Ионисторы Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Решетнеескцие чтения. 2015

4. Theoretical Simulation of a Gas Breakdown Initiated by External Plasma Source in the Gap With Combined Metal-Dielectric Electrodes / A. V. Kozyrev, V. Yu. Kozhevnikov, N. S. Semeniuk et al. // IEEE Transactions on Plasma Science. 2015. Vol. 43. Issue 8. P. 2294-2298.

5. Козлов О. В. Электрический зонд в плазме. М. : Атомиздат, 1969. 293 с.

References

1. Hastings D. and Garrett H. B. Spacecraft-Environment Interactions. Atmospheric and Space Science Series ed. A. J. Dessler. England: Cambridge University Press, 1996. 292 p.

2. Space engineering. Spacecraft charging. ECSS -European Cooperation for Space Standardization,

Secretariat ESA-ESTEC, Standard No. ECSS-E-ST-20-06C, 2008. 120 p.

3. Physical Modeling of Secondary Arcing at Environmental Pressures in the Range from Atmospheric to Vacuum / A. V. Batrakov, E. L. Dubrovskaya, K. V. Karlik et al. // Russian Physics Journal. 2015. Vol. 57. No. 11. P. 1459-1463.

4. Theoretical Simulation of a Gas Breakdown Initiated by External Plasma Source in the Gap With Combined Metal-Dielectric Electrodes / A. V. Kozyrev, V Yu. Kozhevnikov, N. S. Semeniuk et al. // IEEE Transactions on Plasma Science. 2015. vol. 43. Issue 8. P. 2294-2298.

5. O. V. Kozlov, Electric Probe in Plasma. M: Atomizdat, 1969. 293 p. (In Russ).

© Батраков А. В., Попов С. А., Нефёдцев Е. В., Дубровская Е. Л., Шнайдер А. В., 2015

УДК 338.246

ИОНИСТОРЫ

В. И. Гриц, Т. В. Дубовой, И. Я. Шестаков

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Рассмотрено понятие ионистора, их виды, преимущества и недостатки, применение, перспективы использования.

Ключевые слова: ионистор, конденсатор, двойной электрический слой, применение ионисторов.

ULTRACAPASITORS

V. I. Grits, T. V. Dubovoy, I. Ya. Shestakov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation. E-mail: [email protected]

This article examines the concept of electric double layer capacitors, their types, advantages and disadvantages of their use, as well as the intended way to develop its own electric double layer capacitors.

Keywords: ionistor , capacitor, electric double layer, supercapacitors use.

Ионистор (суперконденсатор, ультраконденсатор, двухслойный электрохимический конденсатор, англ. EDLC, Electric double-layer capacitor) - 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 [1].

В связи с тем, что толщина двойного электрического слоя (то есть расстояние между «обкладками» конденсатора) крайне мала, запасённая ионистором энергия выше по сравнению с обычными конденсаторами того же размера. К тому же, использование двойного электрического слоя вместо обычного ди-

электрика позволяет намного увеличить площадь поверхности электрода.

Типичная ёмкость ионистора - несколько фарад, при номинальном напряжении 2-10 вольт. Ионисторы бывают следующих видов:

1) ионисторы с идеально поляризуемыми углеродными электродами («идеальный» ионистор, ионный конденсатор). Не используют электрохимических реакций, работают за счет ионного переноса между электродами;

2) ионисторы с идеально поляризуемым углеродным электродом и неполяризуемыми или слабо поляризуемыми катодом или анодом («гибридные» иони-сторы). На одном электроде происходит электрохимическая реакция;

Космическое и специальное электронное приборостроение

3) псевдоконденсаторы - ионисторы, использующие обратимые электрохимические процессы на поверхности электродов. Имеют высокую удельную емкость [1].

Как и у любого устройства, у ионисторов есть свои преимущества и недостатки. Среди преимуществ можно выделить большие максимальные токи разрядки и зарядки, простоту зарядного устройства, длительный срок службы, малый вес и габариты, а также низкую токсичность используемых материалов.

Недостатки также имеют существенную роль. К ним относятся низкая удельная энергия по сравнению с аккумуляторами (5-12 Вт ч/кг при 200 Вт ч/кг для литий-ионных аккумуляторов) и возможность выгорания внутренних контактов при коротком замыкании [2].

Ионисторы нашли широкое применение в современной жизни. Например, автобусы на ионисторах от Hyundai Motor представляют собой обыкновенные автобусы с электроприводом, питаемым от бортовых ионисторов. По задумке конструкторов из Hyundai Motor такой автобус будет заряжаться на каждой второй или каждой третьей остановке, причём длительности остановки достаточно для подзарядки автобусных ионисторов. Hyundai Motor позиционирует свой автобус на ионисторах как экономичную альтернативу троллейбусу (нет необходимости прокладывать контактную сеть) или дизельному (и даже водородному) автобусу (электроэнергия пока дешевле дизельного или водородного топлива) [1].

Но особенно перспективны ионисторы в качестве средства реализации системы автономного хода для обычных троллейбусов. Троллейбус, оборудованный ионисторами, по маневренности приближается к автобусу. В частности такой троллейбус может:

- проходить отдельные короткие участки маршрута, не оборудованные контактной сетью (в том числе при необходимости двигаться в объезд, когда на каком-то участке маршрута движение по штатной трассе маршрута невозможно);

- проходить места обрыва линии контактной сети;

- возможность объезжать препятствия даже тогда, когда длина токоприёмных штанг не позволяет это сделать (водитель оборудованного ионисторами троллейбуса в этом случае просто опустит токопри-ёмные штанги и объедет препятствие, после чего вновь поднимет токоприёмные штанги и продолжит движение в штатном режиме);

- отпадает надобность в развитии контактной сети в депо и на разворотных кольцах на конечных остановках - в депо и на разворотных кольцах оборудованные ионисторами троллейбусы маневрируют с опущенными токоприёмными штангами.[1]

Таким образом троллейбусная система, эксплуатируя оборудованные ионисторами троллейбусы, по гибкости приближается к обычной автобусной.

Согласно заявлениям сотрудников MIT 2006 года, ионисторы могут в скором времени заменить обычные аккумуляторы. Кроме того, в 2009 году были проведены испытания аккумулятора на основе иони-стора, в котором в пористый материал были введены наночастицы железа. Полученный двойной электрический слой пропускал электроны в два раза быстрее за счет создания туннельного эффекта. Группа учёных из Техасского университета в Остине разработала новый материал, представляющий собой пористый объемный углерод. Полученный таким образом углерод обладал свойствами суперконденсатора. Обработка вышеописанного материала гидроксидом калия привела к созданию в углероде большого количества крохотных пор, которые в сочетании с электролитом смогли хранить в себе колоссальный электрический заряд [2].

Для исследования ионистора предполагается использовать стеклянный многоразовый шприц. Для отработки методики исследования в качестве электродного материала будет применяться мелкодисперсный активированный уголь.

References

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/.

2. http://go-radio.ru/ionistor.html.

© Гриц В. И, Дубовой Т. В., Шестаков И. Я., 2015

УДК 536.58

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЛОЖНОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УЗЛОВ УНИФИЦИРОВАННЫХ МОДУЛЕЙ ПРИБОРОВ БОРТОВОГО КОМПЛЕКСА УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПОЛУЗАКАЗНЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ НА ОСНОВЕ БАЗОВЫХ МАТРИЧНЫХ КРИСТАЛЛОВ

Е. С. Долганов1 , Д. С. Казайкин1, В. В. Полещук1, В. Б. Радченко2, И. В. Рогатко2, С. В. Фатеев2

1 АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52 *E-mail: [email protected]

2Новосибирский государственный технический университет Российская Федерация, 630073, г. Новосибирск, просп. К. Маркса, 20. E-mail: [email protected]

Рассмотрено применение полузаказных интегральных микросхем (ИС) на основе базовых матричных кристаллов (БМК), как альтернативный вариант замещения импортных программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) в унифицированных модулях приборов бортового комплекса управления (БКУ) космических