнуть на высоту 293 м!

Иногда думают, что ионисторы способны заменить любой аккумулятор. Журналисты живописали мир будущего с бесшумными электромобилями на суперконденсаторах. Но пока до этого далеко. Ионистор массой в один кг способен накопить 3000 Дж энергии, а самый плохой свинцовый аккумулятор — 86 400 Дж — в 28 раз больше. Однако при отдаче большой мощности за короткое время аккумулятор быстро портится, да и разряжается только наполовину. Ионистор же многократно и без всякого вреда для себя отдает любые мощности, лишь бы их могли выдержать соединительные провода. Кроме того, ионистор можно зарядить за считаные секунды, а аккумулятору на это обычно нужны часы.

Это и определяет область применения ионистора. Он хорош в качестве источника питания устройств, кратковременно, но достаточно часто потребляющих большую мощность: электронной аппаратуры, карманных фонарей, автомобильных стартеров, электрических отбойных молотков. Ионистор может иметь и военное применение как источник питания электромагнитных орудий. А в сочетании с небольшой электростанцией ионистор позволяет создавать автомобили с электроприводом колес и расходом топлива 1—2 л на 100 км.

Ионисторы на самую разную емкость и рабочее напряжение есть в продаже, но стоят они дороговато. Так что если есть время и интерес, можно попробовать сделать ионистор самостоятельно. Но прежде чем дать конкретные советы, немного теории.

Из электрохимии известно: при погружении металла в воду на его поверхности образуется так называемый двойной электрический слой, состоящий из разноименных электрических зарядов — ионов и электронов. Между ними действуют силы взаимного притяжения, но заряды не могут сблизиться. Этому мешают силы притяжения молекул воды и металла. По сути своей двойной электрический слой не что иное, как конденсатор. Сосредоточенные на его поверхности заряды выполняют роль обкладок. Расстояние между ними очень мало. А, как известно, емкость конденсатора при уменьшении расстояния между его обкладками возрастает. Поэтому, например, емкость обычной стальной спицы, погруженной в воду, достигает нескольких мФ.

По сути своей ионистор состоит из двух погруженных в электролит электродов с очень большой площадью, на поверхности которых под действием приложенного напряжения образуется двойной электрический слой. Правда, применяя обычные плоские пластины, можно было бы получить емкость всего лишь в несколько десятков мФ. Для получения же свойственных ионисторам больших емкостей в них применяют электроды из пористых материалов, имеющих большую поверхность пор при малых внешних размерах.

На эту роль были перепробованы в свое время губчатые металлы от титана до платины. Однако несравненно лучше всех оказался... обычный активированный уголь. Это древесный уголь, который после специальной обработки становится пористым. Площадь поверхности пор 1 см3 такого угля достигает тысячи квадратных метров, а емкость двойного электрического слоя на них — десяти фарад!


Самодельный ионистор На рисунке 1 изображена конструкция ионистора. Он состоит из двух металлических пластин, плотно прижатых к «начинке» из активированного угля. Уголь уложен двумя слоями, между которыми проложен тонкий разделительный слой вещества, не проводящего электроны. Все это пропитано электролитом.

При зарядке ионистора в одной его половине на порах угля образуется двойной электрический слой с электронами на поверхности, в другой — с положительными ионами. После зарядки ионы и электроны начинают перетекать навстречу друг другу. При их встрече образуются нейтральные атомы металла, а накопленный заряд уменьшается и со временем вообще может сойти на нет.

Чтобы этому помешать, между слоями активированного угля и вводится разделительный слой. Он может состоять из различных тонких пластиковых пленок, бумаги и даже ваты.
В любительских ионисторах электролитом служит 25%-ный раствор поваренной соли либо 27%-ный раствор КОН. (При меньших концентрациях не сформируется слой отрицательных ионов на положительном электроде.)

В качестве электродов применяют медные пластины с заранее припаянными к ним проводами. Их рабочие поверхности следует очистить от окислов. При этом желательно воспользоваться крупнозернистой шкуркой, оставляющей царапины. Эти царапины улучшат сцепление угля с медью. Для хорошего сцепления пластины должны быть обезжирены. Обезжиривание пластин производится в два этапа. Вначале их промывают мылом, а затем натирают зубным порошком и смывают его струей воды. После этого прикасаться к ним пальцами не стоит.

Активированный уголь, купленный в аптеке, растирают в ступке и смешивают с электролитом до получения густой пасты, которой намазывают тщательно обезжиренные пластины.

При первом испытании пластины с прокладкой из бумаги кладут одна на другую, после этого попробуем его зарядить. Но здесь есть тонкость. При напряжении более 1 В начинается выделение газов Н2, О2. Они разрушают угольные электроды и не позволяют работать нашему устройству в режиме конденсатора-ионистора.

Поэтому мы должны заряжать его от источника с напряжением не выше 1 В. (Именно такое напряжение на каждую пару пластин рекомендовано для работы промышленных ионисторов.)

Подробности для любознательных


При напряжении более 1,2 В ионистор превращается в газовый аккумулятор. Это интересный прибор, тоже состоящий из активированного угля и двух электродов. Но конструктивно он выполнен иначе (см. рис. 2). Обычно берут два угольных стержня от старого гальванического элемента и обвязывают вокруг них марлевые мешочки с активированным углем. В качестве электролита употребляется раствор КОН. (Раствор поваренной соли применять не следует, поскольку при ее разложении выделяется хлор.)

Энергоемкость газового аккумулятора достигает 36 000 Дж/кг, или 10 Вт-ч/кг. Это в 10 раз больше, чем у ионистора, но в 2,5 раза меньше, чем у обычного свинцового аккумулятора. Однако газовый аккумулятор — это не просто аккумулятор, а очень своеобразный топливный элемент. При его зарядке на электродах выделяются газы — кислород и водород. Они «оседают» на поверхности активированного угля. При появлении же тока нагрузки происходит их соединение с образованием воды и электрического тока. Процесс этот, правда, без катализатора идет очень медленно. А катализатором, как выяснилось, может быть только платина... Поэтому, в отличие от ионистора, газовый аккумулятор большие токи давать не может.

Тем не менее, московский изобретатель А.Г. Пресняков (http://chemfiles.narod.ru/hit/gas_akk.htm) успешно применил для запуска мотора грузовика газовый аккумулятор. Его солидный вес — почти втрое больше обычного — в этом случае оказался терпим. Зато низкая стоимость и отсутствие таких вредных материалов, как кислота и свинец, казалось крайне привлекательным.

Газовый аккумулятор простейшей конструкции оказался склонен к полному саморазряду за 4—6 часов. Это и положило конец опытам. Кому же нужен автомобиль, который после ночной стоянки нельзя завести?

И все же «большая техника» про газовые аккумуляторы не забыла. Мощные, легкие и надежные, они стоят на некоторых спутниках. Процесс в них идет под давлением около 100 атм, а в качестве поглотителя газов применяется губчатый никель, который при таких условиях работает как катализатор. Все устройство размещено в сверхлегком баллоне из углепластика. Получились аккумуляторы с энергоемкостью почти в 4 раза выше, чем у аккумуляторов свинцовых. Электромобиль мог бы на них пройти около 600 км. Но, к сожалению, пока они очень дороги.

Ссылки:
«Радио», 1955, №06. [Djv-ZIP] Журнал.
http://publ.lib.ru/ARCHIVES/R/%27%27Radio%27%27/%27%27Radio%27%27,1955,N06.%5Bdjv%5D.zip
А.ПРЕСНЯКОВ - Газовые элементы и аккумуляторы (страница 51 журнала)


Новые способы зарядки и восстановления свинцовых аккумуляторов:
http://adopt-zu.soroka.org.ua/index.html

qxov

  • Модератор
  • Местный
  • *****
  • Репутация:
    +35/-1
  • :
    61
    43
  • Сообщений: 561
  • Санкт-Петербург, Россия
  • Оффлайн Оффлайн
    • Награды
Ионистор
« Ответ #1 : 09 Сен 2009 в 00:29 »

Поделитесь, пожалуста, опытом эксплуатации ионисторов. Предположим, гипотетический электромобиль с массой M кг, двигавшийся со скорость V км/ч замедляется, применя рекуперативное торможение до полной остановки. Какова необходима емкость ионистра, чтобы всю эту энергию аккуратно принять?

Или по-другому: какой ионистор ставить, скажем, на таврию или ушастого и имеет ли смысл его использование вообще?

Peoner

  • Старожил
  • *****
  • Репутация:
    +176/-51
  • :
    187
    258
  • Сообщений: 6159
  • Ульяновск
  • Натяну панаму я на свою на голову
  • Оффлайн Оффлайн
    • велофорум Ульяновска
    • Награды
Re: Ионистор
« Ответ #2 : 09 Сен 2009 в 08:47 »
листал я эту тему в и-нете...
ионисторы на требуемое напряжение а именно от 36 В и выше - имеют немалый размер и вес. и КПД их использования таков же как и кпд самой рекупирации или сопоставим... по закому кпд рекупирации и кпд использования ионистора умножаются и в итоге....... получаем мизер

мне более привлекательным видится установка большой емкости на питающий аккум, что позволит НЕ просаживать напряжение при больших крутящих моментах (подъем в гору, троганье почти с места без педалей и т.д.)

Раньше я выбирал самый короткий путь, а теперь - где меньше ям. http://forum.simbike.ru

i

  • Администратор
  • Старожил
  • *
  • Репутация:
    +265/-2
  • :
    58
    431
  • Сообщений: 3112
  • Иваново
  • Оффлайн Оффлайн
    • Награды
Re: Ионистор
« Ответ #3 : 09 Сен 2009 в 09:40 »
..Предположим, гипотетический электромобиль с массой M кг, двигавшийся со скорость V км/ч замедляется, применя рекуперативное торможение до полной остановки. Какова необходима емкость ионистра, чтобы всю эту энергию аккуратно принять?
Тело массой m, двигающееся со скоростью V имеет кинетическую энергию K=mV2/2
Энергия заряженного конденсатора W=CU2/2.
Что бы поглотить кинетическую энергию рекуперативным торможением, нужна соответствующая ёмкость, способная вместить такое количество, т.е. W=К или CU2/2=mV2/2.
Тогда: C=mV2/U2. Считаем в СИ (кг, м/сек, вольты), получаем Фарады.

inerton

  • Начинающий
  • *
  • Репутация:
    +1/-0
  • :
    0
    1
  • Сообщений: 20
  • Калуга
  • Оффлайн Оффлайн
    • Награды
Re: Ионистор
« Ответ #4 : 22 Окт 2009 в 20:50 »
А ещё надо учесть что максимальное напряжение ионистора 5В. Следовательно чтоб подключить ионисторы к двигателю/генератору их надо соединить последовательно, чтоб напряжение этой батареи ионисторов было чуть больше ЭДС генератора на максимальной скорости (при U=36В n=36/5~8шт). А при последовательном соединении конденсаторов суммарная ёмкость расчитывается по формуле 1/Ссум=1/C1*1/C2*...1/Cn то есть при C1=C2=Cn Cсумионист/n    при    Сионист=1Ф    Cсум=1Ф/8шт=125000мкФ   следовательно если по расчётам вам требуется ёмкость 1Ф при напряжении 36В, то потребуется 8 батарей ионисторов по 8 шт в каждой, итого 64 шт.
Лучше использовать LiFePO4 аккумуляторы, у них номинальный ток зарядки от 5С до 8С.

LW6600

  • Гость
Re: Суперконденсатор — ионистор
« Ответ #5 : 07 Июл 2010 в 16:22 »
Полазив по Инету, сделал вывод, что если запаралелить ионистор и батарею,
то пока ионистор не разрядится, просадки напряжения практически не будет.
Что очень хорошо при старте и разгоне.

Назрел вопрос.Емкость ионистора - он должна как-то сочетаться с емкостью батареи,
или чем больше, тем лучше?

Alex_Soroka

  • Старожил
  • *****
  • Репутация:
    +276/-64
  • :
    955
    1157
  • Сообщений: 7232
  • Киев
  • Основатель секты ЗУС :-)
  • Оффлайн Оффлайн
    • Адаптивная зарядка АКБ
    • Награды
Re: Суперконденсатор — ионистор
« Ответ #6 : 07 Июл 2010 в 17:40 »
Полазив по Инету, сделал вывод, что если запаралелить ионистор и батарею,
то пока ионистор не разрядится, просадки напряжения практически не будет.
Что очень хорошо при старте и разгоне.

Назрел вопрос.Емкость ионистора - он должна как-то сочетаться с емкостью батареи, или чем больше, тем лучше?

забудьте про ионисторы.
уже пережевали раза три - и вывод: сильно дорого и мало толку, проще нарастить АКБ.

Новые способы зарядки и восстановления свинцовых аккумуляторов:
http://adopt-zu.soroka.org.ua/index.html

LICC

  • Администратор
  • Старожил
  • *
  • Репутация:
    +186/-1
  • :
    4
    331
  • Сообщений: 2335
  • г.Губкин
  • Оффлайн Оффлайн
    • Награды
Re: Суперконденсатор — ионистор
« Ответ #7 : 07 Июл 2010 в 21:09 »
Я лет 6 назад пробовал такое дело, уже гдето тут фотку выкладывал-ионистор на 120В паралельно аккумам, толку никакого, у высоковольтного(48в и выше) ионистора вн. сопротивление больше, чем у современных АГМ кислотников, и тем более у лития. Я на ионисторе без аккумов даже из подземного гаража выехать не мог из за падения напряжения. Есть ионисторы с очень малым вн.сопротивлением для автоЗвука, но они стоят на порядок дороже лития и имеют падающую ВАХ по времени, в отличии от аккумов.
КОРЧЕ ЗАБЫВАЕМ ПРО ИОНИСТОРЫ. ОНИ УЖЕ НАМ НЕ НУЖНЫ!!!

ездю на батарейках(с) http://evr-lab.pro/

sykt

  • Ветеран электротранспорта
  • Старожил
  • ********
  • Репутация:
    +66/-0
  • :
    2
    24
  • Сообщений: 1947
  • Сыктывкар
  • Наша родина Советский Союз
  • Оффлайн Оффлайн
    • Популяризация технического творчества
    • Награды
Re: Суперконденсатор — ионистор
« Ответ #8 : 07 Июл 2010 в 21:43 »
КОРЧЕ ЗАБЫВАЕМ ПРО ИОНИСТОРЫ. ОНИ УЖЕ НАМ НЕ НУЖНЫ!!!
Присоединился к мнению.
Эксперименты коллег показывают, что емкость ионисторов способна уменьшить пульсации питающего
напряжения при работе ШИМ контроллера.
А кому они мешают эти пульсации. Аккумуляторам вред не столь уж и велик, чтобы тратить деньги на ионисторы.

Сайт популяризации технического творчества: http://samodelkin.komi.ru/index1.html

faarra

Re: Суперконденсатор — ионистор
« Ответ #9 : 22 Июл 2010 в 20:15 »
а для рекуперации ионистор подходит?

JeikiS

Re: Ионистор
« Ответ #10 : 11 Авг 2010 в 13:13 »
Тогда: C=mV2/U2. Считаем в СИ (кг, м/сек, вольты), получаем Фарады.

Гипотетически: 150кг*20км/ч2/48В2 = 26 фарад  :bv:
этож сколько энергии даром расходуетсо...

Остаются логичные вопросы:
как эту сладость собирать?
сколько будет стоить и !главное! весить матрица из ионистров способная все это дело впитать?

Вобще, думаю имеет смысл использование ионистров в любом случае, импульсно заряжая их от АКБ, непреднозначенной для огромных токов разряда(20-30А при наборе скорости), тревожит только вопрос рентабельности данного решения...

1,8 Ф 5,5в ИОНИСТОР 5R5D20F180V   44р.

48/5,5 = 10 штук (с запасом по макс характеристике)
получаем емкость равную 0,18 Ф, что по моим прикидкам должно дать ток в 1,2 сек в 1А

нелепо конечно, хотя я может гдето ошибаюсь... получается что для разгона после торможения нам понадобиться примерно 40 таких коплектов(по 440р) чтоб получить ток 20А в течении 2,5 сек.
17 600 р.  :bl: + изготовление матрицы из 400 ионистров :) да чтоб они еще и заряжались грамотно все...

Идея очень хорошая, но в силу неготовности рынка обеспечить потребность, утопична.

i

  • Администратор
  • Старожил
  • *
  • Репутация:
    +265/-2
  • :
    58
    431
  • Сообщений: 3112
  • Иваново
  • Оффлайн Оффлайн
    • Награды
Re: Ионистор
« Ответ #11 : 11 Авг 2010 в 13:44 »
Тогда: C=mV2/U2. Считаем в СИ (кг, м/сек, вольты), получаем Фарады.
Гипотетически: 150кг*20км/ч2/48В2 = 26 фарад  :bv:
...
20 км/ч = 20000/3600=5,5(5) м/сек

150кг*5.6м/с2/48В2=2 фарады

FAS_r7

  • ЭЧ, электротранспорт в крови
  • Старожил
  • *
  • Репутация:
    +292/-0
  • :
    3353
    566
  • Сообщений: 3955
  • Москва_Хамовники
  • Молния с эбонитовым ускорителем - круче только горы в которых еще на катал )))
  • Оффлайн Оффлайн
    • Награды
Re: Ионистор
« Ответ #12 : 11 Авг 2010 в 15:40 »
1,8 Ф 5,5в ИОНИСТОР 5R5D20F180V   44р.

48/5,5 = 10 штук (с запасом по макс характеристике)
получаем емкость равную 0,18 Ф, что по моим прикидкам должно дать ток в 1,2 сек в 1А
 Цена адская. Вес тоже.  Об этом в  этой ветке уже писали. 
Да и взять с них Вам удастся только несколько процентов запаса энергии, т.к. напряжение начнёт сразу же падать.

TRO

  • Старожил
  • *****
  • Репутация:
    +193/-49
  • :
    551
    885
  • Сообщений: 6165
  • Украина, г. Запорожье.
  • Онлайн Онлайн
    • Награды
Re: Ионистор
« Ответ #13 : 11 Авг 2010 в 19:21 »
При торможении рекуперативное напряжение с мотора будет с максимального падать к минимальному.
При заряде ионисторов напряжение наоборот растёт, с минимального до максимального.
Это же какой хитрый и мощный преобразователь надо городить, ахтунг просто.


Wahoo 2012 29er, +собран складной двухосис на раме"Land Rover" 69er с эл. мотором.

MarkIV

  • Начинающий
  • *
  • Репутация:
    +1/-0
  • :
    0
    0
  • Сообщений: 6
  • Краснодар
  • Оффлайн Оффлайн
    • Награды
Re: Ионистор
« Ответ #14 : 11 Авг 2010 в 21:25 »
Приветствую! Позвольте присоединится к сообществу.
По теме топика несколько дополнений.
Заряд накопленный в конденсаторе:
                                   Q = C*U
где C - емкость в фарадах, Q - заряд в кулонах, U - напряжение в вольтах.
Идем далее. 1 кулон равен количеству электричества, проходящего через поперечное сечение проводника
при силе тока 1 А за время 1 с. Что это значит с практической точки зрения?
Например при емкости конденсатора 1Ф и напряжении на нем 48В он
имеет заряд Q = C*U =1*48 = 48 кулон и в течение 1с может отдавать ток 48 ампер, или 48 сек может отдавать 1 ампер.
Или в течение 1 сек отдать ток 12 ампер, при этом напряжение на нем упадет с 48 вольт до 36 вольт.

JeikiS

Re: Ионистор
« Ответ #15 : 12 Авг 2010 в 04:14 »
А если взять такой: 5 фарадх20В * 3 = 1,67 фарада стоимостью 9 тысяч
а если еще без блестящего корпуса и электронного вольтметра то и подешевле получится...

при полной зарядке мы получаем 100 Амперсекунд => 30 ампер в течении 3-х секунд...
помоему совсем неплохо... или у меня промашка гдето в расчетах?
« Последнее редактирование: 12 Авг 2010 в 05:31 от JeikiS »

Successful

Re: Ионистор
« Ответ #16 : 12 Сен 2010 в 16:34 »
Интересовался вчера данной темой. В параллельно-последовательном соединении суперконденсаторов есть один немаловажный нюанс: ОНИ ВСЕ ДОЛЖНЫ БЫТЬ  ИДЕНТИЧНЫМИ по параметрам, иначе неизбежны паразитные токи утечки, которые сведут на нет все достоинства ионистора, как такового. Нужно искать заводское решение. Цитата:
Ионисторы

В последние годы появился новый класс приборов, функционально близких к конденсаторам очень большой емкости; по существу - занимающих положение между конденсаторами и источниками питания. Это - ионисторы, конденсаторы с двойным электрическим слоем. Номинальное напряжение ионистора зависит от вида используемого в нем электролита и является для него максимально допустимым. Для получения более высокого рабочего напряжения ионисторы соединяют последовательно. Но делать это самостоятельно не рекомендуется - параметры ионисторов в такой связке должны быть очень близкими.

Внутреннее сопротивление Rвн ионистора может быть рассчитано по формуле: Rвн = U\Iкз,
где Rbh - в омах; U -напряжение на ионисторе, В; Iкз - ток короткого замыкания, А.

Для ионистора К58-3 (японский аналог DC - 2R4D225) Rbh = 10...100 ом.

Электрическую емкость ионистора рассчитывают по формуле:
С = I x t \ Uном,
где С - емкость, Ф; I -постоянный ток разрядки от Uном - номинальное напряжение ионистора, В; t - время разрядки от Uном до нуля, с;
Важнейший параметр ионистора - ток утечки. Особенно при использовании его в качестве резервного источника питания

ychetka

Re: Ионистор
« Ответ #17 : 12 Ноя 2010 в 00:34 »
нужен хороший контроллер, причем  из минимум двух,  а лучше трех каскадов, энергию вытягивать/отдавать нужно импульсами, причем каскады нужны для масштабируемости импульсов, нужно вывести коэффициенты, сам считать не хочу, еще нужен будет какой-то конденсатор. пускай небольшой мкости, важна будет скорость заряда/разряда, вообще кондер  нужен сверхбыстрый,  это нужно будет для преодоления инертности нагрузки.  Ионистор, далее первым каскадом стабилизация по току, далее  заряд сверхбыстрого кондера, и отдача в импульсе на второй каскад, стабилизация напряжения,  возможно еще один  заряд разряд сверхбыстрого кондера. Ну вообщем как-то так.

Страницы: 123 ... 8>>Вверх