Тема этой статьи – Ионисторы. Это – очень интересные электронные приборы. По своим параметрам, они занимают промежуточное место между электролитическими конденсаторами и аккумуляторами (химическими источниками тока). Так что же такое ионистор?
Проведем два небольших эксперимента – с конденсатором и с ионистором.
Для первого эксперимента возьмем конструкцию из шестнадцати конденсаторов по четыре тысячи микрофарад, соединенных параллельно. Общая емкость сборки будет 64 тысячи микрофарад. В качестве источника электрической энергии возьмем Самсунговский аккумулятор 18650 на 4 вольта. Чтобы уменьшить ток заряда конденсаторов, заряжать их будем через два соединенных последовательно резистора по 1 ому. Один из резисторов может быть замкнут переключателем, чтобы уменьшить ограничивающее сопротивление до 1 ома. В первый момент заряда, стрелочный прибор отметил пиковый ток заряда 350 миллиампер. Заряд продолжался не более 1 секунды. Ток уменьшился до нуля, конденсаторы зарядились до напряжения источника – почти 4 вольта и начали медленно разряжаться через внутреннее сопротивление вольтметра. Ускорим процесс разряда – подключим параллельно конденсатору лампочку 3,5 вольта 0,26а - её рабочее сопротивление около 14 ом, а в холодном состоянии – около 2 ом. Лампочка зажглась, но горела не больше 2 секунд. Объем, как и вес конденсаторной батареи – впечатляет.
Во втором эксперименте мы будем заряжать от того же Самсунговского аккумулятора ионистор на 2,7 вольта, емкостью 100 фарад. Размеры ионистора легко сравнить с конденсаторами – он меньше конденсаторной сборки примерно в 30 раз, настолько же и легче! А ёмкость ионистора больше – в полторы тысячи раз! Включаем секундомер и включаем заряд ионистора через два ограничивающих резистора сопротивлением 2 ома. В первый момент прибор отметил ток 1,5 ампера. То есть это практически ток короткого замыкания аккумулятора на токоограничивающий резистор. Как и в случае с конденсаторами, ток заряда уменьшается, а напряжение на ионисторе – увеличивается. НО, какая скорость процесса! До полутора вольт ионистор зарядился только за полторы минуты! А ток заряда уменьшился только до 1 ампера. Прошло больше 3-х минут, ток уменьшился до 0,7 ампера – теперь можно уменьшить до 1 ома ограничивающий резистор – ток становится больше 1 ампера, зарядка пошла быстрее.
До напряжения 2,5 вольта ионистор заряжался почти 5 минут! Вспомним, что через тот же резистор конденсатор зарядился за секунду! Включим лампочку, подключенную к ионистору и секундомер. Лампочка – зажглась и продолжает гореть! Напряжение на ионисторе уменьшается, но как медленно!!! Прошла минута – лампочка горит, а на ионисторе остается еще 2 вольта! Прошло 6 минут – лампочка горит, правда, не так ярко, а на ионисторе – больше 1 вольта! Чтобы разрядить ионистор до 1 вольта потребовалось почти 9 минут! Лампочка при этом заметно светится. Прошло 10 минут, а ионистор полностью не разрядился, (только до 8 десятых вольта.)
Очень похоже на аккумулятор, скажете Вы, однако, аккумулятор выдает относительно постоянное рабочее напряжение, а напряжение на ионисторе понижается линейно от рабочего значения до нуля.
Иони́стор – ионный конденсатор, его - называют по-разному: суперконденсатор, ультраконденсатор, двухслойный электрохимический конденсатор. А что у ионистора внутри? Ионистор это электрохимическое устройство - электролитический конденсатор, «обкладками» в котором служит двойной электрический слой на границе раздела электрода и электролита. А что же такое «двойной электрический слой»?
Это двойной слой ионов, который образуется на границе между обкладкой и электролитом. Обкладки и электролит в месте контакта приобретают заряды противоположного знака, но равной величины, что приводит к образованию двойного электрического слоя.
Для электродов ионистора используют пористые материалы, такие, как активированный уголь или вспененные металлы. Это позволило хранить заряд не на поверхности, а в ОБЪЕМЕ! И расстояние между обкладками – соизмеримо с размерами ионов электролита.
А как мы знаем, чем меньше расстояние между пластинами конденсатора и чем больше их площадь, тем больше емкость конденсатора – тем большую энергию он может запасать.
Первый конденсатор с двойным слоем на пористых угольных электродах был запатентован в 1957 году фирмой General Electric. А в Советском Союзе ионисторы были анонсированы только в 1978 году.
1 грамм активированного угля, в зависимости от технологии изготовления, может иметь поверхность от 500 до 2200 квадратных метров.
Активированный уголь впервые был синтезирован русским химиком Николаем Дмитриевичем Зелинским в1915 году и использован им в противогазах - как универсальное средство химической защиты.
В настоящее время, в ионисторах используют Графе́н — двумерная модификация углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом. Чистый графен, получаемый методом химического осаждения из газообразного состояния, проводит электричество так же хорошо, как и медь.
За «передовые опыты с двумерным материалом — графеном» Андрею Константиновичу Гейму и Константину Сергеевичу Новосёлову была присуждена Нобелевская премия по физике за 2010 год.
Сегодня, в интернете много рекомендаций и руководств по изготовлению ионистора в домашних условиях! Есть видео, где описан способ получения графена методом обдирания напильником угольного стержня от старой круглой батарейки! В других видео пористый электрод делают, смешивая активированный уголь с акриловым лаком или клеем ПВА. Можно ли изготовить ионистор такими способами? Попробуем разобраться во всех этих рецептах и выяснить что получится в результате. Но, это – тема следующей статьи!
А все, о чем я рассказал в этой статье, можно увидеть в видео на моем канале YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=XMLhw3jRgrk Приятного просмотра!