Електрически капацитетземното кълбо, както е известно от курса по физика, е приблизително 700 μF. Обикновен кондензатор с такъв капацитет може да се сравни по тегло и обем с тухла. Но има и кондензатори с електрически капацитет на земното кълбо, равен по размер на песъчинка - суперкондензатори.

Такива устройства се появиха сравнително наскоро, преди около двадесет години. Те се наричат ​​по различен начин: йонистори, йоникси или просто суперкондензатори.

Не си мислете, че те са достъпни само за някои високопоставени аерокосмически фирми. Днес можете да закупите в магазин йонистор с размер на монета и капацитет един фарад, което е 1500 пъти повече от капацитета на земното кълбо и близо до капацитета на най-голямата планета в Слънчевата система - Юпитер.

Всеки кондензатор съхранява енергия. За да разберете колко голяма или малка е енергията, съхранявана в суперкондензатора, е важно да я сравните с нещо. Ето един малко необичаен, но ясен начин.

Енергията на обикновен кондензатор е достатъчна, за да скочи с около метър и половина. Малък суперкондензатор тип 58-9V с маса 0,5 g, зареден с напрежение 1 V, може да скочи на височина от 293 m!

Понякога смятат, че йонисторите могат да заменят всяка батерия. Журналистите изобразиха бъдещ свят с безшумни електрически превозни средства, захранвани от суперкондензатори. Но това е още далече. Йонистор с тегло един кг може да акумулира 3000 J енергия, а най-лошата оловно-киселинна батерия е 86 400 J - 28 пъти повече. Въпреки това, когато доставя висока мощност за кратко време, батерията бързо се разваля и се разрежда само наполовина. Йонисторът многократно и без никаква вреда за себе си дава някаква мощност, стига свързващите проводници да издържат. В допълнение, суперкондензаторът може да се зареди за секунди, докато батерията обикновено се нуждае от часове, за да направи това.

Това определя обхвата на приложение на йонистора. Добър е като източник на енергия за устройства, които консумират краткотрайно, но доста често повече мощност: електронно оборудване, фенерчета, стартери за автомобили, електрически чукове. Йонисторът може да има и военни приложения като източник на енергия за електромагнитни оръжия. И в комбинация с малка електроцентрала, йонисторът дава възможност да се създават автомобили с електрическо задвижване и разход на гориво от 1-2 литра на 100 км.

В продажба има йонистори за широк диапазон от мощности и работни напрежения, но те са доста скъпи. Така че, ако имате време и интерес, можете да опитате да направите йонист сами. Но преди да дадете конкретни съвети, малко теория.

От електрохимията е известно: когато металът се потопи във вода, на повърхността му се образува т. нар. двоен електрически слой, състоящ се от противоположни електрически заряди - йони и електрони. Между тях действат взаимни привличащи сили, но зарядите не могат да се доближат един до друг. Това се възпрепятства от притегателните сили на водата и металните молекули. В основата си двойният електрически слой не е нищо повече от кондензатор. Зарядите, концентрирани на повърхността му, действат като плочи. Разстоянието между тях е много малко. И както е известно, капацитетът на кондензатора се увеличава с намаляване на разстоянието между неговите плочи. Следователно, например, капацитетът на обикновена стоманена спица, потопена във вода, достига няколко mF.

По същество йонисторът се състои от два електрода с много голяма площ, потопени в електролит, върху чиято повърхност се образува двоен електрически слой под въздействието на приложено напрежение. Вярно е, че с помощта на обикновени плоски плочи би било възможно да се получи капацитет от само няколко десетки mF. За да се получи големият капацитет, характерен за йонисторите, те използват електроди, направени от порести материали, които имат голяма повърхност на порите с малки външни размери.

Гъбести метали от титан до платина някога са били опитвани за тази роля. Несравнимо по-добрият обаче беше... обикновеният активен въглен. Това е въглен, който след специална обработка става порест. Повърхността на порите на 1 cm3 такива въглища достига хиляда квадратни метра, а капацитетът на двойния електрически слой върху тях е десет фарада!

Домашен йонистор Фигура 1 показва дизайна на йонистор. Състои се от две метални пластини, плътно притиснати към „пълнеж“ от активен въглен. Въглищата са положени на два слоя, между които има тънък разделителен слой от вещество, което не провежда електрони. Всичко това е импрегнирано с електролит.

При зареждане на йонистора в едната половина на въглеродните пори се образува двоен електрически слой с електрони на повърхността, а в другата половина с положителни йони. След зареждане йони и електрони започват да текат един към друг. Когато се срещнат, се образуват неутрални метални атоми, а натрупаният заряд намалява и с течение на времето може да изчезне напълно.

За да се предотврати това, между слоевете активен въглен се въвежда разделителен слой. Може да се състои от различни тънки пластмасови филми, хартия и дори памучна вата.
В аматьорските йонистори електролитът е 25% разтвор на готварска сол или 27% разтвор на KOH. (При по-ниски концентрации слой от отрицателни йони няма да се образува върху положителния електрод.)

Като електроди се използват медни пластини с предварително запоени към тях проводници. Работните им повърхности трябва да бъдат почистени от оксиди. В този случай е препоръчително да използвате груба шкурка, която оставя драскотини. Тези драскотини ще подобрят адхезията на въглищата към медта. За добра адхезия плочите трябва да бъдат обезмаслени. Обезмасляването на плочите се извършва на два етапа. Първо се измиват със сапун, след което се натриват с прах за зъби и се измиват с струя вода. След това не трябва да ги докосвате с пръсти.

Активният въглен, закупен в аптеката, се смила в хаван и се смесва с електролит, за да се получи гъста паста, която се разстила върху напълно обезмаслени плочи.

При първия тест плочите с хартиено уплътнение се поставят една върху друга, след което ще се опитаме да го заредим. Но тук има една тънкост. Когато напрежението е повече от 1 V, започва отделянето на газове H2 и O2. Те унищожават въглеродните електроди и не позволяват на устройството ни да работи в режим кондензатор-йонистор.

Следователно трябва да го зареждаме от източник с напрежение не по-високо от 1 V. (Това е напрежението за всяка двойка плочи, което се препоръчва за работа на индустриални йонистори.)

Подробности за любопитните

При напрежение над 1,2 V йонисторът се превръща в газова батерия. Това е интересно устройство, също състоящо се от активен въглен и два електрода. Но структурно той е проектиран по различен начин (виж фиг. 2). Обикновено вземете две въглеродни пръчки от стара галванична клетка и завържете около тях марлени торби с активен въглен. Като електролит се използва разтвор на КОН. (Не трябва да се използва разтвор на трапезна сол, тъй като при разлагането му се отделя хлор.)

Енергийната интензивност на газовата батерия достига 36 000 J/kg, или 10 Wh/kg. Това е 10 пъти повече от йонистора, но 2,5 пъти по-малко от конвенционалната оловна батерия. Газовата батерия обаче не е просто батерия, а много уникална горивна клетка. При зареждането му по електродите се отделят газове - кислород и водород. Те се "утаяват" на повърхността на активния въглен. Когато се появи ток на натоварване, те се свързват, за да образуват вода и електрически ток. Този процес обаче протича много бавно без катализатор. И, както се оказа, само платината може да бъде катализатор... Следователно, за разлика от йонистора, газовата батерия не може да произвежда големи токове.

Въпреки това московският изобретател А.Г. Пресняков (http://chemfiles.narod.r u/hit/gas_akk.htm) успешно използва газова батерия за стартиране на двигател на камион. Значителното му тегло - почти три пъти повече от обичайното - в този случай се оказа поносимо. Но ниската цена и липсата на вредни материали като киселина и олово изглеждаха изключително привлекателни.

Газова батерия най-опростен дизайнсе оказа склонен към пълно саморазреждане за 4-6 часа. Това сложи край на експериментите. Кой се нуждае от кола, която не може да запали, след като е била паркирана за една нощ?

И все пак „голямата технология“ не е забравила за газовите батерии. Мощни, леки и надеждни, те се намират на някои сателити. Процесът в тях протича под налягане от около 100 атм, а като газов абсорбер се използва гъбест никел, който при такива условия играе ролята на катализатор. Цялото устройство е поставено в ултралек цилиндър от въглеродни влакна. Получените батерии имат енергиен капацитет почти 4 пъти по-висок от този на оловните батерии. С тях една електрическа кола можеше да измине около 600 км. Но, за съжаление, те все още са много скъпи.

Днес технологията на батериите е напреднала значително и е станала по-напреднала в сравнение с последното десетилетие. Но все пак засега батерииостават консумативи, защото са с малък ресурс.

Идеята за използване на кондензатор за съхраняване на енергия не е нова и първите експерименти бяха проведени с електролитни кондензатори. Капацитетът на електролитните кондензатори може да бъде значителен - стотици хиляди микрофаради, но все пак не е достатъчен за захранване на дори малък товар за дълго време, освен това има значителен ток на утечка поради конструктивните характеристики.

Съвременни технологиине стойте неподвижни и е изобретен йонистор, това е кондензатор, има изключително голям капацитет - от единици фаради до десетки хиляди фаради. Йонисторите с капацитет от една единица фарад се използват в преносимата електроника за осигуряване непрекъсваемо захранванеслаботокови вериги, като например микроконтролер. И йонистори с капацитет от десетки хиляди фаради се използват заедно с батерии за захранване на различни електрически двигатели. В тази комбинация йонисторът позволява да се намали натоварването на батериите, което значително увеличава живота им и в същото време увеличава стартовия ток, който хибридната система за захранване на двигателя е в състояние да достави.

Имаше нужда от захранване на температурния датчик по такъв начин, че да не се сменя батерията в него. Сензорът се захранва от AA батерия и е включен, за да изпраща данни към метеорологичната станция веднъж на всеки 40 секунди. В момента на изпращане сензорът консумира средно 6 mA за 2 секунди.

Възникна идеята да се използва слънчева батерия и йонизатор. Въз основа на идентифицираните характеристики на потреблението на сензора са взети следните елементи:
1. Слънчева батерия 5 волта и ток приблизително 50 mA (съветска слънчева батерия на около 15 години)
2. Йонистор: Panasonic 5,5 волта и капацитет 1 фарад.
3. Йонистор 2 бр.: DMF 5.5V и общ капацитет 1 фарад.
4. Шотки диод с пряк спад на напрежението при нисък ток 0,3 V.
Необходим е диод на Шотки, за да се предотврати разреждането на капацитет през слънчевата клетка.
Йонисторите са свързани паралелно, а общият капацитет е 2 фарада.

Снимка 1.

Експеримент №1– Свързан микроконтролер с монохромен LCD дисплей и обща консумация на ток от 500 µA. Въпреки че микроконтролерът с дисплея работеше, забелязах, че старите соларни клетки бяха изключително неефективни, зарядният ток на сянка беше недостатъчен, за да зареди йонисторите поне до известна степен, напрежението на 5-волтовата слънчева батерия на сянка беше по-малко от 2 волта. (По някакви причини микроконтролерът и дисплеят не са показани на снимката).

Експеримент №2
За да увелича шанса за успех, закупих нови слънчеви клетки от радиопазара с номинална стойност 2 V, ток 40 mA и 100 mA, произведени в Китай и напълнени с оптична смола. За сравнение, тези батерии на сянка вече произвеждаха 1,8 волта, докато зарядният ток не беше висок, но зареждащият йонистор все още беше забележимо по-добър.
След като запоих конструкцията с нова батерия, диод на Шотки и кондензатори, я поставих на перваза на прозореца, така че кондензаторът да се зареди.
Въпреки факта, че слънчевата светлина не удари директно батерията, след 10 минути кондензаторът беше зареден до 1,95 V. Взех температурния сензор, извадих батерията от него и свързах йонистора със слънчевата батерия към контактите на отделението за батерията.

Снимка 2.

Температурният сензор веднага започна да работи и предаде стайната температура на метеорологичната станция. След като се уверих, че сензорът работи, прикрепих към него кондензатор със слънчева батерия и го окачих на място.
Какво стана след това?
Сензорът работеше правилно през целия ден, но с настъпването на тъмнината след час сензорът спря да предава данни. Очевидно натрупаният заряд не е бил достатъчен дори за час работа на сензора и тогава стана ясно защо...

Експеримент №3
Реших леко да модифицирам дизайна, така че йонисторът (върнах йонистора с 2 фарада) да е напълно зареден. Сглобих батерия от три елемента, оказа се 6 волта и ток 40 mA (при пълна слънчева светлина). Тази батерия на сянка вече осигуряваше до 3,7 V вместо предишните 1,8 V (снимка 1) и заряден ток до 2 mA. Съответно, йонисторът се зареждаше до 3,7 V и вече имаше значително повече съхранена енергия в сравнение с експеримент № 2.

Снимка 3.

Всичко би било наред, но сега имаме изход до 5,5 V, а сензорът се захранва от 1,5 V. Необходим е DC/DC преобразувател, което от своя страна внася допълнителни загуби. Конверторът, който имах на разположение, консумираше около 30 µA и даваше 4,2 V на изхода. (Ще трябва да изберете конвертор и да повторите експеримента).

За загубата на енергия:
Беше споменато по-горе, че йонисторите имат ток на саморазреждане, в този случай за монтаж от 2 фарада той беше 50 µA, а също така тук се добавят загуби в DC/DC преобразувателя от около 4% (декларирана ефективност 96%) и неговата скорост на празен ход от 30 µA. Ако не отчитаме загубите при преобразуване, вече имаме консумация от около 80 μA.
Необходимо е да се обърне специално внимание на енергоспестяването, тъй като експериментално е установено, че йонистор с капацитет 2 фарада, зареден до 5,5 V и разреден до 2,5 V, има, така да се каже, капацитет на „батерията“ от 1 mA. С други думи, като консумираме 1 mA от йонистора за един час, ние ще го разредим от 5,5 V на 2,5 V.

Относно скоростта на зареждане при пряка слънчева светлина:
Токът, получен от слънчевата батерия, е по-висок по-добра батерияосветен от пряка слънчева светлина. Съответно скоростта на зареждане на йонистора се увеличава значително.

Снимка 4.

От показанията на мултиметъра можете да видите (0,192 V, първоначални показания), след 2 минути кондензаторът е зареден до 1,161 V, след 5 минути до 3,132 V и след още 10 минути до 5,029 V. В рамките на 17 минути йонисторът е зареден до 90% . Трябва да се отбележи, че осветяването на слънчевия панел беше неравномерно през цялото време и се случи през двойно стъкло и защитно фолиобатерии.

Технически доклад за експеримент #3
Технически характеристики на оформлението:
- Соларна батерия 12 клетки, 6 V, ток 40 mA (при пълно излагане на слънце), (на сянка при облачно време 3,7 V и ток 1 mA с натоварване на йонистора).
- Йонисторите са свързани паралелно, общият капацитет е 2 Farads, допустимото напрежение е 5,5 V, токът на саморазреждане е 50 μA;
- Шотки диод с директен спад на напрежението от 0,3 V, използван за разединяване на захранването на слънчевата батерия и йонистора.
- Размери на оформлението 55 х 85 мм (пластмасова карта VISA).
От това оформление успяхме да получим:
Микроконтролер с LCD дисплей (консумация на ток 500 µA при 5,5 V, време на работа без соларна батерия, приблизително 1,8 часа);
Температурен сензор, дневна светлина със слънчева батерия, консумация 6 mA за 2 секунди на всеки 40 секунди;
Светодиодът свети 60 секунди при среден ток от 60 mA без слънчева батерия;
Пробвахме и DC/DC преобразувател на напрежение (за стабилно захранване), с който успяхме да получим 60 mA и 4 V в рамките на 60 секунди (при зареждане на йонистора до 5,5 V, без соларна батерия).
Получените данни показват, че йонисторите в този дизайн имат приблизителен капацитет от 1 mA (без презареждане от слънчева батерия с разряд до 2,5 V).

Изводи:
Този дизайн позволява енергията да се съхранява в кондензатори за непрекъснато захранване на устройства с микроконсумация. Натрупаният капацитет от 1 mA на 2 фарада капацитет на кондензатора трябва да е достатъчен, за да осигури работа на микропроцесора с ниска мощност на тъмно в продължение на 10 часа. В този случай общите загуби на ток и потреблението на натоварване не трябва да надвишават 100 μA. През деня йонисторът се зарежда от слънчева батерия дори на сянка и може да захранва товар в импулсен режим с ток до 100 mA.

Отговаряме на въпроса в заглавието на статията - Може ли йонист да замени батерия?
– може да замени, но засега със значителни ограничения на консумация на ток и режим на работа на натоварване.

недостатъци:

• нисък капацитет за съхранение на енергия (приблизително 1 mA за всеки 2 фарада капацитет на йонистора)
• значителен ток на саморазреждане на кондензатори (приблизителна загуба от 20% от капацитета на ден)
• Размерите на конструкцията се определят от слънчевата батерия и общия капацитет на йонисторите.

Предимства:

• липса на носими химически елементи (батерии)
• работен температурен диапазон от -40 до +60 градуса по Целзий
• простота на дизайна
• не висока цена

След всички направени експерименти дойде идеята за модернизиране на дизайна, както следва:

Снимка 5.

От едната страна на платката има слънчева батерия, от другата страна има набор от йонистори и DC\DC преобразувател.

Спецификации:

• Соларна батерия 12 клетки, 6 V, ток 60 mA (при пълно излагане на слънце);
• Йонистор общ капацитет 4; 6 или 16 Farads, допустимо напрежение 5,5 V, общ ток на саморазреждане съответно 120\140\(все още не е известно) µA;
• Двоен диод на Шотки с преден спад на напрежението от 0,15 V се използва за разединяване на захранването на слънчевата батерия и йонистора;
• Размери на оформлението: 55 x 85 mm (пластмасова карта VISA);
• Очакван капацитет без презареждане от слънчеви панели при инсталиране на кондензатори 4; 6 или 16 фарада е приблизително 2\3\8 mA.

P.S. Ако забележите печатна грешка, грешка или неточност в изчисленията, пишете ни на лично съобщение и ние бързо ще коригираме всичко.

Следва продължение…

Веднага след като човек излезе със самоходна количка, задвижвана от парен двигател (1768 г.), а по-късно (1886 г.) подобри двигателя до двигател с вътрешно горене, шофьорът имаше задачата не само да насочва конските сили в правилната посока, , но и да го пуснете в действие.

Проблемът със стартирането на двигателя беше решен по различен начин по различно време. За парна машина беше достатъчно да се запали огън под котела; бензиновите двигатели изискваха мускулна сила или химически източник на ток.

С появата на акумулаторите се появи необходимостта от поддържане и наблюдение на заряда на стартерните батерии, особено през зимата. Често, за да помогне на стандартната батерия, собственикът на автомобила трябваше да използва външен източник на захранване: мрежа стартово устройство, резервна оловно-киселинна батерия или нов продукт от последните години, компактни стартови устройства, базирани на литиево-полимери.

Основният проблем на химическите източници на ток е саморазреждането и стареенето. Срокът на експлоатация на класическа оловно-киселинна батерия със свободен електролит е около 3 години. Гел и AGM батериите издържат по-дълго, но не са вечни. Дори ако батерията е неактивна, в нея протичат химични процеси, които водят до постепенна загуба на капацитет на батерията.

Тази забележка важи и за стартовите устройства, базирани на батерии, например средният експлоатационен живот на Li-Po стартер е 3-5 години, през което време проводящият гел, с който са пълни батериите, се втвърдява и постепенно губи свойствата си. Инженерите по дизайн отдавна търсят източник на ток, който може да замени батериите и да освободи собствениците на автомобили от „слабите места“ на батерията.

Тази статия ще се съсредоточи върху кондензаторите. По-точно за суперкондензатори или йонистори, които са способни да доставят огромни токове и имат редица предимства пред батериите. Как да замените батериямашини за сглобяване от кондензатори, дизайнерите все още не са измислили, но инженерите от Каркууспя да създаде устройство, способно да помогне за стартиране на автомобилен двигател, същият ATOM 1750.

ОсновенРазликата между това устройство и неговите аналози, захранвани с батерии, е вечен живот! Ако говорим за стартови устройства, базирани на литиево-полимерни или оловно-киселинни батерии, времето им на работа е ограничено от един до три хиляди цикъла на зареждане/разреждане. Кондензаторните стартери осигуряват до един милион цикъла. За да дадем представа за мащаба, нека приемем, че използвате ATOM 1750 два пъти на ден за една календарна година. Ресурсът на устройството при такава интензивност на работа е достатъчен (1 000 000: (365x2)) = 1 милион. : 730= 1369 години.

Втора характеристика– непретенциозност на йонисторите. Кондензаторните стартери не са необходими за съхранение специални условия: можете да поставите устройството в жабката или под седалката на колата и да си спомните за него само когато акумулаторът на автомобила се нуждае от помощ. Устройството е идеален вариант за забравящи шофьори. Ако нямате нито време, нито желание да следите нивото на батерията, устройството може безопасно да се съхранява в колата при най-тежкия студ или топлина.

Трети плюс– наличие на вградена литиева батерия. Резервът от енергия, който се съхранява в напълно зареден Li-Ion батерияустройство с капацитет 6000mAh– ще може да зарежда кондензаторите на устройството за повече от 6 пускания подред. Батерията не участва в стартирането и е предназначена само за зареждане на кондензатори. Това е мястото, където се крие мухата в мехлема: всяка батерия се страхува от дълбоко разреждане. Ако батерията е оставена дълго време без зареждане - батерия, рано или късно, ще се провали. Саморазреждането, което е присъщо в една или друга степен на всяка батерия, ще довърши разредената батерия. Напомняме виче трябва да се извърши поддържащо зареждане на неизползвана литиева батерия Веднъж на шест месеца.

Високите и ниските температури на съхранение ускоряват процесите на саморазреждане и разграждане батерия. Препоръчваната от производителя температура на съхранение на вградената батерия е от 0 до + 25 C. Въпреки това, дори ако стандартната батерия на устройството откаже, кондензаторите ATOM 1750 - захранвани от разреден автомобил батерияте пак ще могат да запалят двигателя на колата.

Плюс номер четири. Възможност за зареждане на йонисторите на устройството от разреден батерияавтомобили. За да стартирате двигателя, просто свържете крокодилите на устройството към клемите " уморен» батерияи вече след това 45-60 сек. – колата ще бъде готова за запалване.

Повече подробности за характеристиките на ATOM 1750:

Уредът е професионален стартер. За разлика от Li-Po аналозите, двигателят се стартира не с помощта на енергията, съхранявана в батерията, а с помощта на мощни ултракондензатори. Стартерът има достатъчно мощност за стартиране бензиндвигатели до 5ли за работа с дизелдвигатели до 2л.

МОЩНОСТ

Комплект от пет йонистора с капацитет 350Fвсеки, произвежда пускови токове до 350А, което показва широк спектър от приложения за това устройство.

Високият стартов ток на ATOM 1750 се поддържа от стабилно напрежение, произведено от кондензаторите. Устройството осигурява обявения ток за 3 секунди, което е едно от най-важните условия за стартиране на двигателя.

МОБИЛНОСТ

Теглото на пусковата установка е 1,3 кг. За сравнение, оловно-киселинен бустер с подобни възможности тежи повече от 6 кг (ДРАЙВ 900), а разликата в размерите е още по-впечатляваща.

На страничните повърхности на ATOM 1750 има:

На предния панел има:

Дисплей (1) за показване на работните параметри, бутон “Boost” (2) за зареждане на йонистори от вградената батерия, бутони за включване на фенера и захранване на устройството (3).

ЗАЩИТА

Захранващите кабели, използвани в устройството, са медни проводницинапречно сечение 6 мм2, дълго 300 мм.

Интелигентният блок не само предпазва стартовото устройство от обръщане на полярността, късо съединениеи обратни токове на генератора, но също така ви позволява да диагностицирате акумулатора на автомобила за няколко минути и да покажете резултатите от теста на дисплея.

ATOM 1750 - ще каже на собственика, че батерията на автомобила се нуждае от зареждане или че е време да смените батерията с нова.

Ако, когато е свързан към акумулатора на автомобила, съобщението се появява на екрана ДжUMP СТАРТ ГОТОВ– веригата работи нормално. Можете да започнете да стартирате двигателя.

надпис " ОБРАТЕН» съобщава за неправилно свързване на крокодили. Трябва да проверите полярността - червената клема трябва да бъде свързана към положителния полюс на батерията, черната - към отрицателния извод.

ЗАРЯДНО УСТРОЙСТВО

Моля, обърнете внимание при свързване АТОМкъм източника на ток първо се зареждат ултракондензаторите, след което вградената батерия на устройството започва да се зарежда.

Нека си представим ситуация, в която наоколо няма никой и стандартният акумулатор на автомобила не може да запали двигателя.

Първоначин за стартиране на машината АТОМ 175– състои се от зареждане на кондензатори директно от клемите на изтощен автомобилен акумулатор. След като свържете устройството, изчакайте да се появи съобщението ГОТОВ ЗА ПУСКАНЕи стартирайте двигателя, без да отстранявате крокодилските скоби от клемите. Времето за зареждане на кондензаторите зависи от нивото на разреждане на батерията и варира от 45 секунди до 2,5 минути.

Второметодът на зареждане е през гнездото на запалката. Atom 1750 може да бъде свързан към бордовата мрежа с помощта на специален адаптер, включен в комплекта. Времето за зареждане е около 2 минути.

третоИзточник на енергия е вградената батерия на устройството. След натискане на бутона Увеличете– устройството използва енергията, съхранена в литиевата батерия. Време за зареждане – 2-3мин.

добре последен вариантзареждане, ако няма други източници под ръка, ще трябва да потърсите контакт. Използване на захранване от мобилна електроника ( 5V, 2A) – кондензаторите могат да се зареждат и от мрежата.

Още един важен момент. Можете да зареждате Atom 1750 не само от собствения си разряд батерия, но и от НЯКОЙавтомобил донор (големи и малки автомобили - покажи). За разлика от „светенето“, операцията по зареждане на йонисторите ATOM 1750 е абсолютно безопасна и не изисква спазване на никакви конвенции, с изключение на полярността на връзката.

ПАЛЕНЕ НА КОЛАТА

За да започнете да използвате Jump Starter, собственикът на автомобила трябва да се увери, че запалването на автомобила е изключено. При свързване трябва да се спазва полярността: червеният кабел на устройството е свързан към положителната клема на акумулатора на автомобила, черният кабел е свързан към отрицателната клема.

След като свържете, можете да стартирате двигателя. Ако двигателят не стартира в рамките на 3 секунди, трябва да заредите отново кондензаторите и да опитате отново.

След стартиране на двигателя "крокодилите" трябва да бъдат отстранени от клемите на акумулатора.

ATOM 1750 се доставя в картонена кутия.

В комплект с устройството:

Кабел за зареждане на устройството от запалката на автомобила;

USB кабел.

Напомняме ви, че едно от условията за дългия експлоатационен живот на устройството е навременното зареждане на вградената батерия на устройството, поради което след всяко стартиране с енергия от батерията трябва да изпратите АТОМза зареждане. За дългосрочно съхранение препоръчваме да заредите устройството до ниво 80-90% веднъж на всеки 6 месеца. Устройството трябва да се съхранява при температура над нулата.

Сергей Асмаков

През последните години свикнахме с бързите темпове на развитие на цифровите технологии. Но ако някои категории компоненти (като микропроцесори или модули памет) наистина се подобряват с наистина космическа скорост, то в редица други области прогресът не е толкова забележим. Последните включват акумулаторни захранвания. И това, разбира се, създава определени проблеми, тъй като характеристиките на тези компоненти зависят от важни параметри, като продължителност живот на батерията, времето за възстановяване на заряда, както и размера и теглото на крайния продукт.

Тънкостите при избора на източник на енергия

В момента в преносим електронни устройствасе използват множество захранвания различни видове. Това разнообразие не е прищявка на разработчиците, а има напълно логично обяснение. Например, в случай на мобилни устройства - като смартфони, таблети или лаптопи - специфичният енергиен интензитет (т.е. количеството съхранена електроенергия на единица обем на батерията) е с приоритет. Колкото по-висок е този показател, толкова по-голям ще бъде капацитетът на батерията при същите физически размери. По този начин инсталирането на батерия с по-висок специфичен енергиен капацитет ще удължи живота на батерията на мобилно устройство, без да увеличава размера му - което е изключително важно, като се има предвид актуалната мода на джаджи в изключително тънки корпуси. Ето защо в модерни смартфонии таблетите използват литиево-йонни и литиево-полимерни батерии, които в моментаса лидери в категорията на малогабаритните акумулаторни захранвания по специфична енергоемкост.

При разработването на безжична периферия обаче приоритетите ще бъдат съвсем различни. Тъй като нивото на консумация на енергия на безжичните мишки и клавиатури е малко в сравнение със същите смартфони, в този случай няма спешна нужда да се използват захранвания с рекордно висока консумация на енергия. Освен това няма строги ограничения за тегло и размери. Така в много случаи разработчиците правят избор в полза на може би не най-компактния, но поне по-лек и/или по-евтин източник на енергия.

Неслучайно през последните много години се забелязва устойчива тенденция към увеличаване на дела на безжичните периферни устройства, захранвани със стандартни батерии АА или ААА. Най-очевидните ползи това решениеса достъпност и максимална лекота на използване. Стандартните батерии могат да бъдат закупени в почти всеки магазин. Освен това, ако батерията е напълно разредена, достатъчно е да я смените с нова и веднага можете да продължите да работите. Не са необходими допълнителни кабели, зарядни и др. Както се казва, евтино и весело.

От тези гледни точки използването на акумулаторни батерии в безжичните периферни устройства изглежда по-малко удобно. Зареждането изисква определено време (обикновено 2-3 часа) и не всички модели са проектирани да продължат да работят, докато са свързани. външен източникхранене. В резултат на това потребителят трябва да следи индикатора за ниво на зареждане безжична мишкаили клавиатурата не се е изключила в най-неподходящия момент.

Друг фактор, който ускори прехода на производителите на безжична периферия към захранване от батерии, е значителният напредък в намаляването на консумацията на енергия. електронни компоненти, което разработчиците успяха да постигнат през последните години. Модерни моделибезжичните мишки и клавиатури могат да работят с един комплект батерии поне няколко седмици и дори месеци. По този начин сменете батериите дори когато активно използванеслучва се рядко.

Разбира се, цената също има значение. Инсталирането на много скъпи литиево-йонни и литиево-полимерни батерии неизбежно оскъпява устройството. А това е изключително важно, когато говорим за модели с цена около 20-30 долара. Освен това батериите от споменатите типове имат ограничен ресурс - обикновено от 500 до 1000 цикъла на зареждане и разреждане. По този начин, при интензивна употреба, животът на батерията се превръща в критичен фактор, ограничаващ жизнения цикъл на устройството.

Така че батериите са евтини, достъпни и удобни. Какво не е идеален вариант за безжична клавиатураили мишки? Нека обаче не забравяме, че батериите имат и своите недостатъци: значително утежняват устройството (което може да бъде критично, ако говорим за безжична мишка) и освен това, макар и рядкост, трябва да се сменят от време на време . Какво могат да предложат разработчиците като алтернатива?

Все още не е забравено старо

Един от най-обещаващите варианти са суперкондензаторите или, както е по-правилно да се наричат, йонистори (англоезичните автори често използват съкращението EDLC, което означава Electric double-layer capacitor, за обозначаване на тези елементи). Първите образци на суперкондензатори са създадени преди повече от 50 години. В момента те се използват в редица електрически устройства (по-специално фенерчета, фенерчета и др.) Като основни и резервни източници на захранване. В допълнение, поради своите свойства, суперкондензаторите са идеално устройство за съхранение на енергия за системи за възстановяване на кинетична енергия, които са оборудвани с много произвеждани в момента превозни средствас електрически и хибридни електроцентрали.

Най-важните предимства на суперкондензаторите в сравнение с литиево-йонните и литиево-полимерните батерии са висока скорост на зареждане, ефективност и огромен ресурс.

Суперкондензаторите могат да съхраняват голям бройенергия за кратък период от време, което ви позволява да намалите времето за презареждане до минимум. В допълнение, йонисторите се характеризират с висока ефективност. Ако съвременните литиево-йонни батерии са в състояние да доставят само около 60% от електроенергията, изразходвана за зареждането им, тогава за суперкондензаторите тази цифра надхвърля 90%.

Друго важно предимство е огромният ресурс. При литиево-йонни и литиево-полимерни батерии се наблюдава значително влошаване (намаляване на капацитета спрямо първоначалната стойност) след няколкостотин цикъла на зареждане-разреждане. А суперкондензаторите могат да издържат около няколко десетки хиляди цикъла без забележимо влошаване.

Други предимства включват ниско специфично тегло и екологичност. Поради ниската токсичност на материалите, от които са направени йонисторите, те са много по-лесни и безопасни за изхвърляне от литиевите, никел-кадмиевите, никел-металхидридни и оловно-киселинните батерии.

Може би тук читателите ще имат напълно логичен въпрос: ако такива прекрасни захранвания са известни повече от половин век, тогава защо те все още не са широко разпространени в цифровите устройства? Факт е, че наред с изброените по-горе предимства, суперкондензаторите имат и своите недостатъци. Най-важните от тях са сравнително ниска специфична енергийна интензивност, нелинейна крива на разреждане и висок ток на саморазреждане.

Специфичната плътност на съхранената енергия в съвременните суперкондензатори варира от 7 до 9 Wh на литър обем. За сравнение: произвежда се в момента литиево-йонни батериитази цифра варира между 250-400 Wh на литър.

Поради високия ток на саморазреждане йонисторите не са подходящи за дългосрочно съхранение на електроенергия. В допълнение, кривата на разреждане на суперкондензаторите е нелинейна: изходното напрежение зависи от оставащия заряд.

Поради горните причини произвежданите в момента йонистори са неподходящи за използване в мобилни устройства, където съотношението между размера и енергийния капацитет на батерията е от първостепенно значение. За безжичните периферни устройства обаче суперкондензаторите са много интересна алтернатива на батериите за еднократна употреба.

В този случай ще бъдат полезни такива свойства на йонисторите като висока скорост на зареждане и висока ефективност. Собственикът на безжична мишка или клавиатура не трябва да чака 2-3 часа, както в случая на устройства с литиеви батерии: само няколко минути са достатъчни, за да възстанови заряда. През това време можете да натрупате запас от енергия, който ще ви стигне за няколко часа активна работа, а при не много интензивна употреба - дори за целия ден. Например пълен цикъл на зареждане на безжична мишка, оборудвана с вграден суперкондензатор Genius DX-ECO, с който разполагаме, е само 5 минути, а натрупаната през това време електроенергия е достатъчна за 4 часа работа.

Разбира се, безжично устройство, оборудвано с йонистор, ще трябва да се зарежда ежедневно (и може би дори по-често). Въпреки това, както вече споменахме, тази процедура ще отнеме само няколко минути - достатъчно време, за да изпиете чаша кафе или просто да си вземете малка почивка от компютъра. И тъй като суперкондензаторите имат огромен ресурс, дори и с няколко ежедневни презареждания, експлоатационният живот на устройството ще бъде най-малко десет години.

Важно предимство на суперкондензаторите в сравнение с литиевите батерии и конвенционалните батерии е значително по-малкото им тегло. Това означава, че една и съща безжична мишка, оборудвана с йонистор, ще бъде само малко по-тежка от жичния аналог.

Перспективи

И така, суперкондензаторите имат висока скоростзаряд и енергийна ефективност, както и огромен ресурс. Поради ниската токсичност на материалите, те са много по-лесни и по-евтини за рециклиране от литиевите батерии. Тази комбинация от свойства прави суперкондензаторите много обещаваща опция за използване като акумулаторни източници на самостоятелно захранване за безжични периферни устройства. Що се отнася до необходимостта от често свързване на кабела за презареждане, този проблем може лесно да бъде решен с помощта на безжично зарядно устройство - особено след като такива решения вече започват да се появяват на масовия пазар.

Благодарение на въвеждането на нови материали, в бъдеще ще бъде възможно да се създават суперкондензатори с много по-висока (в сравнение с произвежданата в момента) специфична енергийна плътност. Експертите възлагат големи надежди на разработването на графенови суперкондензатори. Използването на този иновативен материал ще направи възможно в близко бъдеще създаването на проби със специфична енергийна плътност от около 60 Wh на литър. Разбира се, това е значително по-малко в сравнение със съвременните литиево-йонни и литиево-полимерни батерии, но вече е доста сравнимо с характеристиките на оловно-киселинните батерии. И няма съмнение, че разгръщането серийно производствографеновите суперкондензатори значително ще разширят обхвата на приложение на тези източници на енергия. Те могат да бъдат оборудвани не само с безжични указатели и клавиатури, но и с преносими. високоговорителни системи, както и непрекъсваеми захранвания с ниска мощност.

Днес технологията на батериите е напреднала значително и е станала по-напреднала в сравнение с последното десетилетие. Но все пак засега акумулаторните батерии си остават консуматив, защото имат кратък живот.

Идеята за използване на кондензатор за съхраняване на енергия не е нова и първите експерименти бяха проведени с електролитни кондензатори. Капацитетът на електролитните кондензатори може да бъде значителен - стотици хиляди микрофаради, но все пак не е достатъчен за захранване на дори малък товар за дълго време, освен това има значителен ток на утечка поради конструктивните характеристики.

Съвременните технологии не стоят неподвижни и е изобретен йонистор, това е кондензатор с ултрависок капацитет - от единици фаради до десетки хиляди фаради. Йонисторите с капацитет единици фаради се използват в преносимата електроника за осигуряване на непрекъснато захранване на слаботокови вериги, като например микроконтролер. И йонистори с капацитет от десетки хиляди фаради се използват заедно с батерии за захранване на различни електрически двигатели. В тази комбинация йонисторът позволява да се намали натоварването на батериите, което значително увеличава живота им и в същото време увеличава стартовия ток, който хибридната система за захранване на двигателя е в състояние да достави.

Имаше нужда от захранване на температурния датчик по такъв начин, че да не се сменя батерията в него. Сензорът се захранва от AA батерия и е включен, за да изпраща данни към метеорологичната станция веднъж на всеки 40 секунди. В момента на изпращане сензорът консумира средно 6 mA за 2 секунди.

Възникна идеята да се използва слънчева батерия и йонизатор. Въз основа на идентифицираните характеристики на потреблението на сензора са взети следните елементи:
1. Слънчева батерия 5 волта и ток приблизително 50 mA (съветска слънчева батерия на около 15 години)
2. Йонистор: Panasonic 5,5 волта и капацитет 1 фарад.
3. Йонистор 2 бр.: DMF 5.5V и общ капацитет 1 фарад.
4. Шотки диод с пряк спад на напрежението при нисък ток 0,3 V.
Необходим е диод на Шотки, за да се предотврати разреждането на капацитет през слънчевата клетка.
Йонисторите са свързани паралелно, а общият капацитет е 2 фарада.

Снимка 1.

Експеримент №1– Свързан микроконтролер с монохромен LCD дисплей и обща консумация на ток от 500 µA. Въпреки че микроконтролерът с дисплея работеше, забелязах, че старите соларни клетки бяха изключително неефективни, зарядният ток на сянка беше недостатъчен, за да зареди йонисторите поне до известна степен, напрежението на 5-волтовата слънчева батерия на сянка беше по-малко от 2 волта. (По някакви причини микроконтролерът и дисплеят не са показани на снимката).

Експеримент №2
За да увелича шанса за успех, закупих нови слънчеви клетки от радиопазара с номинална стойност 2 V, ток 40 mA и 100 mA, произведени в Китай и напълнени с оптична смола. За сравнение, тези батерии на сянка вече произвеждаха 1,8 волта, докато зарядният ток не беше висок, но зареждащият йонистор все още беше забележимо по-добър.
След като запоих конструкцията с нова батерия, диод на Шотки и кондензатори, я поставих на перваза на прозореца, така че кондензаторът да се зареди.
Въпреки факта, че слънчевата светлина не удари директно батерията, след 10 минути кондензаторът беше зареден до 1,95 V. Взех температурния сензор, извадих батерията от него и свързах йонистора със слънчевата батерия към контактите на отделението за батерията.

Снимка 2.

Температурният сензор веднага започна да работи и предаде стайната температура на метеорологичната станция. След като се уверих, че сензорът работи, прикрепих към него кондензатор със слънчева батерия и го окачих на място.
Какво стана след това?
Сензорът работеше правилно през целия ден, но с настъпването на тъмнината след час сензорът спря да предава данни. Очевидно натрупаният заряд не е бил достатъчен дори за час работа на сензора и тогава стана ясно защо...

Експеримент №3
Реших леко да модифицирам дизайна, така че йонисторът (върнах йонистора с 2 фарада) да е напълно зареден. Сглобих батерия от три елемента, оказа се 6 волта и ток 40 mA (при пълна слънчева светлина). Тази батерия на сянка вече осигуряваше до 3,7 V вместо предишните 1,8 V (снимка 1) и заряден ток до 2 mA. Съответно, йонисторът се зареждаше до 3,7 V и вече имаше значително повече съхранена енергия в сравнение с експеримент № 2.

Снимка 3.

Всичко би било наред, но сега имаме изход до 5,5 V, а сензорът се захранва от 1,5 V. Необходим е DC/DC преобразувател, което от своя страна внася допълнителни загуби. Конверторът, който имах на разположение, консумираше около 30 µA и даваше 4,2 V на изхода. (Ще трябва да изберете конвертор и да повторите експеримента).

За загубата на енергия:
Беше споменато по-горе, че йонисторите имат ток на саморазреждане, в този случай за монтаж от 2 фарада той беше 50 µA, а също така тук се добавят загуби в DC/DC преобразувателя от около 4% (декларирана ефективност 96%) и неговата скорост на празен ход от 30 µA. Ако не отчитаме загубите при преобразуване, вече имаме консумация от около 80 μA.
Необходимо е да се обърне специално внимание на енергоспестяването, тъй като експериментално е установено, че йонистор с капацитет 2 фарада, зареден до 5,5 V и разреден до 2,5 V, има, така да се каже, капацитет на „батерията“ от 1 mA. С други думи, като консумираме 1 mA от йонистора за един час, ние ще го разредим от 5,5 V на 2,5 V.

Относно скоростта на зареждане при пряка слънчева светлина:
Колкото по-висок е токът, получен от слънчевата батерия, толкова по-добре батерията се осветява от пряка слънчева светлина. Съответно скоростта на зареждане на йонистора се увеличава значително.

Снимка 4.

От показанията на мултиметъра можете да видите (0,192 V, първоначални показания), след 2 минути кондензаторът е зареден до 1,161 V, след 5 минути до 3,132 V и след още 10 минути до 5,029 V. В рамките на 17 минути йонисторът е зареден до 90% . Трябва да се отбележи, че осветяването на слънчевата батерия беше неравномерно през цялото време и се случи през двойното стъкло на прозореца и защитното фолио на батерията.

Технически доклад за експеримент #3
Технически характеристики на оформлението:
- Соларна батерия 12 клетки, 6 V, ток 40 mA (при пълно излагане на слънце), (на сянка при облачно време 3,7 V и ток 1 mA с натоварване на йонистора).
- Йонисторите са свързани паралелно, общият капацитет е 2 Farads, допустимото напрежение е 5,5 V, токът на саморазреждане е 50 μA;
- Шотки диод с директен спад на напрежението от 0,3 V, използван за разединяване на захранването на слънчевата батерия и йонистора.
- Размери на оформлението 55 х 85 мм (пластмасова карта VISA).
От това оформление успяхме да получим:
Микроконтролер с LCD дисплей (консумация на ток 500 µA при 5,5 V, време на работа без соларна батерия, приблизително 1,8 часа);
Температурен сензор, дневна светлина със слънчева батерия, консумация 6 mA за 2 секунди на всеки 40 секунди;
Светодиодът свети 60 секунди при среден ток от 60 mA без слънчева батерия;
Пробвахме и DC/DC преобразувател на напрежение (за стабилно захранване), с който успяхме да получим 60 mA и 4 V в рамките на 60 секунди (при зареждане на йонистора до 5,5 V, без соларна батерия).
Получените данни показват, че йонисторите в този дизайн имат приблизителен капацитет от 1 mA (без презареждане от слънчева батерия с разряд до 2,5 V).

Изводи:
Този дизайн позволява енергията да се съхранява в кондензатори за непрекъснато захранване на устройства с микроконсумация. Натрупаният капацитет от 1 mA на 2 фарада капацитет на кондензатора трябва да е достатъчен, за да осигури работа на микропроцесора с ниска мощност на тъмно в продължение на 10 часа. В този случай общите загуби на ток и потреблението на натоварване не трябва да надвишават 100 μA. През деня йонисторът се зарежда от слънчева батерия дори на сянка и може да захранва товар в импулсен режим с ток до 100 mA.

Отговаряме на въпроса в заглавието на статията - Може ли йонист да замени батерия?
– може да замени, но засега със значителни ограничения на консумация на ток и режим на работа на натоварване.

недостатъци:

• нисък капацитет за съхранение на енергия (приблизително 1 mA за всеки 2 фарада капацитет на йонистора)
• значителен ток на саморазреждане на кондензатори (приблизителна загуба от 20% от капацитета на ден)
• Размерите на конструкцията се определят от слънчевата батерия и общия капацитет на йонисторите.

Предимства:

• липса на носими химически елементи (батерии)
• работен температурен диапазон от -40 до +60 градуса по Целзий
• простота на дизайна
• не висока цена

След всички направени експерименти дойде идеята за модернизиране на дизайна, както следва:

Снимка 5.

От едната страна на платката има слънчева батерия, от другата страна има набор от йонистори и DC\DC преобразувател.

Спецификации:

• Соларна батерия 12 клетки, 6 V, ток 60 mA (при пълно излагане на слънце);
• Йонистор общ капацитет 4; 6 или 16 Farads, допустимо напрежение 5,5 V, общ ток на саморазреждане съответно 120\140\(все още не е известно) µA;
• Двоен диод на Шотки с преден спад на напрежението от 0,15 V се използва за разединяване на захранването на слънчевата батерия и йонистора;
• Размери на оформлението: 55 x 85 mm (пластмасова карта VISA);
• Очакван капацитет без презареждане от слънчеви панели при инсталиране на кондензатори 4; 6 или 16 фарада е приблизително 2\3\8 mA.

P.S. Ако забележите печатна грешка, грешка или неточност в изчисленията, пишете ни на лично съобщение и ние бързо ще коригираме всичко.

Следва продължение…