Суперкондензатори за стартиране на двигатели

Суперкондензаторът, който се разпространи наскоро, не е съвсем правилното име за такова устройство като йонистор. Йонисторът от своя страна е вид кондензатор. Йонисторът е изобретен доста отдавна - през 50-те години, но във формата, в която е сега, съществува от 1982 г. Първите йонистори с ниско вътрешно съпротивление за използване във вериги с висока мощност са разработени от PRI през 1982 г.

С появата на йонистори стана възможно използването на кондензатори в електрически вериги не само като преобразуващ елемент, но и като източник на напрежение. Йонисторът се използва широко като заместител на батерии за съхраняване на информация за параметрите на продукта при липса на външно захранване. Такива клетки имат няколко предимства пред конвенционалните химически източници на ток - галванични клетки и батерии:

Високи скорости на зареждане и разреждане.
Простотата на зарядното устройство
Малко влошаване дори след стотици хиляди цикли на зареждане/разреждане
Леко тегло в сравнение с електролитни кондензатори с подобен капацитет
Ниска токсичност на материалите
Неполярност (въпреки че "+" и "-" са обозначени на йонисторите, това се прави, за да се посочи полярността на остатъчното напрежение след фабричното зареждане).

Енергийната плътност на йонисторите все още е няколко пъти по-малка от възможностите на батериите. Например енергийната плътност на йонистор BCAP3000 3000F x 2,7V с маса 0,51 kg е 21,4 kJ/kg. Това е 7,6 пъти по-малко от енергийната плътност на оловните електролитни батерии, 25 пъти по-малко от литиево-полимерните батерии, но десет пъти повече от енергийната плътност на електролитен кондензатор. Плътността на мощността на йонистора зависи от вътрешното съпротивление. В най-новите моделивътрешното съпротивление на йонисторите е доста малко, което ви позволява да получите мощност, сравнима с батерията.

През 1997 г. изследователи от CSIRO разработиха суперкондензатор, който можеше да съхранява големи количества заряд чрез използване на филмови полимери като диелектрик. Електродите са направени от въглеродни нанотръби. Конвенционалните кондензатори имат специфична енергия от 0,5 Wh/kg, докато PET кондензаторите имат 4 пъти повече енергия.

През 2008 г. изследователите разработиха прототип на йонистор, базиран на графенови електроди със специфичен енергиен капацитет до 32 Wh/kg, сравним с този на оловно-киселинните батерии (30–40 Wh/kg).

Срокът на експлоатация на йонисторите е голям. Бяха проведени изследвания за определяне на максималния брой цикли на зареждане-разреждане. След 100 000 цикъла не се наблюдава влошаване на производителността. Според последните изявления на служители на MIT, йонисторите скоро може да заменят конвенционалните батерии. Освен това през 2009 г. бяха извършени тестове на батерия, базирана на йонистор, в която железни наночастици бяха въведени в порестия материал. Полученият двоен електрически слой пропуска електрони два пъти по-бързо чрез създаване на тунелен ефект.

Нов дизайн на суперкондензатор, предложен от Nanotek Instruments Inc. (САЩ), има електроди, състоящи се от графен с примеси, които повишават проводимостта на ацетилена и PTFE свързващо вещество. Използваният електролит е вещество, известно в електрохимията като EMIMBF4. Между другото, именно тази научна група за първи път предположи през 2006 г., че графенът по принцип може да се използва за създаване на такива устройства. В резултат на използването на тези вещества учените създадоха кондензатори в защитната камеране по-голям от монета.

Суперкондензатори българско производство

В Националния изследователски технологичен университет на България МИСиС, в сътрудничество с ТЕЕМП, на базата на уникален материал, подобен на графен и нанотръби, разработиха супер кондензатори, които се използват в системи за стартиране на двигатели на тежко оборудване при изключително ниски температури.

Вътре в суперкондензатора има нановъглероден материал, изработен от органични влакна с висока проводимост на тока и повишена енергийна плътност - до 20 F/cc активна маса (едно от често срещаните му имена в научната общност е "мустаци") и ниски производствени разходи. Нова идеология за сглобяване на суперкондензаторни модули, която намалява трудоемкостта на производството на задвижвания, и оригинална технология за производство на електродни материали от органични влакна в бъдеще може да намали разходите за производство на устройство за съхранение на енергия почти 3 пъти, казват представители на TEEMP. Производството на най-новите български суперкондензатори по описаната по-горе технология се планира да започне през първото тримесечие на 2017 г. в Московска област.

Вече е създадена първата линия устройства, използващи нов тип суперкондензатори. Разработчиците се фокусират върху системата за стартиране на двигателя, "съдържаща вътре хибридно устройство за съхранение на енергия, базирано на суперкондензаторен модул и бензинов генератор". Може да работи офлайн, не изисква наличието на електрическа мрежа и при зареждане може да стартира например тежък самосвал 10 пъти подред при температури от -40 ° C до -60 ° C. Системата може да се използва за стартиране на малки самолети, които изискват много енергия за кратък период от време,който бързо унищожава конвенционалните батерии. Такова устройство вече беше тествано през есента на 2016 г. за изстрелване на военна техника и получи положителни отзиви.