Применение ионисторов схемы: ИОНИСТОР В КАРМАНЕ | МОДЕЛИСТ-КОНСТРУКТОР

Содержание

ИОНИСТОР В КАРМАНЕ | МОДЕЛИСТ-КОНСТРУКТОР

Предлагается простой карманный радиоприемник с низким напряжением питания от ионистора. Приемник выполнен полностью на транзисторах, так как низкое напряжение питания не позволяет использовать существующие микросхемы (например, 174ХА10). Приемник — прямого усиления, что обеспечивает достаточную громкость радиовещательных станций в диапазоне средних волн и работоспособность в диапазоне питающих напряжений от 2 до 0,9 В.

Можно в качестве источника питания использовать 1,5-вольтовые батареи. При работе на динамик ток в режиме сигнала составляет около 10 мА, на стереотелефоны (2×35 Ом) — не более 3 мА При зарядке ионистора до 2 В приемник работает на телефоны около 10 часов, а на динамик — около 2,5 часа до разрядки его до 0,9 В.

Прежде чем перейти к непосредственному описанию схемы и работы предлагаемого вниманию читателей приемника, хотелось бы несколько слов посвятить ионисторам, применение которых в данном приборе является одним из принципиальных моментов.

Устройство ионисторов, история их создания широко освещены в нашей технической литературе. Хотелось бы обратить внимание читателей на работу Н.Кочетова «Ионисторы», опубликованную в № 2 за 2001 г. журнала «Моделист-конструктор». Наряду с описанием принципов работы и конструкции в статье приводится информация о наиболее распространенных на тот период отечественных ионисторах производства ГОО «Гелион» из Рязани. В настоящее время ассортимент этих изделий значительно расширен, в том числе и за счет продукции ОАО «НИИ «ГИРИКОНД» из Санкт-Петербурга (см. табл.). Достаточно полный обзор практического применения ионисторов и их характеристик представлен в работе И.Алиева и С.Калгановой «Конденсаторы сверхвысокой энергоемкости или молекулярные конденсаторы» — Справочник, Москва, 2005 г.

Одним из замечательных свойств ионисторов является их быстрая зарядка: за несколько минут, вместо часов, как с обычными аккумуляторами. Например, для 100-фарадного ионистора достаточно 2 минут. И не надо иметь дело с кислотами, щелочами, дистиллированной водой, ареометром. Отпадает забота о вентиляции помещения зарядной станции: все-таки вредное производство.

На рисунке 1 приведена разработанная автором электросхема зарядного устройства для ионисторов, питающих карманные радиоприемники. Такое устройство должно выдерживать при подключении сильный бросок тока, поэтому в предлагаемой схеме применена сильнотоковая электроника. Выпрямительный мост — на диодах Д232, транзистор — П210А, стабилитрон — Д815А. Трансформатор мощностью 50 ватт. Номинал R4 не указан, так как он напрямую связан с применяемым электроизмерительным прибором. В предлагаемой конструкции использованы магнитоэлектрический миллиамперметр М4202 с током полного отклонения стрелки 5 мА и резистор сопротивлением 1 К.

Рис. 1. Принципиальная электрическая схема зарядного устройства для ионисторов

Рис. 2. Принципиальная электрическая схема карманного радиоприемника с низким напряжением питания от ионистора

А теперь, освежив свои знания об ионисторах и располагая зарядным устройством к ним, обратим свое внимание на вышеупомянутый карманный приемник. Его принципиальная электросхема представлена на рисунке 2. Прием ведется на магнитную антенну WА1, состоящую из антенной катушки L1 и катушки связи L2, размещенных на ферритовом стержне марки 400НН длиной 160 и диаметром 8 мм. Обе катушки намотаны проводом ПЭВТЛ-2 диаметром 0,18 мм. И имеет 75 витков, индуктивность 340 мкГн ±10%, 1.2— 7 витков. Эта антенна и подстроенный конденсатор С1 взяты от радиоприемника «Селга 404» (используется одна секция сдвоенного блока переменных конденсаторов). С катушки связи L2 сигнал поступает на вход трехкаскадного усилителя высокой частоты (УВЧ). В каждом каскаде УВЧ, выполненном на транзисторах VТ1 — VТ3, введена отрицательная обратная связь по напряжению подключением базовых резисторов R1, R3, R5 к коллекторам транзисторов. С нагрузки последнего каскада УВЧ резистора R6 через конденсатор С5 сигнал поступает на детекторный каскад по схеме удвоения на диодах VD1, VD2.

Конденсатор С6 служит для фильтрации высокочастотной составляющей сигнала. С выхода детекторного каскада сигнал поступает на регулятор громкости R7, спаренный с выключателем питания SА1, а оттуда через конденсатор С7 — на первый каскад усиления низкой частоты (УНЧ), выполненный на транзисторе VТ4. Поскольку напряжение питания низкое, то второй двухтактный каскад УНЧ выполнен на составных транзисторах VТ5VТ7, VТ6VТ8. Динамическая головка ВА взята от приемника «Селга 404-0,25ГД10». На схеме показана возможность подключения миниатюрного головного телефона ТМ-4 (автор применил, как указано в начале статьи, стереотелефоны).

Конденсаторы с двойным электрическим слоем (суперконденсаторы, ионисторы)

Питается приемник от сборки 10 ионисторов по 10 фарад каждый, рассчитанных на напряжение 2,3 В, подключенных параллельно. Итого — 100 фарад. В целях упрощения на схеме сборка ионисторов С9 показана как один ионистор. Зарядка такой сборки ионисторов занимает практически 2 минуты.

В рамке — полная надпись на корпусе одного ионистора.

Конденсаторы можно взять типа КМ, КЛС; резисторы — ОМЛТ-0,125; диоды — любые из серии Д9.

Налаживание приемника начинают с УНЧ. Подбором резистора R8 устанавливают на коллекторах транзисторов VT7, VТ8 напряжение, равное половине напряжения питания. Высокочастотные транзисторы можно взять любые и, подрабатывая величиной базовых резисторов R1, R3, R5, «вгонять» в режим каждый каскад УВЧ.

Монтаж размещен на двух стеклотекстолитовых платах: УВЧ с детекторным каскадом на одной и УНЧ — на другой в виде макросхем с возможностью замены той или другой или обеих на экономичные микросхемы, работающие от низких напряжений с появлением таковых. Корпус приемника взят от «Селги 402».

При разработке приемника был использован однолучевой осциллограф С1-49, высокочастотный генератор сигналов Г4-117.

С. ЛЕВЧЕНКО, г. Санкт-Петербург

Рекомендуем почитать

  • СТОЛ-ТРЕЛЬЯЖ
    В любой квартире — в большой я малогабариткой — обычно- имеется два стола: один в комнате, другой — в кухне. Для семей, состоящих из двух-четырех человек, это необходимый минимум. Ну а…
  • РЕАКТИВНЫЙ? НЕТ, РЕЗИНОМОТОРНЫЙ
    На «Синей птице», на которой знаменитый гонщик Д. Кэмпбелл собирался установить мировой рекорд скорости, но так и не стал самым быстрым человеком на земле, стояли реактивные…

2.1.4. Ионисторы — особые конденсаторы. Электронные самоделки

2.1.4. Ионисторы — особые конденсаторы

Ионисторы — это оксидные конденсаторы большой общей емкости (в несколько десятков и сотен фарад, рассчитанные на рабочее напряжение 10…50 В). В современных усилителях применение ионисторов оправдано в качестве фильтрующих элементов по питанию. Эквивалент электрической схемы ионистора в последовательном соединении (в прямом направлении) кремниевого диода, ограничительного резистора, конденсатора большой емкости (отрицательная обкладка подключена к общему проводу) и параллельно ему Rнапр. Как примеры ионисторов — распространенные приборы К58-3 и К58-9.

Третий элемент в обозначении конденсатора — порядковый номер разработки: (П — для работы в цепях постоянного и переменного тока, Ч — для работы в цепях переменного тока, У — для работы в цепях переменного тока и в импульсных режимах, И — для работы в импульсных режимах).

Из старых типов, которые еще можно встретить в отечественных усилителях выпуска 1980…1990 гг. встречаются обозначения: КД — конденсаторы дисковые, КМ — конденсаторы керамические монолитные, КЛС — керамические литые секционные, КСО — конденсаторы слюдяные опрессованные, СГМ — слюдяные герметизированные малогабаритные, КБГИ — бумажные герметизированные изолированные, МБГЧ — металлобумажные герметизированные высокочастотные, КЭГ — электролитические герметизированные, ЭТО — электролитические танталовые объемно-пористые.

Типы (КД, КЛС, КСО, КГМ, КБГИ, МБГЧ, КЭГ) в усилителях желательно не применять по причине их иного предназначения и повышенным внутренним шумам.

Конденсаторы, как и постоянные резисторы, разделяются по группам допуска отклонения от номинальной емкости. Эти данные сведены в табл. П2.7. В табл. П2.8 представлены данные буквенного обозначения напряжения (маркировки) на конденсаторах.

Малогабаритные конденсаторы с малой величиной допуска (0,001…10 %), рекомендуемые к применению в высококачественных усилителях, маркируются шестью цветовыми кольцами на корпусе.

Первые три кольца — численная величина емкости в пикофарадах (пФ), четвертое кольцо — множитель, пятое — допуск, шестое — ТКЕ.

Температурный коэффициент емкости (ТКЕ) характеризует относительное изменение емкости от номинального значения при изменении температуры окружающей среды. Буквенное обозначение ТКЕ может быть: М — отрицательное, П — положительное, МП — близким к нулю, Н — не нормируется. Следующие за буквой Н цифры определяют допустимые изменения емкости в интервале рабочих температур. У слюдяных конденсаторов ТКЕ обозначен первой буквой на корпусе, у керамических — каждой группе соответствует определенный цвет корпуса или цветовая точка на корпусе. В усилителях керамические конденсаторы группы «Н» по ТКЕ применяют в качестве шунтирующих, фильтровых элементов и для связи между каскадами на низкой частоте сигнала. Как и любые проводники, конденсаторы обладают некоторой индуктивностью. Чем больше емкость и размеры обкладок конденсаторов, тем больше паразитная индуктивность.

Зарубежные производители конденсаторов не имеют единой системы обозначения своих приборов. Конденсаторы малой емкости используются в усилительной технике в качестве разделительных между каскадами усилителя. Не желательно для этой цели применять лакопленочные, пленочные, металлопленочные и однослойные металлобумажные конденсаторы, т. к. при эксплуатации на малых (менее 1 В) напряжениях у данных типов наблюдается нестабильность сопротивления изоляции.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Ионисторы, суперконденсаторы, ультраконденсаторы » что это такое, их устройство и работа.

Ионисторы (суперконденсаторы, ультраконденсаторы) — это электрические устройства в которых накапливается заряд между двумя обкладками на границе раздела двух сред — электролитом и электродами. Вся энергия в данных устройствах имеется в виде статического электрозаряда. Накопление электроэнергии происходит за счёт приложения постоянного напряжения на его внешние выводы. Проще говоря — это простые конденсаторы, которые в отличие от обычных, имеют очень большую емкость (исчисляемую в фарадах).

Как Мы с Вами знаем, обычные конденсаторы имеют внутри обкладки из фольги, что разделены диэлектриком. Ионисторы (суперконденсаторы, ультраконденсаторы), это уже своеобразное объединение работы емкости с электрохимической батареей. В ионисторе используется специальный электролит и обкладки. В основном увеличение общей ёмкости ионистора происходит за счёт использования материалов имеющих очень большую собственную поверхностную площадь.

У ионистора обкладки бывают следующих типов: на основе активированного угля, проводящих полимеров и оксидов металлов. Применение сверхпористых угольных материалов даёт возможность получить общую плотность емкости в пределах 10 Фарад/см3 и даже больше. Ионисторы (суперконденсаторы, ультраконденсаторы) на основе актив. угля получаются более экономичными при своём изготовлении. Их также называют ещё DLC-конденсаторами либо двухслойными, так как электрический заряд накапливается в двойном слое, что образуется на поверхности самой обкладки ионистора.

Что касается электролита ионисторов, он может быть водным или органическим. Ионисторы (суперконденсаторы, ультраконденсаторы), что содержат водный электролит, обладают довольно малым внутренним сопротивлением, но, есть также и значительный минус водного электролита, напряжение заряда для них ограничено до 1 Вольта. Ионисторы на органическом электролите обладает наиболее большим сопротивлением, зато они способены к работе с напряжением заряда 2-3 В.

Поскольку для питания электронных схем используется обычно более высокие напряжения, чем у ионистора, то для получения нужного значения их соединяют последовательно. Как Мы знаем, что величина обычных емкостей конденсаторов измеряется в приделах от пикофарад до микрофарад. Емкость ионисторов (суперконденсаторы, ультраконденсаторы) измеряется уже в фарадах (в одном фараде миллион микрофарад). В ионисторах возможно достичь плотности мощности на массу рабочего вещества от 1 до 10 Вт/кг. Это больше, чем у обычных конденсаторов, и меньше, чем у аккумуляторов.

К основным недостаткам ионистора (суперконденсаторы, ультраконденсаторы) можно отнести его постоянное линейное снижение напряжения в течение всего времени его работы до полного разряда (за один цикл заряда и разряда). Из-за этого ионисторы не способны удерживать полный заряд. Общая степень его заряда исчисляется в процентах и будет зависеть, в первую очередь, от того, какое напряжение к нему изначально будет приложено.

Если ионистор заряжен до напряжения 8 вольт, а схема нормально может работать с минимальным напряжением 4 вольта, то получается, что используемый заряд составляет всего 50%. Оставшаяся электроэнергия в ионисторе оказывается совершенно бесполезной. Для увеличения степени использования накопленной энергии в ионисторе применяют различные виды преобразователей, но и этот путь неидеален, поскольку ведёт к удорожанию всей системы на 10-15%. Плюс, значительно снижается КПД.

Применение ионисторам нашлось в электропитании микросхем памяти, использование в цепях фильтрации. Они также хорошо работают в паре с батареями с целью защиты их от внезапных перепадов электрического тока нагрузки: при малых токах электрической нагрузки батарея работает на подзарядку ионистора, а как только произойдёт скачек тока, ионистор выдаст накопленную электроэнергию, в итоге значительно снижается общая нагрузка на батарею.

Перечень преимуществ ионисторов:

  • малое внутреннее сопротивление
  • большой срок службы
  • нет ограничений по количеству циклов заряд/разряд
  • относительно малая стоимость
  • довольно широкий диапазон рабочих температур: от -25 до +70 °С
  • быстрый процесс заряда и разряда
  • работа при любом напряжении, что не превышает номинального
  • использование простых способов заряда
  • отсутствие контроля за режимом заряда

Перечень недостатков ионисторов:

  • довольно малая энергетическая плотность
  • не может обеспечить достаточного накопления электроэнергии
  • весьма низкое напряжение на одной единицы элемента
  • высокая степень саморазряда

P. S. Данная разновидность электрических устройств находится между классом источников электропитания и элементов электрических схем, так как с одной стороны он ближайший родственник обычным конденсаторам, а с другой, обладает свойствами электроисточника.

сантифарад [сФ] в мегафарад [МФ] • Электрическая емкость • Электротехника • Компактный калькулятор • Онлайн-конвертеры единиц измерения

Конвертер длины и расстоянияКонвертер массыКонвертер мер объема сыпучих продуктов и продуктов питанияКонвертер площадиКонвертер объема и единиц измерения в кулинарных рецептахКонвертер температурыКонвертер давления, механического напряжения, модуля ЮнгаКонвертер энергии и работыКонвертер мощностиКонвертер силыКонвертер времениКонвертер линейной скоростиПлоский уголКонвертер тепловой эффективности и топливной экономичностиКонвертер чисел в различных системах счисления.Конвертер единиц измерения количества информацииКурсы валютРазмеры женской одежды и обувиРазмеры мужской одежды и обувиКонвертер угловой скорости и частоты вращенияКонвертер ускоренияКонвертер углового ускоренияКонвертер плотностиКонвертер удельного объемаКонвертер момента инерцииКонвертер момента силыКонвертер вращающего моментаКонвертер удельной теплоты сгорания (по массе)Конвертер плотности энергии и удельной теплоты сгорания топлива (по объему)Конвертер разности температурКонвертер коэффициента теплового расширенияКонвертер термического сопротивленияКонвертер удельной теплопроводностиКонвертер удельной теплоёмкостиКонвертер энергетической экспозиции и мощности теплового излученияКонвертер плотности теплового потокаКонвертер коэффициента теплоотдачиКонвертер объёмного расходаКонвертер массового расходаКонвертер молярного расходаКонвертер плотности потока массыКонвертер молярной концентрацииКонвертер массовой концентрации в раствореКонвертер динамической (абсолютной) вязкостиКонвертер кинематической вязкостиКонвертер поверхностного натяженияКонвертер паропроницаемостиКонвертер плотности потока водяного параКонвертер уровня звукаКонвертер чувствительности микрофоновКонвертер уровня звукового давления (SPL)Конвертер уровня звукового давления с возможностью выбора опорного давленияКонвертер яркостиКонвертер силы светаКонвертер освещённостиКонвертер разрешения в компьютерной графикеКонвертер частоты и длины волныОптическая сила в диоптриях и фокусное расстояниеОптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×)Конвертер электрического зарядаКонвертер линейной плотности зарядаКонвертер поверхностной плотности зарядаКонвертер объемной плотности зарядаКонвертер электрического токаКонвертер линейной плотности токаКонвертер поверхностной плотности токаКонвертер напряжённости электрического поляКонвертер электростатического потенциала и напряженияКонвертер электрического сопротивленияКонвертер удельного электрического сопротивленияКонвертер электрической проводимостиКонвертер удельной электрической проводимостиЭлектрическая емкостьКонвертер индуктивностиКонвертер реактивной мощностиКонвертер Американского калибра проводовУровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. единицахКонвертер магнитодвижущей силыКонвертер напряженности магнитного поляКонвертер магнитного потокаКонвертер магнитной индукцииРадиация. Конвертер мощности поглощенной дозы ионизирующего излученияРадиоактивность. Конвертер радиоактивного распадаРадиация. Конвертер экспозиционной дозыРадиация. Конвертер поглощённой дозыКонвертер десятичных приставокПередача данныхКонвертер единиц типографики и обработки изображенийКонвертер единиц измерения объема лесоматериаловВычисление молярной массыПериодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

Сенсорный экран этого планшета выполнен с использованием проекционно-емкостной технологии.

Общие сведения

Измерение емкости конденсатора номинальной емкостью 10 мкФ с помощью осциллографа-мультиметра

Электрическая емкость — это величина, характеризующая способность проводника накапливать заряд, равная отношению электрического заряда к разности потенциалов между проводниками:

C = Q/∆φ

Здесь Q — электрический заряд, измеряется в кулонах (Кл), — разность потенциалов, измеряется в вольтах (В).

В системе СИ электроемкость измеряется в фарадах (Ф). Данная единица измерения названа в честь английского физика Майкла Фарадея.

Фарад является очень большой емкостью для изолированного проводника. Так, металлический уединенный шар радиусом в 13 радиусов Солнца имел бы емкость равную 1 фарад. А емкость металлического шара размером с Землю была бы примерно 710 микрофарад (мкФ).

Так как 1 фарад — очень большая емкость, поэтому используются меньшие значения, такие как: микрофарад (мкФ), равный одной миллионной фарада; нанофарад (нФ), равный одной миллиардной; пикофарад (пФ), равный одной триллионной фарада.

В системе СГСЭ основной единицей емкости является сантиметр (см). 1 сантиметр емкости — это электрическая емкость шара с радиусом 1 сантиметр, помещенного в вакуум. СГСЭ — это расширенная система СГС для электродинамики, то есть, система единиц в которой сантиметр, грам, и секунда приняты за базовые единицы для вычисления длины, массы и времени соответственно. В расширенных СГС, включая СГСЭ, некоторые физические константы приняты за единицу, чтобы упростить формулы и облегчить вычисления.

Использование емкости

Конденсаторы — устройства для накопления заряда в электронном оборудовании

Условные обозначения конденсаторов на принципиальных схемах

Понятие электрической емкости относится не только к проводнику, но и к конденсатору. Конденсатор — система двух проводников, разделенных диэлектриком или вакуумом. В простейшем варианте конструкция конденсатора состоит из двух электродов в виде пластин (обкладок). Конденсатор (от лат. condensare — «уплотнять», «сгущать») — двухэлектродный прибор для накопления заряда и энергии электромагнитного поля, в простейшем случае представляет собой два проводника, разделённые каким-либо изолятором. Например, иногда радиолюбители при отсутствии готовых деталей изготавливают подстроечные конденсаторы для своих схем из отрезков проводов разного диаметра, изолированных лаковым покрытием, при этом более тонкий провод наматывается на более толстый. Регулируя число витков, радиолюбители точно настраивают контура аппаратуры на нужную частоту.

Примеры изображения конденсаторов на электрических схемах приведены на рисунке.

Параллельная RLC-цепь, состоящая из резистора, конденсатора и катушки индуктивности

Историческая справка

Еще 275 лет назад были известны принципы создания конденсаторов. Так, в 1745 г. в Лейдене немецкий физик Эвальд Юрген фон Клейст и нидерландский физик Питер ван Мушенбрук создали первый конденсатор — «лейденскую банку» — в ней диэлектриком были стенки стеклянной банки, а обкладками служили вода в сосуде и ладонь экспериментатора, державшая сосуд. Такая «банка» позволяла накапливать заряд порядка микрокулона (мкКл). После того, как ее изобрели, с ней часто проводили эксперименты и публичные представления. Для этого банку сначала заряжали статическим электричеством, натирая ее. После этого один из участников прикасался к банке рукой, и получал небольшой удар током. Известно, что 700 парижских монахов, взявшись за руки, провели лейденский эксперимент. В тот момент, когда первый монах прикоснулся к головке банки, все 700 монахов, сведенные одной судорогой, с ужасом вскрикнули.

В Россию «лейденская банка» пришла благодаря русскому царю Петру I, который познакомился с Мушенбруком во время путешествий по Европе, и подробнее узнал об экспериментах с «лейденской банкой». Петр I учредил в России Академию наук, и заказал Мушенбруку разнообразные приборы для Академии наук.

В дальнейшем конденсаторы усовершенствовались и становились меньше, а их емкость — больше. Конденсаторы широко применяются в электронике. Например, конденсатор и катушка индуктивности образуют колебательный контур, который может быть использован для настройки приемника на нужную частоту.

Существует несколько типов конденсаторов, отличающихся постоянной или переменной емкостью и материалом диэлектрика.

Примеры конденсаторов

Оксидные конденсаторы в блоке питания сервера.

Промышленность выпускает большое количество типов конденсаторов различного назначения, но главными их характеристиками являются ёмкость и рабочее напряжение.

Типичные значение ёмкости конденсаторов изменяются от единиц пикофарад до сотен микрофарад, исключение составляют ионисторы, которые имеют несколько иной характер формирования ёмкости – за счёт двойного слоя у электродов – в этом они подобны электрохимическим аккумуляторам. Суперконденсаторы на основе нанотрубок имеют чрезвычайно развитую поверхность электродов. У этих типов конденсаторов типичные значения ёмкости составляют десятки фарад, и в некоторых случаях они способны заменить в качестве источников тока традиционные электрохимические аккумуляторы.

Вторым по важности параметром конденсаторов является его рабочее напряжение. Превышение этого параметра может привести к выходу конденсатора из строя, поэтому при построении реальных схем принято применять конденсаторы с удвоенным значением рабочего напряжения.

Для увеличения значений ёмкости или рабочего напряжения используют приём объединения конденсаторов в батареи. При последовательном соединении двух однотипных конденсаторов рабочее напряжение удваивается, а суммарная ёмкость уменьшается в два раза. При параллельном соединении двух однотипных конденсаторов рабочее напряжение остаётся прежним, а суммарная ёмкость увеличивается в два раза.

Третьим по важности параметром конденсаторов является температурный коэффициент изменения ёмкости (ТКЕ). Он даёт представление об изменении ёмкости в условиях изменения температур.

В зависимости от назначения использования, конденсаторы подразделяются на конденсаторы общего назначения, требования к параметрам которых некритичны, и на конденсаторы специального назначения (высоковольтные, прецизионные и с различными ТКЕ).

Маркировка конденсаторов

Подобно резисторам, в зависимости от габаритов изделия, может применяться полная маркировка с указанием номинальной ёмкости, класса отклонения от номинала и рабочего напряжения. Для малогабаритных исполнений конденсаторов применяют кодовую маркировку из трёх или четырёх цифр, смешанную цифро-буквенную маркировку и цветовую маркировку.

Соответствующие таблицы пересчёта маркировок по номиналу, рабочему напряжению и ТКЕ можно найти в Интернете, но самым действенным и практичным методом проверки номинала и исправности элемента реальной схемы остаётся непосредственное измерение параметров выпаянного конденсатора с помощью мультиметра.

Оксидный конденсатор собран из двух алюминиевых лент и бумажной прокладки с электролитом. Одна из алюминиевых лент покрыта слоем оксида алюминия и служит анодом. Катодом служит вторая алюминиевая лента и бумажная лента с электролитом. На алюминиевых лентах видны следы электрохимического травления, позволяющего увеличить их площадь поверхности, а значит и емкость конденсатора.

Предупреждение: поскольку конденсаторы могут накапливать большой заряд при весьма высоком напряжении, во избежание поражения электрическим током необходимо перед измерением параметров конденсатора разряжать его, закоротив его выводы проводом с высоким сопротивлением внешней изоляции. Лучше всего для этого подходят штатные провода измерительного прибора.

Оксидные конденсаторы: данный тип конденсатора обладает большой удельной емкостью, то есть, емкостью на единицу веса конденсатора. Одна обкладка таких конденсаторов представляет собой обычно алюминиевую ленту, покрытую слоем оксида алюминия. Второй обкладкой служит электролит. Так как оксидные конденсаторы имеют полярность, то принципиально важно включать такой конденсатор в схему строго в соответствии с полярностью напряжения.

Твердотельные конденсаторы: в них вместо традиционного электролита в качестве обкладки используется органический полимер, проводящий ток, или полупроводник.

Трехсекционный воздушный конденсатор переменной емкости

Переменные конденсаторы: емкость может меняться механическим способом, электрическим напряжением или с помощью температуры.

Пленочные конденсаторы: диапазон емкости данного типа конденсаторов составляет примерно от 5 пФ до 100 мкФ.

Имеются и другие типы конденсаторов.

Ионисторы

В наши дни популярность набирают ионисторы. Ионистор (суперконденсатор) — это гибрид конденсатора и химического источника тока, заряд которого накапливается на границе раздела двух сред — электрода и электролита. Начало созданию ионисторов было положено в 1957 году, когда был запатентован конденсатор с двойным электрическим слоем на пористых угольных электродах. Двойной слой, а также пористый материал помогли увеличить емкость такого конденсатора за счет увеличения площади поверхности. В дальнейшем эта технология дополнялась и улучшалась. На рынок ионисторы вышли в начале восьмидесятых годов прошлого века.

С появлением ионисторов появилась возможность использовать их в электрических цепях в качестве источников напряжения. Такие суперконденсаторы имеют долгий срок службы, малый вес, высокие скорости зарядки-разрядки. В перспективе данный вид конденсаторов может заменить обычные аккумуляторы. Основными недостатками ионисторов является меньшая, чем у электрохимических аккумуляторов удельная энергия (энергия на единицу веса), низкое рабочее напряжение и значительный саморазряд.

Ионисторы применяются в автомобилях Формулы-1. В системах рекуперации энергии, при торможении вырабатывается электроэнергия, которая накапливается в маховике, аккумуляторах или ионисторах для дальнейшего использования.

Электромобиль А2В Университета Торонто. Общий вид

В бытовой электронике ионисторы применяются для стабилизации основного питания и в качестве резервного источника питания таких приборов как плееры, фонари, в автоматических коммунальных счетчиках и в других устройствах с батарейным питанием и изменяющейся нагрузкой, обеспечивая питание при повышенной нагрузке.

В общественном транспорте применение ионисторов особенно перспективно для троллейбусов, так как становится возможна реализация автономного хода и увеличения маневренности; также ионисторы используются в некоторых автобусах и электромобилях.

Электромобиль А2В Университета Торонто. Под капотом

Электрические автомобили в настоящем времени выпускают многие компании, например: General Motors, Nissan, Tesla Motors, Toronto Electric. Университет Торонто совместно с компанией Toronto Electric разработали полностью канадский электромобиль A2B. В нем используются ионисторы вместе с химическими источниками питания, так называемое гибридное электрическое хранение энергии. Двигатели данного автомобиля питаются от аккумуляторов весом 380 килограмм. Также для подзарядки используются солнечные батареи, установленные на крыше электромобиля.

Емкостные сенсорные экраны

В современных устройствах все чаще применяются сенсорные экраны, которые позволяют управлять устройствами путем прикосновения к панелям с индикаторами или экранам. Сенсорные экраны бывают разных типов: резистивные, емкостные и другие. Они могут реагировать на одно или несколько одновременных касаний. Принцип работы емкостных экранов основывается на том, что предмет большой емкости проводит переменный ток. В данном случае этим предметом является тело человека.

Поверхностно-емкостные экраны

Cенсорный экран iPhone выполнен по проекционно-емкостной технологии.

Таким образом, поверхностно-емкостный сенсорный экран представляет собой стеклянную панель, покрытую прозрачным резистивным материалом. В качестве резистивного материала обычно применяется имеющий высокую прозрачность и малое поверхностное сопротивление сплав оксида индия и оксида олова. Электроды, подающие на проводящий слой небольшое переменное напряжение, располагаются по углам экрана. При касании к такому экрану пальцем появляется утечка тока, которая регистрируется в четырех углах датчиками и передается в контроллер, который определяет координаты точки касания.

Преимущество таких экранов заключается в долговечности (около 6,5 лет нажатий с промежутком в одну секунду или порядка 200 млн. нажатий). Они обладают высокой прозрачностью (примерно 90%). Благодаря этим преимуществам, емкостные экраны уже с 2009 года активно начали вытеснять резистивные экраны.

Недостаток емкостных экранов заключается в том, что они плохо работают при отрицательных температурах, есть трудности с использованием таких экранов в перчатках. Если проводящее покрытие расположено на внешней поверхности, то экран является достаточно уязвимым, поэтому емкостные экраны применяются лишь в тех устройствах, которые защищены от непогоды.

Проекционно-емкостные экраны

Помимо поверхностно-емкостных экранов, существуют проекционно-емкостные экраны. Их отличие заключается в том, что на внутренней стороне экрана нанесена сетка электродов. Электрод, к которому прикасаются, вместе с телом человека образует конденсатор. Благодаря сетке, можно получить точные координаты касания. Проекционно-емкостный экран реагирует на касания в тонких перчатках.

Проекционно-емкостные экраны также обладают высокой прозрачностью (около 90%). Они долговечны и достаточно прочные, поэтому их широко применяют не только в персональной электронике, но и в автоматах, в том числе установленных на улице.

Автор статьи: Sergey Akishkin, Tatiana Kondratieva

Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.

(PDF) ПРИМЕНЕНИЕ СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ В АВТОМОБИЛЯХ

IV Всероссийская научно-практическая конференция

«ЭНЕРГЕТИК А И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ: ТЕОРИЯ И ПРАКТИК А»

403-2 19-21 декабря 2018 г.

восстановительных реакций, что увеличивает удельную емкость конденса-

тора, а также расширяет область рабочих напряжений.

В гибридных конденсаторах часто применяют комбинацию электро-

дов из допированных проводящих полимеров и смешанных оксидов.

В ближайшем будущем суперконденсаторы станут применять по-

всеместно. Многообещающими областями для суперконденсаторов могут

стать медицинская и авиакосмическая промышленность, военная техника.

 При разработке суперконденсаторов все больше повышается их

удельная емкость. В результате во многих технических сферах произойдет

полная замена аккумуляторов на конденсаторы.

 Произойдет интегрирование суперконденсаторов в самые разные

структуры: от электроники до всевозможных настроек.

 Повсеместное использование суперконденсаторов: автомобили,

трамваи, автобусы, электроника, в особенности смартфоны и другая мо-

бильная техника. Зарядка будет занимать секунды, а запасаемой энергии

будет хватать надолго. В автомобильных электронных системах их ис-

пользуют для запуска моторов, тем самым сокращая нагрузку на аккуму-

лятор. Также они позволяют уменьшить массу, сократив монтажные схе-

мы. Широкое применение они находят в гибридных авто, где генератором

управляет двигатель внутреннего сгорания (ДВС), а электрический мотор

(или моторы) приводят автомобиль в движение, т.е. суперконденсатор

(энергетический кэш) используется в качестве источника тока при ускоре-

нии и начале движения, а во время торможения происходит его «подзаряд-

ка». Перспективно применение их не только в легковом, но и в город-

ском транспорте, поскольку новый вид конденсаторов позволяет на 50%

сократить потребление топлива и на 90% сократить выброс вредных газов

в окружающее пространство. Заменить полностью батарею суперконден-

саторы пока не могут, но это только вопрос времени. Использовать супер-

конденсатор вместо аккумулятора – вовсе не фантастика. Выступать в ка-

честве аккумуляторов смогут панели кузова, внутри которых стоят супер-

конденсаторы последнего поколения. Сотрудникам университета QUT

удалось объединить в новом устройстве преимущества батарей литий-

ионных и суперконденсаторов. Состоит новый тонкий, легкий и мощный

суперконденсатор из карбоновых электродов, находящегося между ними

электролита. Новинку можно устанавливать в любом месте кузова. Улуч-

шить же благодаря большому крутящему моменту (пусковому) стартовые

характеристики при низких температурах и расширить возможности сис-

темы питания, им под силу уже сейчас. Целесообразность их использова-

ния в системе питания объясняется тем, что время их зарядки/разрядки

равно 5-60 секунд. Помимо этого использовать их можно системе распре-

Выбор подходящего суперконденсатора для вашего приложения

Батареи и суперконденсаторы часто сравнивают по их энергии

и мощности . Батареи имеют более высокую плотность (что означает, что они могут хранить больше энергии на единицу массы), но суперконденсаторы имеют более высокую плотность мощности (что означает, что они могут выделять энергию быстрее). Это делает суперконденсаторы лучшими для более быстрого хранения и высвобождения большого количества энергии, но батареи по-прежнему являются мастерами для хранения большого количества энергии в течение длительных периодов времени.

Суперконденсаторы

имеют гораздо более высокие значения емкости по сравнению с другими конденсаторами (но более низкие пределы напряжения), поэтому они, по сути, являются мостом между конденсаторами и батареями. Они могут хранить намного больше энергии на единицу массы по сравнению с конденсаторами. Благодаря тому, что они работают электростатически, их можно заряжать и разряжать любое количество раз. Поскольку они имеют низкое внутреннее сопротивление по сравнению с батареями, они работают с эффективностью около 98%.

Лучше всего подходят суперконденсаторы для резервных устройств для отключения питания микрокомпьютеров и RAM, интеллектуальных счетчиков, сетевых устройств POE, систем сигнализации, насосов нагревателя и т. Д.В зависимости от резервного тока источника питания суперконденсаторы имеют разное время поддержки. На рисунке ниже показано основное приложение.

Решение KEMET

Перед выбором конденсатора необходимо определить следующие параметры.

  • необходимое время поддержки
  • требуется резервный ток
  • минимальное и максимальное рабочее напряжение
  • рабочая температура
  • требуемые размеры
  • тип монтажа (поверхностный или сквозной)

Пример проекта

Заказчику потребуется суперконденсатор, способный выдержать 150 часов автономной работы при следующих условиях:

➢ 𝑽𝒎𝒊𝒏 = 2.5 В
➢ 𝑽𝒎𝒂𝒙 = 5,5 В
➢ 𝑰𝒃𝒂𝒄𝒌𝒖𝒑 = 540𝑛𝐴
➢ требуемое время поддержки T>

150 часов,
➢ Температура окружающей среды 85 ° C + дополнительная система охлаждения (-15 ° C) ➢ Требуется суперконденсатор SMD

Решение:

Основное уравнение для требуемой емкости:

После расчета всех остальных параметров заказчику, похоже, понадобится суперконденсатор с емкостью около 0,1Ф.
Kemet предлагает суперконденсаторы следующей серии:

Поскольку наша серия FC — единственная серия с монтажом SMD, нам придется выбрать эту серию.

Согласно нашему каталогу, максимальное рабочее напряжение для этой серии составляет 5,5 В постоянного тока, что соответствует максимальному рабочему напряжению.
Поскольку серия FC имеет температуру до 70 ° C, необходимо будет применить дополнительное охлаждение к системе.

Наиболее логично выбрать FC0h204ZFTBR24 с разрядным конденсатором 0,1Ф.

НО !!

Есть дополнительные параметры, которые необходимо учитывать при выборе правильного суперконденсатора.

➢ Падение напряжения

Падение напряжения суперконденсатора определяется сопротивлением постоянному току и резервным током.Значения сопротивления постоянному току для каждого номера детали приведены в наших таблицах данных.

Приблизительное падение напряжения можно рассчитать по следующей формуле:

Где 𝑹𝑫𝑪 — сопротивление суперконденсатора постоянному току [Ом], 𝑰𝒃𝒂𝒄𝒌𝒖𝒑 — резервный ток [𝑨]

Когда резервный ток составляет 1 мА и ниже, нет потенциального падения напряжения, это означает, что мы можем пренебречь падением напряжения в этом случае, поскольку резервный ток составляет всего 540 нА.

Ток утечки

Рабочая температура должна быть фактором, который больше всего влияет на срок службы суперконденсаторов.Как показано на приведенном ниже графике (графики доступны для всех частей), ток утечки значительно возрастает с увеличением рабочей температуры.

Поскольку ток утечки является дополнительным потребляемым током, вам нужно будет взять сумму резервного тока и тока утечки при вычислении времени поддержки.

Поскольку в приложении возможно охлаждение, мы будем считать, что рабочая температура будет 70 ° C. Мы видим, что ток утечки в этом случае составляет 4 мкА.

Затем вы можете рассчитать, как долго хватит энергии, используя расчет ниже:

Теперь, принимая во внимание ток утечки, мы видим, что вместо требуемых 150 часов время поддержки будет значительно сокращено до 18 часов.При этом необходимо будет выбрать конденсатор с более высоким значением емкости (почти в 10 раз выше).
Выбрав FC0h205ZFTBR44, значение емкости разряда которого составляет 1Ф, мы можем пересчитать время поддержки:

Время поддержки в этом случае составляет 183 часа, что больше запрошенных 150 часов. Даже если рассчитать запас в 15% по емкости, мы получаем почти 155 часов автономной работы.

Не стоит также забывать об «оценке срока службы» суперконденсаторов. Срок службы суперконденсатора определяется как точка, в которой емкость снижается до 70% от начального значения, как показано на графике ниже:

Заключение

Требуемая необходимая емкость суперконденсатора должна быть рассчитана с помощью приведенного ниже уравнения с учетом падения напряжения, тока утечки и 15% допуска емкости.

Суперконденсаторы и приложения для ультраконденсаторов

Характеристики

Конденсаторы накапливают энергию в электростатическом поле, а не в химическом состоянии, как в батареях.

Никаких химических воздействий, что означает, что возможен очень долгий жизненный цикл.

Нет ограничений на напряжение элемента, налагаемых «химическим составом элемента», как в случае гальванических элементов.

Напряжение на клеммах прямо пропорционально состоянию заряда (SOC), что несколько ограничивает диапазон применимости.

Конденсаторы малой мощности

Конденсаторы

, вероятно, являются наиболее распространенной формой нехимического накопления энергии и широко используются в приложениях с низким энергопотреблением.

Типичные характеристики: от 20 мкФ до 2 Фарад от 5,5 до 6,3 В

Суперконденсаторы , Суперконденсаторы или EDLC (электрические двухслойные конденсаторы) , как их еще называют, очень похожи на батареи. Они имеют двухслойную конструкцию, состоящую из двух угольных электродов, погруженных в органический электролит.См. Ниже

Во время зарядки электрически заряженные ионы в электролите перемещаются к электродам противоположной полярности из-за электрического поля между заряженными электродами, создаваемого приложенным напряжением. Таким образом образуются два отдельных заряженных слоя. Конденсатор с двойным слоем, хотя и похож на батарею, зависит от электростатического воздействия.Поскольку не происходит никакого химического воздействия, эффект легко обратим, и типичный срок службы составляет сотни тысяч циклов.

Они имеют низкую плотность энергии менее 15 Втч / кг, но возможны очень высокая плотность мощности 4000 Вт / кг и значения емкости в тысячи Фарад. Хотя плотность мощности очень высока, напряжение элемента ограничено примерно 2,3 В, чтобы избежать электролиза электролита с последующим выделением газа.

Выравнивание напряжения для равномерного распределения имеющегося заряда между конденсаторами в последовательной цепи также может потребоваться для многих приложений.

Типовая спецификация конденсаторных батарей для автомобильных приложений: от 10 до 200 Фарад 100 Вольт

Преимущества

Напряжение элемента определяется схемой применения, не ограничивается химическим составом элемента.

Возможно очень высокое напряжение ячейки (но есть компромисс с емкостью)

Доступна высокая мощность.

Высокая удельная мощность.

Простые способы зарядки. Никаких специальных схем зарядки или определения напряжения не требуется.

Очень быстрая зарядка и разрядка. Заряжается и разряжается за секунды.Намного быстрее, чем батарейки.

Без химического воздействия.

Не подлежит завышению.

Длительный срок службы более 500 000 циклов при 100% -ном разряде.

Длинный календарный срок от 10 до 20 лет

Низкое сопротивление

Недостатки

Линейная характеристика напряжения разряда предотвращает использование всей доступной энергии в некоторых приложениях.

Мощность доступна только на очень короткое время.

Малая вместимость.

Низкая плотность энергии. (6 Втч / кг)

Для последовательных цепей требуется балансировка ячеек.

Высокая скорость саморазряда. Намного выше, чем у батарей.

Приложения

Приложения, требующие кратковременного повышения мощности.

Низкое энергопотребление

Конденсаторы широко используются в качестве резервного источника питания для функций памяти в широком спектре потребительских товаров, таких как мобильные телефоны, ноутбуки и радиотюнеры.

Используется в импульсных приложениях для распределения нагрузки и обеспечения пиковой мощности для уменьшения рабочего цикла батареи, чтобы продлить срок службы батареи в продуктах или устройствах, использующих механические приводы, такие как цифровые камеры.См. Также разделение нагрузки.

Также используется для накопления энергии для солнечных панелей и пускателей двигателей.

Высокая мощность

Вышеупомянутые недостатки делают суперконденсаторы непригодными в качестве первичного источника питания для электромобилей и сверхвысокого напряжения, однако их преимущества делают их идеальными для временного накопления энергии для улавливания и хранения энергии от рекуперативного торможения и для обеспечения подзарядки в ответ на внезапные потребности в мощности.

Поскольку в этих приложениях конденсатор обычно подключается параллельно с аккумулятором, его можно заряжать только до верхнего уровня напряжения аккумулятора и его можно разряжать только до нижнего уровня разряда аккумулятора, оставляя значительный неиспользуемый заряд в конденсаторе. тем самым ограничивая его эффективную или полезную емкость хранения энергии.

Использование суперконденсаторов в электромобилях и HEV для облегчения рекуперативного торможения может увеличить запас хода автомобиля на 15–25%.

В то же время суперконденсаторы могут обеспечивать эффективное кратковременное повышение пиковой мощности, позволяя уменьшить размер основной батареи.

Следует отметить, однако, что, хотя суперконденсаторы могут использоваться для обеспечения увеличенного диапазона и кратковременной мощности, это происходит за счет значительного увеличения веса и объема системы, и это следует сопоставить с преимуществами использования более высокой емкости. батареи.

Суперконденсаторы

также используются для обеспечения быстрого кратковременного резервного питания ИБП. Комбинируя конденсатор с системой бесперебойного питания на батарейках, можно продлить срок службы батарей. Батареи обеспечивают питание только во время более длительных перерывов в работе, снижая пиковую нагрузку на батарею и позволяя использовать батареи меньшего размера.

Усовершенствованные суперконденсаторы на углеродных нанотрубках

Последние разработки в Массачусетском технологическом институте показали, что характеристики суперконденсаторов можно значительно улучшить за счет использования наноматериалов.Способность конденсатора накапливать энергию прямо пропорциональна его емкости, которая, в свою очередь, пропорциональна площади пластин или электродов. Точно так же пропускная способность по току прямо пропорциональна площади электродов. Используя вертикально ориентированные одностенные углеродные нанотрубки, ширина которых составляет всего несколько атомных диаметров, вместо обычно используемого пористого аморфного углерода, можно значительно увеличить эффективную площадь электродов. Хотя достижимая плотность энергии 60 Вт-ч / кг все еще не может соответствовать уровню, достигаемому в литий-ионных батареях (120 Вт-ч / кг), достигнутая плотность мощности 100 кВт / кг на три порядка выше, чем у аккумуляторов.

Коммерческих продуктов пока нет, но скоро они появятся.

Подобные успехи обещает использование новых диэлектриков с очень высокой диэлектрической проницаемостью, таких как титанат бария.

Более подробная информация о конденсаторах представлена ​​на странице «Альтернативные методы хранения энергии».

См. Также История (электролитические конденсаторы)

Стоимость

Немного больше, чем у литиевых элементов, в основном из-за меньшего объема производства.

Последние разработки усовершенствованных микро-суперконденсаторов: дизайн, изготовление и применение

  • 1.

    González, A., Goikolea, E., Barrena, J. A. & Mysyk, R. Обзор суперконденсаторов: технологии и материалы. Обновить. Sust. Energ. Ред. 58 , 1189–1206 (2016).

    Артикул CAS Google ученый

  • 2.

    Чен, Д., Лу, З., Цзян, К. и Шен, Г. Конфигурации устройств и будущие перспективы гибких / растягиваемых литий-ионных батарей. Adv. Функц. Матер. 28 , 1805596 (2018).

    Артикул CAS Google ученый

  • 3.

    Wang, Y. & Xia, Y. Последние достижения в области суперконденсаторов: от проектирования материалов до системного строительства. Adv. Матер. 25 , 5336–5342 (2013).

    CAS Статья Google ученый

  • 4.

    Kyeremateng, N.A., Brousse, T. & Pech, D. Микросуперконденсаторы как миниатюрные компоненты накопления энергии для электроники на кристалле. Nat. Nanotechnol. 12 , 7–15 (2017).

    CAS Статья Google ученый

  • 5.

    Гарсиа Нуньес, К., Манджаккал, Л. и Дахия, Р. Энергетическая автономная электронная кожа. npj Flex. Электрон. 3 , 1 (2019).

    Артикул Google ученый

  • 6.

    Ван, Й., Цао, К., Гуан, К. и Ченг, К. Последние достижения в области самоподдерживающихся бифункциональных кислородных электрокатализаторов для гибких твердотельных Zn-воздушных батарей. Малый 16 , 2002902 (2020).

    CAS Статья Google ученый

  • 7.

    Лю Н. и Гао Ю. Последние достижения в области микро-суперконденсаторов с плоской конструкцией встречно-штыревых электродов. Малый 13 , 1701989 (2017).

    Артикул CAS Google ученый

  • 8.

    Ван, Дж., Ли, Ф., Чжу, Ф. и Шмидт, О. Г. Последние достижения в разработке, интеграции и функционализации микро-суперконденсаторов. Малые методы 3 , 1800367 (2018).

    Артикул CAS Google ученый

  • 9.

    Yue, C. et al. Высокая стабильность, обусловленная прослойкой TiN / Ti в трехмерных массивах наностержней Si / Ge в качестве анода в ионно-литиевой батарее. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 8 , 7806–7810 (2016).

    CAS Статья Google ученый

  • 10.

    Liu, L. et al. Достижения в области микросхемных литий-ионных аккумуляторов. Малый 13 , 1701847 (2017).

    Артикул CAS Google ученый

  • 11.

    Ren, J. et al. Скручивание волокон углеродных нанотрубок как для проволочного микро-суперконденсатора, так и для микро-батареи. Adv. Матер. 25 , 1155–1159 (2013).

    CAS Статья Google ученый

  • 12.

    Salian, G. D. et al. Легирование ниобием самоорганизованных нанотрубок TiO 2 как анод для литий-ионных микробатареек. Adv. Матер. Technol. 3 , 1700274 (2018).

    Артикул CAS Google ученый

  • 13.

    Лю Л., Ниу З. и Чен Дж. Разработка и интеграция гибких планарных микро-суперконденсаторов. Nano Res. 10 , 1524–1544 (2017).

    Артикул Google ученый

  • 14.

    Ху, Х., Пей, З. и Йе, К. Последние достижения в разработке и производстве планарных микро-суперконденсаторов для хранения энергии на кристалле. Energy Storage Mater. 1 , 82–102 (2015).

    Артикул Google ученый

  • 15.

    Эль-Кади, М. Ф. и Канер, Р. Б. Масштабируемое производство мощных графеновых микроконденсаторов для гибкого хранения энергии на кристалле. Nat. Commun. 4 , 1475 (2013).

    Артикул CAS Google ученый

  • 16.

    Li, Z. et al. Квантовые точки графена, легированные азотом и кислородом, с высокими емкостными характеристиками для микро-суперконденсаторов. Углерод 139 , 67–75 (2018).

    CAS Статья Google ученый

  • 17.

    Ци, Д., Лю, Ю., Лю, З., Чжан, Л. и Чен, X. Проектирование архитектур и материалов в плоских микроконденсаторах: текущее состояние и будущие задачи. Adv. Матер. 29 , 1602802 (2017).

    Артикул CAS Google ученый

  • 18.

    Yoo, J., Byun, S., Lee, C.-W., Yoo, C.-Y.& Yu, J. Микросуперконденсаторы с точно управляемой геометрией для сверхвысокой поверхностной емкости, объемной емкости и плотности энергии. Chem. Матер. 30 , 3979–3990 (2018).

    CAS Статья Google ученый

  • 19.

    Pech, D. et al. Влияние конфигурации плоских встречно-штыревых электрохимических микроконденсаторов. J. Источники энергии 230 , 230–235 (2013).

    CAS Статья Google ученый

  • 20.

    Shi, X. et al. Линейные тандемные микро-суперконденсаторы на основе графена с безметалловыми токосъемниками и высоковольтным выходом. Adv. Матер. 29 , 1703034 (2017).

    Артикул CAS Google ученый

  • 21.

    Мирвакили, С. М. и Хантер, И. В. Вертикально ориентированные массивы ниобиевых нанопроволок для быстро заряжаемых микро-суперконденсаторов. Adv. Матер. 29 , 1700671 (2017).

    Артикул CAS Google ученый

  • 22.

    Han, J. et al. Встроенные микропсевдоконденсаторы для сверхвысокой энергии и мощности. Adv. Sci. 2 , 1500067 (2015).

    Артикул CAS Google ученый

  • 23.

    Ли, X., Yang, X., Xue, H., Pang, H. & Xu, Q. Металлоорганические каркасы как платформа для приложений чистой энергии. EnergyChem 2 , 100027 (2020).

    Артикул Google ученый

  • 24.

    Shi, X. et al. Интегрированные сверхвысоковольтные микро-суперконденсаторы с возможностью проектирования и превосходной гибкости. Energ. Environ. Sci. 12 , 1534–1541 (2019).

    CAS Статья Google ученый

  • 25.

    Чжан, Дж., Чжан, Г., Чжоу, Т. и Сун, С. Последние разработки планарных микро-суперконденсаторов: изготовление, свойства и применение. Adv. Функц. Матер. 30 , 10 (2020).

    CAS Статья Google ученый

  • 26.

    Ли Х. и Лян Дж. Последние разработки печатных микроконденсаторов: материалы для печати, технологии печати и перспективы. Adv. Матер. 32 , 1805864 (2020).

    CAS Статья Google ученый

  • 27.

    Мендоса-Санчес, Б. и Гогоци, Ю. Синтез двумерных материалов для емкостного накопления энергии. Adv. Матер. 28 , 6104–6135 (2016).

    CAS Статья Google ученый

  • 28.

    Бейдаги, М. и Гогоци, Ю. Емкостное накопление энергии в микромасштабных устройствах: последние достижения в разработке и производстве микроконденсаторов. Energ. Environ. Sci. 7 , 867–884 (2014).

    CAS Статья Google ученый

  • 29.

    Li, J. et al. Масштабируемое производство и интеграция графеновых микросуперконденсаторов посредством полной струйной печати. ACS Nano 11 , 8249–8256 (2017).

    CAS Статья Google ученый

  • 30.

    Chih, J.-K., Jamaluddin, A., Chen, F., Chang, J.-K. & Su, C.-Y. Высокая плотность энергии всех печатаемых на экране твердотельных микросуперконденсаторов, интегрированных графеном / УНТ в качестве иерархических электродов. Дж.Матер. Chem. А 7 , 12779–12789 (2019).

    CAS Статья Google ученый

  • 31.

    Цзяо, С., Чжоу, А., Ву, М. и Ху, Х. Киригами нанесение рисунка на композитную бумагу из MXene / бактериальной целлюлозы для твердотельных растягиваемых массивов микро-суперконденсаторов. Adv. Sci. 6 , 1

    9 (2019).

    Артикул CAS Google ученый

  • 32.

    Zhao, X., Zhang, Y., Wang, Y. & Wei, H. Материалы электродов аккумуляторного типа для натриево-ионных конденсаторов. Батарейки Supercaps 2 , 1–20 (2019).

    Артикул Google ученый

  • 33.

    Мей, Б.-А., Мунтешари, О., Лау, Дж., Данн, Б. и Пилон, Л. Физическая интерпретация графиков Найквиста для электродов и устройств EDLC. J. Phys. Chem. С. 122 , 194–206 (2017).

    Артикул CAS Google ученый

  • 34.

    Borenstein, A. et al. Углеродные композиционные материалы для электродов суперконденсаторов: обзор. J. Mater. Chem. А 5 , 12653–12672 (2017).

    CAS Статья Google ученый

  • 35.

    Da, Y. et al. Разработка 2D-архитектуры для создания высокопроизводительных микро-суперконденсаторов. Adv. Матер. 31 , 1802793 (2019).

    Артикул CAS Google ученый

  • 36.

    Das, P., Shi, X., Fu, Q. & Wu, Z. S. Бесформенные плоские микро-суперконденсаторы без подложки. Adv. Функц. Матер. 30 , 1

    8 (2019).

    Артикул CAS Google ученый

  • 37.

    Liang, J., Tian, ​​B., Li, S., Jiang, C. & Wu, W. Полностью напечатанные высокопроизводительные гибкие суперконденсаторы на основе MnHCF ‐ MnO X . Adv. Energy Mater. 10 , 2000022 (2020).

    CAS Статья Google ученый

  • 38.

    Ли В., Ян С. и Шамим А. Трафаретная печать серебряных нанопроволок: баланс между проводимостью и прозрачностью при сохранении гибкости и растяжимости. npj Flex. Электрон. 3 , 13 (2019).

    Артикул CAS Google ученый

  • 39.

    Liu, L. et al. Полностью напечатанные твердотельные микросуперконденсаторы, полученные в результате самоматричного синтеза нанокомпозитов Ag @ PPy. Adv. Матер. Technol. 3 , 1700206 (2018).

    Артикул CAS Google ученый

  • 40.

    Yu, L. et al. Универсальные чернила MXene с примесью азота для печати на электрохимическом аккумуляторе энергии. Adv. Energy Mater. 9 , 1

    9 (2019).

    Артикул CAS Google ученый

  • 41.

    Abdolhosseinzadeh, S. et al. Превращение мусора в сокровище: отстойные чернила MXene без добавок для микро-суперконденсаторов с трафаретной печатью. Adv. Матер. 32 , 2000716 (2020).

    CAS Статья Google ученый

  • 42.

    Сингх М., Хаверинен Х. М., Дхагат П. и Джаббур Г. Э. Процесс струйной печати и его приложения. Adv. Матер. 22 , 673–685 (2010).

    CAS Статья Google ученый

  • 43.

    Li, J. et al. Эффективная струйная печать графена. Adv. Матер. 25 , 3985–3992 (2013).

    CAS Статья Google ученый

  • 44.

    Wang, S. et al. Струйная печать проводящих рисунков и суперконденсаторов с использованием многослойных чернил на основе углеродных нанотрубок / наночастиц серебра. J. Mater. Chem. А 3 , 2407–2413 (2015).

    CAS Статья Google ученый

  • 45.

    Li, X.и другие. Послойная струйная печать. Пленка GO на якоре Ni (OH) 2 нано-хлопьев для высокопроизводительных суперконденсаторов. Chem. Англ. J. 375 , 121988 (2019).

    CAS Статья Google ученый

  • 46.

    Hyun, W. J. et al. Масштабируемая самовыравнивающаяся печать гибких графеновых микро-суперконденсаторов. Adv. Energy Mater. 7 , 1700285 (2017).

    Артикул CAS Google ученый

  • 47.

    Li, L. et al. Высокопроизводительные твердотельные суперконденсаторы и микросуперконденсаторы на основе графеновых чернил, пригодных для печати. Adv. Energy Mater. 6 , 1600909 (2016).

    Артикул CAS Google ученый

  • 48.

    Liu, Y. et al. Разработка чернил на основе оксида графена / полианилина для высокоэффективных гибких микросуперконденсаторов посредством экструзионной печати. Adv. Функц. Матер. 28 , 1706592 (2018).

    Артикул CAS Google ученый

  • 49.

    Zhang, C.J. et al. Чернила MXene без добавок и прямая печать микроконденсаторов. Nat. Commun. 10 , 1795 (2019).

    Артикул CAS Google ученый

  • 50.

    Wang, Y., Zhang, Y.-Z., Gao, Y.-Q., Sheng, G. & ten Elshof, JE Разработка дефектов нанолистов MnO 2 путем замещающего легирования твердого тела, пригодного для печати -государственные микро-суперконденсаторы. Нано Энергия 68 , 104306 (2020).

    CAS Статья Google ученый

  • 51.

    Pang, H., Zhang, Y., Lai, W.-Y., Hu, Z. & Huang, W. Lamellar K 2 Co 3 (P 2 O 7 ) 2 · 2H 2 Вискеры нанокристаллов O: высокоэффективные гибкие твердотельные асимметричные микроконденсаторы для струйной печати. Nano Energy 15 , 303–312 (2015).

    CAS Статья Google ученый

  • 52.

    Cheng, T. et al. Высокопроизводительные гибкие суперконденсаторы со струйной печатью и пористой структурой электродов, напоминающей нановолокна. Малый 15 , 1

    0 (2019).

    Артикул CAS Google ученый

  • 53.

    Niu, Z. et al. Полностью твердотельные гибкие ультратонкие суперконденсаторы на основе графена. Adv. Матер. 25 , 4035–4042 (2013).

    CAS Статья Google ученый

  • 54.

    Курра, Н., Хота, М. К. и Альшариф, Х. Н. Проводящие полимерные микро-суперконденсаторы для гибкого накопления энергии и фильтрации линии переменного тока. Nano Energy 13 , 500–508 (2015).

    CAS Статья Google ученый

  • 55.

    Hong, S.Y. et al. Полностью твердотельные массивы микросуперконденсаторов с возможностью растяжения и высокой плотностью. ACS Nano 8 , 8844–8855 (2014).

    CAS Статья Google ученый

  • 56.

    Wu, Z.-K. и другие. Гибкий микро-суперконденсатор на основе графена, собираемого in-situ на металлическом шаблоне при комнатной температуре. Nano Energy 10 , 222–228 (2014).

    CAS Статья Google ученый

  • 57.

    Sun, L., Wang, X., Zhang, K., Zou, J. & Zhang, Q. Безметалловый гибридный электрод SWNT / углерод / MnO 2 для высокопроизводительных копланарных микро-суперконденсаторов. Nano Energy 22 , 11–18 (2016).

    CAS Статья Google ученый

  • 58.

    Hong, X. et al. Микроструктурирование квантовых точек углерод / олово с помощью новой фотолитографии и процесса восстановления пиролиза. Nano Res. 10 , 3743–3753 (2017).

    CAS Статья Google ученый

  • 59.

    Tian, ​​X. et al. Вертикально уложенные дырчатые гетероструктуры графен / полианилин с улучшенным накоплением энергии для микроконденсаторов на кристалле. Nano Res. 9 , 1012–1021 (2016).

    CAS Статья Google ученый

  • 60.

    Cao, L. et al. Микро-суперконденсаторы с прямым лазерным рисунком из окрашиваемых пленок MoS 2 . Малый 9 , 2905–2910 (2013).

    CAS Статья Google ученый

  • 61.

    Gao, J. et al. Крупномасштабное производство полупроводниковой асимметричной матрицы суперконденсаторов с помощью лазера. Малый 14 , 1801809 (2018).

    Артикул CAS Google ученый

  • 62.

    Zhang, L. et al. Гибкий микро-суперконденсатор на основе графена с трехмерной структурой. Малый 13 , 1603114 (2017).

    Артикул CAS Google ученый

  • 63.

    Wang, N. et al. Изготовление с помощью лазерной резки гибких микро-суперконденсаторов на основе MXene с высокой поверхностной емкостью. ChemNanoMat 5 , 658–665 (2019).

    CAS Статья Google ученый

  • 64.

    Ye, J. et al. Прямая лазерная запись графена путем химического осаждения из газовой фазы для гибких интегрируемых микро-суперконденсаторов со сверхвысокой выходной мощностью. Adv. Матер. 30 , 1801384 (2018).

    Артикул CAS Google ученый

  • 65.

    Peng, Z. et al. Гибкие графеновые микросуперконденсаторы, легированные бором, лазерно-индуцированные. ACS Nano 9 , 5868–5875 (2015).

    CAS Статья Google ученый

  • 66.

    Shi, X. et al. Одношаговое масштабируемое производство микроконденсаторов со встроенным графеном, обладающих исключительной гибкостью и исключительной однородностью характеристик. Adv. Функц. Матер. 29 , 10 (2019).

    CAS Статья Google ученый

  • 67.

    Li, L. et al. Высокоэффективные псевдоемкостные микросуперконденсаторы из лазерно-индуцированного графена. Adv. Матер. 28 , 838–845 (2016).

    CAS Статья Google ученый

  • 68.

    Brousse, K. et al. Простое и масштабируемое изготовление гибких микро-суперконденсаторов на основе оксида рутения. Adv. Energy Mater. 10 , 1

  • 6 (2019).

    Артикул CAS Google ученый

  • 69.

    Jiang, K. et al. Межфазный подход к бензольным мостиковым микроконденсаторам на основе полипиррольной пленки на основе сверхвысокой объемной плотности мощности. Adv. Функц. Матер. 30 , 1

    3 (2019).

    Артикул CAS Google ученый

  • 70.

    Xiao, H. et al. Одностадийное устройство изготовления встречно-штыревых микро-суперконденсаторов на основе фосфора и графена с высокой плотностью энергии. ACS Nano 11 , 7284–7292 (2017).

    CAS Статья Google ученый

  • 71.

    Zheng, S. et al. Полностью твердотельные планарные встроенные литий-ионные микробатареи с исключительной гибкостью и характеристиками при высоких температурах. Nano Energy 51 , 613–620 (2018).

    CAS Статья Google ученый

  • 72.

    Huang, X. & Wu, P. Простой, высокопроизводительный подход, основанный на замораживании и оттаивании, для производства MXene с многочисленными морщинами и его применения в микроконденсаторах на кристалле. Adv. Функц. Матер. 30 , 18 (2020).

    CAS Статья Google ученый

  • 73.

    Qin, J. et al. 2D-мезопористые нанолисты MnO 2 для высокоэнергетических асимметричных микро-суперконденсаторов в гелевом электролите вода-в-соли. Energy Storage Mater. 18 , 397–404 (2019).

    Артикул Google ученый

  • 74.

    Zheng, S. et al. Полностью твердотельные планарные натрий-ионные микроконденсаторы с разнонаправленными путями диффузии быстрых ионов. Adv. Sci. 6 , 1

    7 (2019).

    CAS Статья Google ученый

  • 75.

    Zhang, C.J. et al. Штамповка гибких копланарных микро-суперконденсаторов с использованием чернил MXene. Adv. Функц. Матер. 28 , 1705506 (2018).

    Артикул CAS Google ученый

  • 76.

    Zhu, S., Li, Y., Zhu, H., Ni, J. & Li, Y. Рисующие карандашом на коже микроконденсаторы. Малый 15 , 1804037 (2019).

    Артикул CAS Google ученый

  • 77.

    Саллес, П., Куэйн, Э., Курра, Н., Сарычева, А.& Гогоци, Ю. Автоматическое формирование рисунка скальпелем тонких пленок, обработанных в растворе, для изготовления прозрачных микросуперконденсаторов MXene. Малый 14 , 1802864 (2018).

    Артикул CAS Google ученый

  • 78.

    Li, J. et al. Электрохромные микросуперконденсаторы из мксенпроводящего полимера. Energy Storage Mater. 20 , 455–461 (2019).

    Артикул Google ученый

  • 79.

    Xiong, G., Meng, C., Reifenberger, R.G., Irazoqui, P.P., Fisher, T.S. Обзор электрохимических микросуперконденсаторов на основе графена. Электроанализ 26 , 30–51 (2014).

    CAS Статья Google ученый

  • 80.

    Xu, Q., Pang, H., Xue, H., Li, Q. & Zheng, S. Высокощелочной устойчивый металл-оксид @ металлорганический каркасный композит для высокоэффективного электрохимического накопления энергии . Natl Sci. Ред. 7 , 305–314 (2020).

    Артикул CAS Google ученый

  • 81.

    Li, Y., Xu, Y., Liu, Y. & Pang, H. Экспонирование кристаллической плоскости {001} на гексагональном Ni-MOF с поверхностно выращенными сетчатыми структурами с поперечными связями для электрохимического накопления энергии . Малый 15 , 13 (2019).

    Артикул CAS Google ученый

  • 82.

    Наджиб, С. и Эрдем, Э. Текущий прогресс, достигнутый в новых материалах для электродов суперконденсатора: мини-обзор. Nanoscale Adv. 1 , 2817–2827 (2019).

    Артикул Google ученый

  • 83.

    Beidaghi, M. & Wang, C. Микро-суперконденсаторы на основе встречно-штыревых электродов из восстановленного оксида графена и композитов углеродных нанотрубок с сверхвысокими характеристиками управления мощностью. Adv. Функц. Матер. 22 , 4501–4510 (2012).

    CAS Статья Google ученый

  • 84.

    Meng, Q. et al. Высокоэффективный микро-суперконденсатор из углеродистой пряжи для интегрированной энергетической системы. Adv. Матер. 26 , 4100–4106 (2014).

    CAS Статья Google ученый

  • 85.

    In, J. B. et al. Простое изготовление гибкого полностью твердотельного микро-суперконденсатора путем прямой лазерной записи пористого углерода в полиимиде. Углерод 83 , 144–151 (2015).

    CAS Статья Google ученый

  • 86.

    Лю, W.-W., Feng, Y.-Q., Yan, X.-B., Chen, J.-T. И Сюэ, Q.-J. Превосходные микро-суперконденсаторы на основе графеновых квантовых точек. Adv. Функц. Матер. 23 , 4111–4122 (2013).

    CAS Статья Google ученый

  • 87.

    Hsia, B. et al.Очень гибкие твердотельные микро-суперконденсаторы из вертикально ориентированных углеродных нанотрубок. Нанотехнологии 25 , 055401 (2014).

    Артикул CAS Google ученый

  • 88.

    Лу, А.-К., Ли, Х.-Й. & Yu, Y. Holey графен, синтезированный электрохимическим расслоением для высокоэффективных гибких микросуперконденсаторов. J. Mater. Chem. А 7 , 7852–7858 (2019).

    CAS Статья Google ученый

  • 89.

    Liu, Z. et al. Сверхгибкие плоские микро-суперконденсаторы путем прямой печати обрабатываемого в растворе электрохимически расслоенного графена. Adv. Матер. 28 , 2217–2222 (2016).

    CAS Статья Google ученый

  • 90.

    Bellani, S. et al. Масштабируемое производство графеновых чернил путем отшелушивания струйным фрезерованием для микроконденсаторов с трафаретной печатью. Adv. Функц. Матер. 29 , 1807659 (2019).

    Артикул CAS Google ученый

  • 91.

    Ма, Р., Гордон, Д., Юшин, Г. и Цукрук, В. В. Прочные и гибкие электроды с микрорельефом и микро-суперконденсаторы в биобумагах с графеном и шелком. Adv. Матер. Интерфейсы 5 , 1801203 (2018).

    Артикул CAS Google ученый

  • 92.

    Li, Y. et al. Высокоэффективные нанопористые углеродные микросуперконденсаторы, полученные методом MOF-CVD без использования растворителей. Углерод 152 , 688–696 (2019).

    CAS Статья Google ученый

  • 93.

    Wang, Y. et al. Прямые композитные чернила на основе графен-углеродных нанотрубок, записывающие полностью твердотельные гибкие микросуперконденсаторы с высокой поверхностной плотностью энергии. Adv. Функц. Матер. 30 , 1

  • 4 (2020).

    CAS Статья Google ученый

  • 94.

    Ву, З.-С. и другие. Послойно собранные гетероатомные графеновые пленки со сверхвысокой объемной емкостью и быстродействием для микро-суперконденсаторов. Adv. Матер. 26 , 4552–4558 (2014).

    CAS Статья Google ученый

  • 95.

    Liu, Z. et al. Микро-суперконденсаторы высокой мощности в плоскости на основе мезопористого полианилинового графена с рисунком. Малый 13 , 1603388 (2017).

    Артикул CAS Google ученый

  • 96.

    Park, H. et al. Микропористая пена графена с полипирроловым покрытием для высокопроизводительных многофункциональных датчиков и гибких суперконденсаторов. Adv. Функц. Матер. 28 , 1707013 (2018).

    Артикул CAS Google ученый

  • 97.

    Zhu, M. et al. Высокопрочный, переносной и универсальный высокопроизводительный полностью полимерный микро-суперконденсатор с функцией plug-and-play. Adv. Матер. 29 , 1605137 (2017).

    Артикул CAS Google ученый

  • 98.

    Hu, H., Zhang, K., Li, S., Ji, S. & Ye, C. Гибкие плоские и твердотельные микроконденсаторы на основе встречно-штыревой Au. Электроды гибридные / полианилиновые сетевые на микросхеме. J. Mater. Chem. А 2 , 20916–20922 (2014).

    CAS Статья Google ученый

  • 99.

    Wang, K. et al. Полностью твердотельный гибкий микро-суперконденсатор на кристалле. Adv. Energy Mater. 1 , 1068–1072 (2011).

    CAS Статья Google ученый

  • 100.

    Say, M. G. et al. Суперконденсаторы из бумаги с напылением. npj Flex. Электрон. 4 , 14 (2020).

    CAS Статья Google ученый

  • 101.

    Ван Х., Yin, Y., Li, X. & You, Z. Изготовление симметричного микроконденсатора на основе трубчатого оксида рутения на кремниевых трехмерных микроструктурах. J. Источники энергии 252 , 64–72 (2014).

    Артикул CAS Google ученый

  • 102.

    Xue, M. et al. Микрожидкостное травление для изготовления гибких и полностью твердотельных микро суперконденсаторов на основе наночастиц MnO 2 . в наномасштабе 3 , 2703–2708 (2011).

    CAS Статья Google ученый

  • 103.

    Xu, H. et al. Гибкие асимметричные микро-суперконденсаторы на основе наноцветов Bi 2 O 3 и MnO 2 : большая площадь поверхности обещает более высокую плотность энергии. Adv. Energy Mater. 5 , 1401882 (2015).

    Артикул CAS Google ученый

  • 104.

    Юсташ, Э.и другие. Высокоэнергетические трехмерные встречно-штыревые микро-суперконденсаторы в водных и ионных жидких электролитах. Adv. Матер. Technol. 2 , 1700126 (2017).

    Артикул CAS Google ученый

  • 105.

    Xu, J. et al. Ультратонкие нанолисты Cu-MOF @ δ-MnO 2 для высоковольтных электрохимических конденсаторов на основе водных электролитов. J. Mater. Chem. А 6 , 17329–17336 (2018).

    CAS Статья Google ученый

  • 106.

    Lei, Z. et al. Конструкция наноэлектрода из микроминиатюризированного сотового монолита с ультратонким и жестким наноэлектродом для высокоэнергетических микро-суперконденсаторов. Nat. Commun. 11 , 299 (2020).

    CAS Статья Google ученый

  • 107.

    Pang, J. et al. Применение 2D-MXenes в системах преобразования и хранения энергии. Chem. Soc. Ред. 48 , 72–133 (2019).

    CAS Статья Google ученый

  • 108.

    Анасори Б., Лукацкая М. Р., Гогоци Ю. 2D карбиды и нитриды металлов (MXenes) для хранения энергии. Nat. Rev. Mater. 2 , 16098 (2017).

    CAS Статья Google ученый

  • 109.

    Nan, J. et al. Нанотехнология 2D материалов на основе MXene для накопителей энергии. Малый 10 , 15 (2019).

  • 110.

    Вахид Мохаммади, А., Мойтабави, М., Кэффри, Н. М., Вануну, М. и Бейдаги, М. Сборка 2D-MXenes в высокостабильные псевдоконкурентные электроды с высокой мощностью и плотностью энергии. Adv. Матер. 31 , 1806931 (2019).

    Артикул CAS Google ученый

  • 111.

    Kurra, N., Ahmed, B., Gogotsi, Y. & Alshareef, H.N. Копланарные микросуперконденсаторы MXene на бумаге. Adv. Energy Mater. 6 , 1601372 (2016).

    Артикул CAS Google ученый

  • 112.

    Huang, H. et al. Исключительные пространственные и объемные характеристики гибких твердотельных микро-суперконденсаторов на основе высокопроводящих отдельно стоящих пленок Ti 3 C 2 T X . Adv. Электрон. Матер. 4 , 1800179 (2018).

    Артикул CAS Google ученый

  • 113.

    Li, H., Li, X., Liang, J. & Chen, Y. Hydrous RuO 2 MXene с декором , координируемый с чернилами с серебряными нанопроводами, что позволяет полностью печатать микроконденсаторы с необычайными объемными характеристиками. Adv. Energy Mater. 9 , 1803987 (2019).

    Артикул CAS Google ученый

  • 114.

    Chen, X. et al. Отдельностоящая пленка MXene ‐ MoS 2 с прямым лазерным травлением для очень гибкого микро-суперконденсатора. Adv. Матер. Интерфейсы 6 , 1

    0 (2019).

    CAS Статья Google ученый

  • 115.

    Zhu, Y. et al. Модификации слоев MXene для суперконденсаторов. Нано Энергия 73 , 104734 (2020).

    CAS Статья Google ученый

  • 116.

    Shao, Y. et al. Конструкция и механизмы асимметричных суперконденсаторов. Chem. Ред. 118 , 9233–9280 (2018).

    CAS Статья Google ученый

  • 117.

    Zhu, Q. et al. Новый взгляд на суперконденсаторы: встроенные суперконденсаторы. Adv. Energy Mater. 9 , 1

    1 (2019).

    Артикул CAS Google ученый

  • 118.

    Liu, W. et al. Усовершенствованные электродные материалы, состоящие из квантовых точек специальной конструкции для высокопроизводительных асимметричных микро-суперконденсаторов. Adv. Energy Mater. 10 , 1

    4 (2020).

    CAS Статья Google ученый

  • 119.

    Couly, C. et al. Асимметричный гибкий микро-суперконденсатор из оксида графена с пониженным содержанием мксена. Adv. Электрон. Матер. 4 , 1700339 (2018).

    Артикул CAS Google ученый

  • 120.

    Zuo, W. et al. Гибридные устройства батарея-суперконденсатор: недавний прогресс и перспективы на будущее. Adv. Sci. 4 , 1600539 (2017).

    Артикул CAS Google ученый

  • 121.

    Zhang, P. et al. Гибридные цинк-ионные микро-суперконденсаторы со сверхвысокой поверхностной плотностью энергии и долговечностью. Adv. Матер. 31 , 1806005 (2018).

    Артикул CAS Google ученый

  • 122.

    Ли В., Мередов А. и Шамим А.Построение серебряных нанопроволок методом «пальто и печать» для гибкой и прозрачной электроники. npj Flex. Электрон. 3 , 19 (2019).

    CAS Статья Google ученый

  • 123.

    Zhao, C., Liu, Y., Beirne, S., Razal, J. & Chen, J. Последние разработки в области производства гибких микро-суперконденсаторов для носимых устройств. Adv. Матер. Technol. 3 , 1800028 (2018).

    Артикул CAS Google ученый

  • 124.

    Пу, X., Ху, В. и Ван, З. Л. К носимым самозарядным системам питания: интеграция устройств сбора и хранения энергии. Малый 14 , 1702817 (2018).

    Артикул CAS Google ученый

  • 125.

    Luo, J. et al. Интеграция микро-суперконденсаторов с трибоэлектрическими наногенераторами для гибкого самозарядного блока питания. Nano Res. 8 , 3934–3943 (2015).

    Артикул Google ученый

  • 126.

    Zhang, S. L. et al. Браслет для сбора и хранения энергии с электрохимическими микросуперконденсаторами, которые заряжаются одним движением руки. Adv. Energy Mater. 9 , 12 (2019).

    Артикул CAS Google ученый

  • 127.

    Jiang, Q. et al. Электрохимический микросуперконденсатор MXene интегрирован с трибоэлектрическим наногенератором в качестве носимого самозарядного блока питания. Nano Energy 45 , 266–272 (2018).

    CAS Статья Google ученый

  • 128.

    Yun, J. et al. Ультрафиолетовый датчик с рисунком графен / ZnO, управляемый встроенными асимметричными микро-суперконденсаторами на складываемой бумаге с узором из жидкого металла. Adv. Функц. Матер. 27 , 1700135 (2017).

    Артикул CAS Google ученый

  • 129.

    Кайдарова А. и др. Носимые многофункциональные датчики из графена с печатью. npj Flex. Электрон. 3 , 15 (2019).

    Артикул CAS Google ученый

  • 130.

    Yun, J. et al. Датчик газа графена с эластичным рисунком, управляемый встроенной решеткой микроконденсаторов. Nano Energy 19 , 401–414 (2016).

    CAS Статья Google ученый

  • 131.

    Qin, J. et al. Иерархически упорядоченные двойные мезопористые нанолисты полипиррола / графена в качестве бифункциональных активных материалов для высокопроизводительной планарной интегрированной системы микро-суперконденсатора и датчика газа. Adv. Функц. Матер. 30 , 1

    6 (2020).

    CAS Статья Google ученый

  • 132.

    Song, Y. et al. Универсальный пьезорезистивный датчик, интегрированный с микро-суперконденсатором. Nano Energy 53 , 189–197 (2018).

    CAS Статья Google ученый

  • 133.

    Yun, J. et al. Растягиваемый массив высокопроизводительных микро-суперконденсаторов, заряженных солнечными элементами, для беспроводного питания встроенного датчика деформации. Nano Energy 49 , 644–654 (2018).

    CAS Статья Google ученый

  • 134.

    Moon, Y. S. et al. Изготовление гибкой матрицы суперконденсаторов с узорчатыми электродами из графеновой пены / MWNT-COOH / MnO X и его применение. Углерод 81 , 29–37 (2015).

    CAS Статья Google ученый

  • 135.

    Guo, R. et al. Плоские микро-суперконденсаторы для интегрированного устройства на одном листе бумаги. Adv. Функц. Матер. 27 , 1702394 (2017).

    Артикул CAS Google ученый

  • 136.

    Cai, J., Lv, C. & Watanabe, A. Прямая лазерная запись высокопроизводительных гибких твердотельных углеродных микро-суперконденсаторов для встроенной системы фотодетектирования с автономным питанием. Nano Energy 30 , 790–800 (2016).

    CAS Статья Google ученый

  • 137.

    Gao, C. et al. Микро-суперконденсатор для прямого проглатывания. J. Mater. Chem. А 8 , 4055–4061 (2020).

    CAS Статья Google ученый

  • 138.

    Лу, Ю., Цзян, К., Чен, Д. и Шен, Г. Носимая система мониторинга пота со встроенными микро-суперконденсаторами. Nano Energy 58 , 624–632 (2019).

    CAS Статья Google ученый

  • 139.

    Zhao, D. et al. Микро-суперконденсаторы на основе соли с переносом заряда и графеновой гетероструктуры с фильтрацией линий переменного тока. Малый 15 , 1

    4 (2019).

    CAS Статья Google ученый

  • 140.

    Ян, К.и другие. Координационный полимерный каркас на основе микроконденсаторов на микросхеме с функцией фильтрации переменного тока. Angew. Chem. Int. Эд. Англ. 56 , 3920–3924 (2017).

    CAS Статья Google ученый

  • 141.

    Сюй, С., Лю, В., Ху, Б. и Ван, X. Интегрируемые схемы высокочастотных микроконденсаторов с демонстрацией фильтров / генераторов. Nano Energy 58 , 803–810 (2019).

    CAS Статья Google ученый

  • 142.

    Jiang, Q. et al. Встроенные микросуперконденсаторы MXene для фильтрации сети переменного тока. Adv. Energy Mater. 9 , 1

    1 (2019).

    Артикул CAS Google ученый

  • 143.

    Wu, Y., Hu, H., Yuan, C., Song, J. & Wu, M. Конструкция двойных транспортных каналов электронов / ионов: одновременная настройка межслоевой проводимости и пространства в повторно сложенных нескольких многослойные пленочные электроды из MXenes для растягиваемых массивов сверхконденсаторов с большой площадью поверхности. Нано Энергия 74 , 104812 (2020).

    CAS Статья Google ученый

  • (PDF) Свойства и применение суперконденсаторов От современного к будущим тенденциям

    Proceeding PCIM 2000

    3

    химически и электрически совместимы с электролитом

    . Конденсаторы для высокоэнергетических приложений

    требуют электродов, изготовленных из активированного угля с большой площадью поверхности

    с соответствующей поверхностью

    и геометрией пор.Углеродистые материалы

    обычно представляют собой волокна активированного угля

    , углеродную сажу, активированный уголь, углеродные волокна

    , углеродный гель, углеродный каркас, мезоуглерод

    , а также микрогранулы. Лучшие угольные электроды

    имеют поверхность до

    3’000 м2 на грамм материала. Емкость электрода

    линейно увеличивается с увеличением площади поверхности углерода

    и может достигать емкости

    250 Ф / г. Обычно их получают из углеродных порошков или волокон с высокой площадью поверхности

    .Применяются порошки

    , например в качестве пасты на металлическом токосъемнике

    . Однако такое расположение

    приводит к значительному контактному сопротивлению

    между зернами и между

    зернами и опорой. Чтобы

    преодолел эти проблемы, необходимо приложить давление

    или смешать угольный порошок

    с металлическими волокнами или порошками, чтобы повысить проводимость

    .

    Недавно были представлены несколько конденсаторов, в которых используются электроды с высокой площадью поверхности

    , состоящие из композитов

    на основе RuO2 [14].Такие устройства

    имеют, например, размером с кредитную карту и

    имеют емкость 200-300 мФ при 4-8 В.

    Постоянная времени RC составляет около 5 мс.

    3.1.2 Электролит

    Как упоминалось выше, электролит может быть твердого, органического или водного типа

    .

    Органические электролиты получают растворением четвертичных солей

    в органических растворителях. Их напряжение диссоциации

    может быть больше 2,5 В.

    Водные электролиты обычно представляют собой КОН или

    h3SO4, представляя напряжение диссоциации только

    1.23 В. Таким образом, плотность энергии для органического электролита примерно в 4

    раз больше. В качестве следствия

    квадратичной зависимости

    удельной энергии конденсатора от напряжения конденсатора

    было бы желательно использовать органический электролит

    . Однако, если плотность мощности

    важна, необходимо также учитывать увеличение внутреннего сопротивления

    (ESR) из-за более низкой проводимости электролита

    .Раствор электролита

    , следовательно, должен обеспечивать высокую проводимость

    и адекватную электрохимическую стабильность

    , чтобы конденсатор мог работать при максимально возможных напряжениях

    .

    Более ранняя работа [2] указала TEATFB в ацетонитриле

    как наиболее эффективную органическую систему электролита

    для применений EDLC.

    В зависимости от молярной проводимости возможны значения до

    60 мСм / см. Covalent Associates

    представила новые электролиты, известные как ионные жидкости

    .Преимущество этих электролитов — коллектор

    , они не вызывают коррозии, типичная проводимость

    составляет около 8 мСм / см, а электролиты

    могут использоваться при высоких температурах

    около 150 ° C. Смешивание с ацетонитрилом

    дает проводимость 60

    мСм / см.

    3.1.3 Сепаратор

    Многие из имеющихся в продаже сепараторов

    предназначены в основном для использования с батареями. Следовательно, точная оценка

    сепаратора необходима для достижения исключительной производительности

    EDLC.Если используются органические электролиты, применяются полимеры

    (обычно полипропилен) или бумажные сепараторы

    . С водными электролитами возможны сепараторы из стекловолокна

    , а также керамические сепараторы

    . Сепаратор позволяет переносить

    заряженных ионов, но запрещает электронный

    контакт между электродами.

    Основные принципы получения конкурентоспособного EDLC

    — собрать все следующие характеристики

    : высокая проводимость ионного электролита

    , высокая проводимость ионного сепаратора,

    высокое сопротивление электронного сепаратора, высокая электрическая проводимость электрода

    , большая

    Поверхность электрода

    , низкий разделитель и толщина электродов

    .

    В таблице 2 дан обзор технических характеристик материала

    для обеспечения наилучших рабочих характеристик EDLC

    , использующих органический электролит (на основе

    на модельных расчетах).

    Толщина активного слоя 100 мкм

    Объемная емкость 100 Ф / см3

    Электролит 0,05 См / см,

    Напряжение ячейки 2,5 В

    Толщина токосъемника 25 мкм

    Пористость сепаратора 50%

    Толщина

    сепаратора Распределенное сопротивление в порах 10 x электролит

    Таблица 2: Лучшие рабочие параметры EDLC

    3.1.4 Исследование материалов

    Большинство недавно опубликованных работ [3-6] посвящено

    разработке и испытанию новых электродных материалов

    на устройствах лабораторного масштаба.

    Углеродистые материалы в их различных формах

    Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


    Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

    Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее частые причины:

    • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
    • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
    • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
    • Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
    • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

    Почему этому сайту требуются файлы cookie?

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


    Что сохраняется в файле cookie?

    Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

    Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

    Применение суперконденсатора в интеллектуальной сети

    Сегодняшнее общество предъявляет все более высокие требования к качеству, безопасности и надежности энергии и электроснабжения. Традиционный метод электроснабжения большой сети не может удовлетворить это требование из-за своих собственных дефектов.Новый тип энергосистемы, способный интегрировать распределенную генерацию электроэнергии — микросеть, появляется в соответствии с требованиями времени. Он может сэкономить инвестиции, снизить потребление энергии, повысить безопасность и гибкость системы и является направлением будущего развития. Емкость играет важную роль как незаменимая система хранения энергии в микросети. Как новый тип накопителя энергии, суперконденсатор стал одним из предпочтительных устройств для накопления энергии в микросетях с его незаменимым превосходством.Микросеть состоит из источников питания, нагрузок, накопителей энергии и энергоменеджеров. Форма накопления энергии в микросети: подключена к шине постоянного тока микропитания, к фидеру, содержащему важную нагрузку, или к шине переменного тока микросети. Среди них первые два можно назвать распределенным накопителем энергии, а последний — центральным накопителем энергии. При подключении к сети колебания мощности в микросети уравновешиваются большой сетью, и накопитель энергии находится в состоянии ожидания зарядки.Когда микросеть переключается из режима подключения к сети в режим изолированной сети, центральное хранилище энергии немедленно активируется, чтобы восполнить нехватку электроэнергии. Колебания нагрузки во время работы микросети или колебания микропитания могут быть уравновешены центральным накопителем энергии или распределенным накопителем энергии. Среди них есть два способа уравновесить колебания мощности микропитания, а распределенный накопитель энергии и микропитание, которому требуется накопление энергии, подключаются к определенной линии питания, или накопитель энергии напрямую подключается к постоянному току. шина микропитания.

    1) Обеспечение краткосрочного электроснабжения

    Существует два типичных режима работы в микросети: при нормальных обстоятельствах микросеть и обычная распределительная сеть подключены к сети, которая называется сетью. подключенный режим работы; при обнаружении неисправности сети или несоблюдении качества электроэнергии микросеть будет своевременно. Сеть отключается и работает независимо, это называется изолированным режимом. Микросетям часто требуется поглощать часть активной мощности от обычной распределительной сети.Следовательно, когда микросеть переключается из режима подключения к сети в изолированный режим, возникает нехватка электроэнергии. Установка накопителя энергии поможет плавному переходу между двумя режимами.

    2) Используется в качестве буфера энергии

    Из-за небольшого размера микросети инерция системы невелика, а сеть и нагрузка часто очень сильно колеблются, что влияет на стабильность работа всей микросети. Мы всегда ожидаем, что высокоэффективные генераторы (например, топливные элементы) в микросети всегда будут работать с номинальной мощностью.Однако нагрузка на микросеть не остается постоянной в течение дня. Вместо этого он колеблется при изменении погоды. Для обеспечения пиковой нагрузки необходимо регулирование пиковой нагрузки с использованием топливно-газовой пиковой электростанции. Из-за высокой стоимости топлива эксплуатационные расходы этого метода слишком высоки. Система накопления энергии суперконденсатора может эффективно решить эту проблему. Он может накапливать избыточную мощность источника питания при низкой нагрузке и передавать обратно в микросеть, чтобы регулировать потребность в мощности при высокой нагрузке.Высокая плотность мощности и высокая плотность энергии суперконденсатора делают его лучшим выбором для работы с пиковыми нагрузками, а использование суперконденсаторов требует только накопления энергии, эквивалентной пиковой нагрузке.

    3) Повышение качества электроэнергии в микросети

    Система накопления энергии играет важную роль в улучшении качества электроэнергии в микросети. С помощью блока управления инвертором можно регулировать реактивную мощность и активную мощность, обеспечиваемую системой накопления энергии суперконденсатора для пользователя и сети, тем самым достигая цели повышения качества электроэнергии.Поскольку суперконденсаторы могут быстро поглощать и выделять электрическую энергию большой мощности, они очень подходят для применения в устройстве регулировки качества электроэнергии микросети для решения некоторых переходных проблем в системе, таких как мгновенный сбой питания и выброс напряжения, вызванный системная ошибка. Проблемы, такие как провалы напряжения и т. Д. В настоящее время суперконденсаторы используются для обеспечения быстрой буферизации мощности, поглощения или дополнения электрической энергии и обеспечения поддержки активной мощности для компенсации активной или реактивной мощности для стабилизации и сглаживания колебаний напряжения сети.

    4) Суперконденсатор интеллектуальной распределенной сетевой системы необходим

    С точки зрения будущего развития интеллектуальных сетей, интеллектуальные распределенные сетевые системы станут основным направлением будущих сетевых систем. Чтобы реализовать построение интеллектуальной распределенной системы электросети, необходимо иметь буферное устройство, такое как распределенное устройство хранения энергии и центральное устройство хранения энергии. В случае нестабильных процессов производства энергии необходим буфер для хранения энергии.В случае, когда процесс выработки энергии является стабильным, а спрос постоянно меняется, также необходимо использовать устройство хранения энергии. Топливный элемент отличается от энергии ветра или солнца, и пока в нем есть топливо, он может непрерывно выдавать стабильную электрическую энергию. Однако потребность в нагрузке со временем сильно меняется. Если нет устройства накопления энергии, топливный элемент должен быть большим, чтобы удовлетворить пиковую потребность в энергии, а стоимость будет слишком высокой. Сохраняя избыточную энергию в устройстве накопления энергии, можно обеспечить необходимую пиковую энергию через устройство накопления энергии за короткое время.

    В распределенных энергосистемах влияние переходных процессов в энергосистемах неизбежно, а превосходные характеристики суперконденсаторов могут снизить влияние переходных процессов на общую производительность системы. Следовательно, в будущей интеллектуальной распределенной сетевой системе незаменима система хранения энергии ультраконденсаторной батареи.

    Суперконденсаторы для космических приложений — Спутниковые миссии

    Суперконденсаторы для космического применения

    Каталожные номера

    • 27 ноября 2020 г .: Суперконденсаторы большой мощности — уже найдены в земных электромобили, поезда, подъемники и краны — уже на пути к Космос. 1)

    Проект под руководством ЕКА с Airbus Defense and Space разработала и испытала конструкцию суперконденсатора, способную обеспечивать короткие всплески очень высоких уровней мощности для космических миссий, как требуется. Возможные варианты использования могут включать в себя работу с мощными спутниковые радиолокационные системы для стабилизации общей бортовой мощности во время солнечные затмения или другие подобные события или изменение вектора тяги пусковой установки.

    «В то время как традиционные батареи хранят электроэнергию на основе химии, суперконденсаторы делают то же самое основы физики.Энергия сохраняется в виде электростатического заряда, в двойном электрохимическом слое на границе между слои органического электролита и активированного угля », — объясняет энергия инженер по хранению Брэндон из отдела хранения энергии ЕКА.

    «Это означает, что они оба могут накапливать и разряжать электроэнергию с очень высокой скоростью, недоступной для аккумуляторов. соответствовать, на многие тысячи циклов практически без внутреннего сопротивления. Однако у них есть соответствующий недостаток, заключающийся в том, что они обладают более низкая общая плотность энергии, поэтому они могут хранить только часть количество энергии батареи той же массы.”

    Суперконденсаторы

    — это, например, часто используется в электрических и гибридных автомобилях, накапливая электроэнергию. генерируется тормозными колесами для последующего повторного использования и обеспечения повышения мощности для быстрого разгона.

    «Мы провели первоначальное исследование такого блока BOSC (банк суперконденсаторов) через ARTES от ESA (Расширенные исследования в области телекоммуникационных систем) », — добавляет Брэндон. «Мы изучили возможные применения и коммерческие ячейки могут быть осуществимы для применения в космосе.Результат это исследование было очень многообещающим.

    «Затем Airbus DS во Франции. обратились к нам, желая доработать и квалифицировать такой дизайн для космоса. Этот проект осуществлялся на основе софинансирования через нашу GSTP (Общая технологическая программа поддержки) — подготовка перспективных продуктов для космоса и рынка ».

    Рисунок 1: Вакуумные испытания модели BOSC (кредит изображения: ESA / Airbus DS)

    Первой задачей было спроектировать и построить рабочий прототип «Банк суперконденсаторов» (BOSC), на основе 34 суперконденсаторов последовательно с тремя последовательностями в параллельно, включая термодатчики для предотвращения перегрева и унижающий достоинство.

    «К сделать эти прототипы BOSC подходящими для необходимого места «Заливка» — означает введение эпоксидной смолы между многоярусные суперконденсаторы, разъемы и печатная плата доски », — добавляет Брэндон.

    Рисунок 2: Эта инженерная модель BOSC (Bank of Supercapacitors) был разработан для тестирования на базе 34 суперконденсатора последовательно с тремя параллельными цепочками, включение термодатчиков для предотвращения перегрева и разрушения (Изображение предоставлено: ESA / Airbus Defense and Space)

    Датчики BD в Чехии — отвечает за проектирование и производство BOSC — отвечал за разработку этого критического процесса.

    Механические испытания — скоро вплоть до сильного сотрясения с силой пусковой установки, а также воздействия космический вакуум и перепады температур — имели место при партнер проекта EGGO Space в Чехии. Радиационные испытания также имели важное значение, включая килорад экспозиции, чтобы проверить, что банк продолжит работу, когда подвергается воздействию заряженных частиц того же типа, что и на орбите.

    Габриэль Белаге из Airbus Defense и Space, инженер и менеджер проекта по проекту, комментарии: «В нашей лаборатории мы провели испытание на долгий срок службы в соответствии с электрические, тепловые и вакуумные условия.После более чем 2,3 миллиона циклы, характеристики — особенно с точки зрения выцветания и балансировка — ведут себя так, как ожидалось, и тест будет продолжен бежать».

    Тестирование электрические характеристики BOSC включали миллионы зарядов и циклов разряда, включая специальную кампанию по испытанию на срок службы, чтобы посмотреть при эффектах старения. Параллельно BOSC также подвергся «Неправильное» тестирование — включая короткие замыкания, перезарядки и физический шок от ударов.

    Рис. 3. Рентгеновское обследование BOSC до и после механических испытаний (кредит изображения: ESA / Airbus DS)

    Рисунок 4: Инженерная модель BOSC (изображение предоставлено ESA / Airbus DS)

    Проект под руководством ЕКА с Airbus DS разработал и испытал конструкцию суперконденсатора, способную предоставить краткое всплески очень высоких уровней мощности для космических миссий по мере необходимости.В проект разработан и построен рабочий прототип BOSC на базе 34 суперконденсаторы, включенные последовательно с тремя параллельными цепочками, включая термодатчики, чтобы предохранить его от перегрева и разрушения, а также герметичность для безопасной работы в космической среде.

    «Мы обнаружили, что банк может выдерживать большое количество тока, до 400 ампер, несколько раз без повреждений», — добавляет Брэндон.

    Денис Лакомб из ESA Отдел технической надежности и качества, технический специалист по проекта, объясняет: «Теперь, когда жизненное тестирование вот-вот В заключение, после трех лет упорной работы у нас есть квалифицированный космический аппарат. продукт, готовый к использованию Airbus и добавленный в Европейский список предпочтительных запчастей, чтобы его могли использовать и другие миссии, что позволяет применять всевозможные космические приложения большой мощности.”

    Рисунок 5: Горячий обжиг Ariane Двигатель 6 P120C. Перенаправление тяги пусковой установки требует большой мощности (изображение кредит: ESA / CNES / Arianespace / Optique vidéo du CSG — JM Guillon)

    Немного фона

    Суперконденсаторы, также называемые электрохимические конденсаторы с двойным слоем — это устройства хранения энергии, которые хранить электрическую энергию в двойном слое между большой площадью поверхности электрод и электролит [ 2) ]. По сравнению с батареями в батарее не должно происходить никаких химических реакций. электроды.Таким образом, за исключением паразитарных электрохимических реакции, хранение энергии в суперконденсаторах — это чисто физическое явление [ 3) ]. Использование суперконденсаторов на космических аппаратах и ​​пусковых установках возможно. многообразие. В настоящее время применяется как стабилизация энергосистемы, так и накопитель энергии для пиротехнических механизмов и электромеханической тяги предусмотрены векторные срабатывания [ 4) ]. 5)

    Ячейки суперконденсатора должны быть способен противостоять суровым условиям космоса Приложения.Применение суперконденсаторов в микроспутниках также вариант, который был изучен Симидзу и Андервудом [ 6) ]. Преимуществом суперконденсаторов является их чрезвычайно высокая удельная мощность. несколько десятков кВт / кг и их способность работать при температура до -40 ° C. Основная проблема этой технологии — это ограниченная плотность энергии, которая находится в диапазоне 5 Вт · ч / кг [ 7) ]. Благодаря чисто физическому принципу работы суперконденсаторы способен выполнять большое количество велосипедных прогулок.Кроме того, производительность суперконденсаторов при понижении температуры (например, -40ºC) не ухудшается так сильно, как в настоящее время используется литий-ионная химия.

    Суперконденсатор — это продукт который заполняет промежуток между батареями и конденсаторами, показывая очень высокая удельная мощность (до 100 кВт / кг) с меньшим запасом энергии, чем это батарей (до 7 Втч / кг). Эта технология уже широко используется в различные промышленные, автомобильные и авиационные приложения.

    Его быстрая зарядка и разрядка время, его способность выдерживать миллионы циклов зарядки / разрядки и широкий диапазон рабочих температур (от -40 ° C до + 70 ° C) делает его идеальным кандидатом для нескольких космических приложений (пусковые установки и спутники), как показано в Контракте на исследования ЕКА № 21814/08 / NL / LvH под названием «Суперконденсатор аккумуляторной батареи большой мощности. исследование », завершенное в 2010 году компанией Airbus DS.

    Из наиболее перспективных, можно процитировать: оптимизация системы пиротехнической активации, высокая силовые механизмы, электрическое управление вектором тяги, РЛС большой мощности поставка или даже гибридизация батарей суперконденсаторов с Li-Ion батареи.Количество известных демонстрационных полетов очень невелико. Этот частично связано с тем, что в настоящее время нет деталей доступен в космическом классе.

    Таблица 1: Квалификация готовых коммерческих суперконденсаторов для космического применения 8)

    Рисунок 6. Суперконденсатор, безопасный и эффективный компонент хранения, совместимый с широким диапазоном температур и потенциальной областью применения в космическая среда (кредит изображения: сотрудничество с суперконденсаторами)


    1) «Суперконденсаторы, готовые обеспечить максимальную мощность в космосе», ESA Enabling & Support, 27 ноября 2020 г., URL: https: // www.esa.int/Enhibited_Support/Space_Engineering_Technology
    / Supercapacitors_ready_to_deliver_maximum_power_to_space

    2) Б. Э. Конвей, «Электрохимические суперконденсаторы. Основы и технологические приложения », Kluwer and Plenum, Нью-Йорк, США, 1999

    3) Дж. Р. Миллер, «КОНДЕНСАТОРЫ, Обзор», Энциклопедия электрохимических источников энергии, Эльзевир, Амстердам, 2009 г., стр: 587-599.

    4) В. Жинест, Д. Лу, П. Маттеско, Н. Нёньо, «Предварительная оценка коммерческих суперконденсаторов для космического применения », 9-е Европейское Конференция по космической силе, Сен-Рафаэль, Франция, 2011 г.

    5) Брэндон Бюрглер, Бертран Фор, Дэвид Латиф, Лукас Диблик, Петр Васина, Валери Жинест, Марек Симчак, «Навстречу» Суперконденсаторы в космических приложениях », E3S Web of Conferences, Vol. 16, 17003 (2017), 11-я Европейская конференция по космической энергетике (ESPC 2016), Салоники, Греция, 3-7 октября 2016 г., URL: https://www.e3s-conferences.org/articles/e3sconf/pdf/2017/04/e3sconf_espc2017_17003.pdf

    6) Тацуо Симидзу, Крейг Андервуд, «Суперконденсаторный накопитель энергии для микроспутники: осуществимость и потенциальные приложения для полетов «, Acta Astronautica, Vol.85, стр: 138-154, 2013.

    7) П. Курцвейл, «КОНДЕНСАТОРЫ, электрохимические двухслойные конденсаторы», Энциклопедия электрохимических источников энергии, Эльзевир, Амстердам, 2009, 607-633.

    8) Бертран Фор, Лоуренс Коскерик, Франк де Бонэ Д’олеон, Давид Латиф, Денис Лакомб, Брэндон Бюрглер, Марек Симчак, квалификация суперконденсаторов COTS для космического применения », Симпозиум: ЕКА SPCD (Space Passive Component Days) 2018, 21 декабря 2018 г., URL: https: // passive-components.ЕС / квалификация-детских-суперконденсаторов-для-космических-приложений /


    Информация, собранная и отредактированная в этой статье, предоставлена ​​ Herbert Дж. Крамер из его документации: «Наблюдение Земли. и его окружение: обзор миссий и датчиков »(Springer Верлаг), а также многие другие источники после публикации 4-го выпуск 2002 года. — Комментарии и исправления к этой статье всегда приветствуем дальнейшие обновления ([email protected]).

    использованная литература Вернуться к началу

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.