CC BY
13
ДЕМОНСТРАЦИОННЫЙ СТЕНД ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ РАБОТЫ ИОНИСТРОВ (СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ)
B.П. Крапивко, аспирант
C.В. Горелов, д-р техн. наук, профессор Е.В. Сировайский, студент
Сибирский государственный университет водного транспорта (Россия, г. Новосибирск)
DOI:10.24412/2500-1000-2023-4-3-73-75
Аннотация. В статье рассматриваются такие понятия, как ионисторы и суперконденсаторы. Цель данной статьи представить аналог демонстрационного учебного стенда, так как на сегодняшний день стенды данные стоят очень дорого. Для уменьшения расходов происходит переход от постоянного тока к переменному, благодаря чему уменьшается стоимость комплектующих. Ниже будет представлена электрическая схема и подробное описание каждого элемента. На данном стенде имеется оборудование для регулировки сопротивления, благодаря чему увеличивается спектр применения и можно проводить расчеты и сравнивать их с фактическими значениями.
Ключевые слова: суперконденсаторы, ионистор, стенд, источник энергии, сокращение затрат, рабочее напряжение.
Суперконденсаторы - это электрохимические устройства, которые могут накапливать и сохранять очень большое количество электрической энергии. Эти устройства имеют множество преимуществ по сравнению с обычными аккумуляторами, такими как экономия времени и денег, более высокая скорость зарядки и разрядки, а также возможность более длительного использования. В настоящее время суперконденсаторы активно используются во множестве приложений и секторах промышленности. Суперконденсаторы имеют разные типы и конструкции, и каждый из них обладает своими особенностями и преимуществами. В общем случае, суперконденсатор состоит из двух электродов, разделенных диэлектриком. Когда на электроды подаются напряжение и заряд, электрическое поле внутри устройства создает пространство для хранения энергии. В зависимости от типа и конструкции, суперконденсатор может иметь электроды из разных материалов, например, графита, серебра, углеродных нанотрубок и других [1]. Суперконденсаторы имеют множество применений в разных отраслях промышленности. Они могут использоваться в энергосистемах, в том числе в электрических автомобилях и органиче-
ских светодиодах, устройствах хранения данных, беспроводных сетях и других приложениях. Они просты в использовании и могут сократить затраты на замену батарей и поддержку системы. Существует некоторая неопределенность в отношении того, скольких поколений суперконденсаторов нам нужно, чтобы обеспечить полный переход от батарей на эти электрохимические устройства. Но, несмотря на это, суперконденсаторы уже используются в коммерческих и промышленных приложениях. Они представляют собой мощный инструмент для хранения электрической энергии, и в будущем их использование вполне может стать общепринятым. В целом, суперконденсаторы являются одной из самых эффективных и быстроразвива-ющихся технологий в области хранения электрической энергии. Они могут значительно улучшить нашу жизнь, сделав ее более удобной и экономичной.
Ионистор - это устройство для хранения электрической энергии, основанное на процессе ионизации и десорбции газа внутри его электродов. Оно обладает высокой плотностью энергии и высокой эффективностью перезарядки, что делает его перспективным для использования в различных приложениях [2]. Ионисторы были
изобретены более 50 лет назад, но в последние годы, в связи с увеличением спроса на энергетически эффективные решения, они стали все более популярны. Эти устройства могут хранить большое количество энергии на долгое время, что делает их полезными для многих приложений, включая электромобили, устройства хранения солнечной энергии и промышленные системы энергообеспечения. Иони-стор состоит из двух электродов и диэлектрической прослойки между ними. Когда на электроды подается напряжение, газ, находящийся внутри электродов, ионизуется и превращается в плазму. Это приводит к тому, что внутренняя поверхность электродов покрывается слоем ионизированного газа, который может хранить энергию. Перерез зарядки ионистора проходит в несколько этапов [3]. При первоначальной зарядке газ между электродами ионизуется, создавая заряды на поверхности электродов. Заряды накапливаются на поверхности электродов, создавая электрическое поле, которое препятствует дальнейшей ионизации газа. Когда заряд электрода снижается до определенного уровня, газ постепенно десорбируется от
поверхности, освобождая электрическую энергию. Одним из главных преимуществ ионисторов является их высокая плотность энергии. Они имеют потенциал для хранения энергии на уровне, который гораздо выше, чем у традиционных конденсаторов и батарей. Кроме того, ионисторы обладают очень быстрой скоростью перезарядки и могут работать при широком диапазоне температур. Несмотря на свои преимущества, ионисторы пока еще не получили широкого распространения в промышленности. Это вызвано высокими затратами на производство и сложностью химических процессов, происходящих внутри устройства. Однако, с развитием технологий и сокращением затрат на производство, ионисторы могут стать главным источником энергии для будущих приложений. В заключении, следует отметить, что ионисторы имеют огромный потенциал и могут стать ключевым элементом в энергетических системах будущего [4].
На сегодняшний день существуют стенды для работы с ионистрами, но их стоимость очень велика. Далее на рисунке один, будет представлена схема аналога.
Рис. 1. Электрическая схема учебного стенда
Благодаря тому, что мы перешли от 220 V переменного тока на 12 V постоянного, стоимость комплектующих резко сократилась. В данной схеме в качестве
накопителей служат 3 ионистра серии 5К5Б20Е180И с рабочим напряжением до 5,5 V. Так как ионистры боятся перенапряжения и могут взорваться, то было 2
варианта решения данной проблемы. Пер- сле ивых и ионистры будут выдавать вый использовать 2 и к каждому подклю- накопленный заряд в течение определен-чать драйвер для контроля напряжения ного времени. Время зависит от сопротив-5,5 V, или как поступили мы, взяв 3 иони- ления системы, для ее регулировки был стра с суммарным напряжением 16,5 V [5]. установлен реостат на 100 ватт. Во время Благодаря вольтметру и амперметру мож- учебных занятий можно рассчитывать но считывать их суммарную мощность. время работы системы без питания и срав-После того как система зарядится, можно нивать полученные результаты с фактиче-прекратить подачу электричества с помо- скими. щью выключателя, который находится по-
Библиографический список
1. Компан М.Е., Кузнецов В.П., Малышкин В.Г. Нелинейный импеданс твердотельных энергонакопительных конденсаторов-ионисторов // Журнал технической физики. - 2010. -Т. 80, Вып. 5. - С. 100-101
2. Булычев А.В., Нудельман Г.С. Релейная защита. Совершенствование за счет упреждающих функций // Новости электротехники. - 2009. - №4 (58). - С. 30-33.
3. Нудельман Г.С., Шалин А.И. Микропроцессорные системы РЗА. Оценка эффективности и надежности // Новости электротехники. - 2008. - № 3 (51).
4. Федоров Ю. Исследование коммутационных перенапряжений и их воздействия на полупроводниковые диоды в цепях оперативного постоянного тока электрических стран-ций и подстанций: диссертация ... кандидата технических наук. - М., 1984. - С. 172-174.
5. Гусев Ю.П., Смотров Н.Н., Чо Г.Ч. Применение ионисторов в системах оперативного постоянного тока для сглаживания провалов напряжения // Электротехника. - 2017. -№ 10. - С. 65-69.
DEMONSTRATION STAND FOR DEMONSTRATING THE OPERATION OF IONISTORS (SUPERCAPACITORS)
V.P. Krapivko, Postgraduate Student
S.V. Gorelov, Doctor of Technical Sciences, Professor
E.V. Sirovaisky, Student
Siberian State University of Water Transport
(Russia, Novosibirsk)
Abstract. The article discusses concepts such as ionistors and supercapacitors. The purpose of this article is to present an analogue of a demonstration training stand, since today these stands are very expensive. To reduce costs, there is a transition from DC to AC, thereby reducing the cost of components. An electrical diagram and a detailed description of each element will be presented below. This stand has equipment for resistance adjustment, which increases the range of applications and it is possible to make calculations and compare them with the actual values.
Keywords: supercapacitors, ionistor, stand, energy source, cost reduction, operating voltage.
