Іоністор (суперконденсатор, ультраконденсатор, англ EDLC, Електричні двошарові конденсатори.) - Конденсатор з органічним або неорганічним електролітом, «обкладками» в якому служить подвійний електричний шар на межі розділу електрода і електроліту.
Концепція суперконденсатора
У зв'язку з тим, що товщина подвійного електричного шару (тобто відстань між «обкладками» конденсатора) украй мала, запасена іоністорами енергія вище в порівнянні зі звичайними конденсаторами того ж розміру. До того ж, використання подвійного електричного шару замість звичайного діелектрика дозволяє набагато збільшити площу поверхні електрода. Типова ємність іоністора - кілька фарад, при номінальній напрузі 2-10 вольт.
Історія створення іоністора
Зіткнувшись з фактом невеликого обсягу продажів, в 1971 році SOHIO передала ліцензію фірмі NEC, якій вдалося вдало просунути продукт на ринку під ім'ям «Supercapacitor» (Суперконденсатор). У 1978 році фірма Panasonic випустила на ринок «Gold capacitor» («Gold Cap») «Золотий конденсатор», що працює на тому ж принципі. Ці конденсатори мали відносно високий внутрішній опір, що обмежує віддачу енергії, так що ці конденсатори застосовувалися тільки як накопичувальні батареї для SRAM.
Перші іоністори з малим внутрішнім опором для застосування в потужних схемах були розроблені фірмою PRI в 1982 році. На ринку ці іоністори з'явилися під ім'ям «PRI ультраконденсатор».
Переваги та недоліки суперконденсаторів
Переваги суперконденсаторів
- Високі швидкості зарядки і розрядки.
- Простота зарядного пристрою
- Мала деградація навіть після сотень тисяч циклів заряду / розряду
- Мала вага в порівнянні з електролітичними конденсаторами подібної ємності
- Низька токсичність матеріалів
- Висока ефективність (більше 95%)
- Неполярні (хоча на іоністори і зазначені «+» і «-», це робиться для позначення полярності залишкової напруги після його зарядки на заводі-виробнику)
- Питома енергія менше, ніж у традиційних джерел (5-12 Вт · год / кг при 200 Вт · год / кг для літій-іонних акумуляторів)
- Напруга залежить від ступеня зарядженості
- Значно більший, порівняно з акумуляторами, саморозряд: близько 1 мкА у іоністори 2 Ф × 2,5 В
- Великий внутрішній опір в порівнянні з традиційними конденсаторами (10 ... 100 Ом у іоністорів 1 Ф х 5,5 В)
- Можливість вигоряння внутрішніх контактів при короткому замиканні
Матеріали для іоністорів
Щільність енергії
Щільність потужності іоністорів залежить від внутрішнього опору. В останніх моделях іоністорів внутрішній опір досить малий, що дозволяє отримувати потужність, порівнянну з акумуляторною.
У 1997 році дослідники з CSIRO розробили супер-конденсатор, який міг зберігати великий заряд за рахунок використання плівкових полімерів в якості діелектрика. Електроди були виготовлені з вуглецевих нанотрубок. У звичайних конденсаторів питома енергія становить 0,5 Вт · год / кг, а у конденсаторів PET вона була в 4 рази більше.
У 2008 році індійські дослідники розробили дослідний зразок іоністори на основі графенових електродів, що володіє питомої енергоємністю до 32 Вт · год / кг, порівнянно з такою для свинцево-кислотних акумуляторів (30-40 Вт · год / кг).
У 2011 році корейські вчені під керівництвом професора Чой Джунг Вук (Choi Jung-вук) розробили суперконденсатор, виготовлений із застосуванням графена та азоту, що забезпечує подвоєну ємність у порівнянні з традиційними джерелами енергії того ж класу. Поліпшення електричних властивостей елемента живлення було досягнуто завдяки додаванню азоту.
Області застосування іоністорів
Е-мобіль - проект автомобіля, що розробляється в Росії, використовує суперконденсатор як основний засіб для накопичення електричної енергії. Самі ці конденсатори поки не випускаються серійно і розробляються паралельно з автомобілем.
Існують проекти, що поєднують суперконденсатор і хімічний акумулятор в єдиному блоці, що взаємно компенсує недоліки тих і інших. В результаті виходить накопичувач з великим терміном служби, меншою вартістю і великим запасом енергії, ніж при використанні звичайних акумуляторів.
Побутова електроніка
Альтернативні джерела енергії
Перспективи розвитку суперконденсаторів
Термін служби іоністорів великий. Проводилися дослідження з визначення максимального числа циклів заряд-розряд. Після 100 000 циклів не спостерігалося погіршення характеристик. Згідно з недавніми заявами співробітників MIT, іоністори можуть незабаром замінити звичайні акумулятори. Крім того, в 2009 році були проведені випробування акумулятора на основі іоністора, в якому в пористий матеріал були введені наночастинки заліза. Отриманий подвійний електричний шар пропускав електрони в два рази швидше за рахунок створення тунельного ефекту. Група вчених з Техаського університету в Остіні розробила новий матеріал, що представляє собою пористий тривимірний вуглець. Отриманий таким чином вуглець володів властивостями суперконденсатора. Обробка вищеописаного матеріалу гідроксидом калію привела до створення в вуглеці великої кількості крихітних пор, які в поєднанні з електролітом змогли зберігати в собі колосальний електричний заряд.
