Электрохимическое устройство, конденсатор с органическим или неорганическим электролитом, «обкладками» в котором служит двойной электрический слой на границе раздела электрода и электролита. По характеристикам занимает промежуточное положение между конденсатором и химическим источником тока.
Ионистор (другие названия: суперконденсатор, ультраконденсатор, двухслойный электрохимический конденсатор) – электрохимическое устройство, конденсатор с органическим или неорганическим электролитом, «обкладками» в котором служит двойной электрический слой на границе раздела электрода и электролита. Функционально представляет собой гибрид конденсатора и химического источника тока.
Ионисторы или суперконденсаторы недавно. Первое такое устройство разработала фирма General Electric в 1957 году. Уникальностью ионистора заключается в способности отдавать очень много энергии за очень небольшой временной интервал. Обыкновенный конденсатор – это две пластины из металла, между которыми расположен слой диэлектрика. Причем электрическая ёмкость конденсатора напрямую зависит от площади пластин, которые исполняют роль электродов. Благодаря применению для изготовления электродов пористых материалов. Площадь пор такой пластины в десятки раз больше площади поверхности электрода из обычного металла.
После долгих опытов был найден и наиболее подходящий пористый металл. Им оказался обычный активированный уголь. Следующим шагом от конденсатора к ионистору стала замена диэлектрика на кристаллический твёрдый электролит, сделанный на основе растворов кислот и щелочей. При взаимодействии пористого металла с электролитом на его поверхности образуется двойной электрический слой из ионов и электронов. Эти заряды не могут сблизиться из-за сопротивления молекул воды и ионов металла. Таким образом, получается устройство схожее по принципу действия с конденсатором.
Однако расстояние между зарядами, которые, по сути, являются электродами, гораздо меньше толщины диэлектрика, применяемого в обычном конденсаторе, поэтому и электрическая ёмкость такого устройства в десятки раз больше. Для сравнения: энергии обычного конденсатора хватит, чтобы поднять его в воздух примерно на полтора метра, а ионистор весом в 0,5 граммах может подпрыгнуть за счёт своего заряда на целых 293 метра. Во время зарядки ионистора на порах металла с одной стороны образуются положительные ионы, а с другой – накапливаются электроны. В процессе отдачи энергии они плавно перетекают друг к другу, образуя нейтральные атомы металла. Чтобы таким образом не произошла полная разрядка прибора, между слоями металла применяется разделительный слой из нейтрального вещества (пластика, бумаги, ваты и т.д.). Ионистор очень быстро накапливает заряд и также быстро его отдаёт. Кроме этого, у него есть ряд других преимуществ:
- неограниченное количество циклов заряда и разряда;
- накапливаемая энергия обладает высокой плотностью;
- прибор не нагревается в отличие от энергоносителей, в основу действия которых заложены химические реакции;
- удобство зарядки: когда ионистор заряжается полностью, он просто перестает принимать заряд;
- выдерживает температуру от –50 до +85 градусов Цельсия;
- ионистор экологически безопасен;
- коэффициент полезного действия может достигать 98%.
Все эти преимущества позволяют говорить о том, что масштабы применения ионисторов безграничны. Они получили широкое распространение в компьютерных устройствах в качестве источников питания для элементов памяти. В микроэлектронике и радиотехнике ионисторы применяют в качестве кратковременных мощных источников тока и источников бесперебойного питания. В популярных сегодня новых автомобилях с гибридной силовой установкой также используются суперконденсаторы для уменьшения нагрузки на аккумулятор. В качестве замены батарей ионисторы уже применяются во многих областях. Ионисторы малой емкости устанавливают в мобильные телефоны, а особо мощные – в автомобили. Если сравнивать их с обычными химическими батареями, то последние проигрывают по целому ряду показателей. Они экологически небезопасны, имеют ограниченное количество циклов заряда, долго заряжаются, склонны к перегреву. На сегодняшний день более широкому использованию ионисторов препятствует только их высокая цена. Однако компании-производители рассчитывают в течение ближайших 5 лет снизить ее вдвое, применяя нанотехнологии.