تطبيق مكثفات فائقة السعة. المكثفات الفائقة بدلاً من البطاريات: الجهاز، مقارنة الخصائص، مزايا الاستخدام، المراجعات

16.03.2019

استخدم الناس لأول مرة المكثفات لتخزين الكهرباء. وبعد ذلك، عندما تجاوزت الهندسة الكهربائية التجارب المعملية، تم اختراع البطاريات، التي أصبحت الوسيلة الرئيسية للتخزين طاقة كهربائية. ولكن في بداية القرن الحادي والعشرين، يقترح مرة أخرى استخدام المكثفات لتشغيل المعدات الكهربائية. ما مدى إمكانية ذلك وهل ستصبح البطاريات في النهاية شيئًا من الماضي؟

يرجع سبب استبدال المكثفات بالبطاريات إلى كميات الكهرباء الأكبر التي يمكنها تخزينها. سبب آخر هو أنه أثناء التفريغ، يتغير الجهد عند خرج البطارية بشكل طفيف جدًا، بحيث لا يكون مثبت الجهد مطلوبًا أو يمكن أن يكون ذو تصميم بسيط للغاية.

الفرق الرئيسي بين المكثفات والبطاريات هو أن المكثفات تقوم بتخزين الشحنة الكهربائية مباشرة، بينما تقوم البطاريات بتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية، وتخزينها، ثم تحويل الطاقة الكيميائية مرة أخرى إلى طاقة كهربائية.

أثناء تحولات الطاقة، يتم فقدان جزء منها. لذلك، حتى أفضل البطارياتالكفاءة لا تزيد عن 90%، بينما بالنسبة للمكثفات يمكن أن تصل إلى 99%. تعتمد شدة التفاعلات الكيميائية على درجة الحرارة، لذلك يكون أداء البطاريات في الظروف الباردة أسوأ بشكل ملحوظ منه في الطقس البارد. درجة حرارة الغرفة. بجانب، التفاعلات الكيميائيةفي البطاريات ليست قابلة للعكس تماما. ومن هنا العدد الصغير من دورات تفريغ الشحن (في حدود الآلاف، غالبًا ما يكون عمر البطارية حوالي 1000 دورة تفريغ شحن)، بالإضافة إلى "تأثير الذاكرة". أذكر أن "تأثير الذاكرة" هو أن البطارية يجب أن يتم تفريغها دائما إلى كمية معينة من الطاقة المتراكمة، ثم ستكون قدرتها القصوى. إذا بقي المزيد من الطاقة فيه بعد التفريغ، فستنخفض سعة البطارية تدريجيًا. "تأثير الذاكرة" هو سمة من سمات جميع أنواع البطاريات المنتجة تجاريًا تقريبًا، باستثناء البطاريات الحمضية (بما في ذلك أصنافها - الجل وAGM). على الرغم من أنه من المقبول عمومًا أن الليثيوم أيون و بطاريات ليثيوم بوليمرإنه ليس نموذجيًا، في الواقع، لديهم أيضًا، فهو يتجلى بدرجة أقل من الأنواع الأخرى. أما البطاريات الحمضية فإنها تظهر تأثير كبريت الصفائح مما يسبب ضررا لا يمكن إصلاحه بمصدر الطاقة. أحد الأسباب هو بقاء البطارية في حالة شحن أقل من 50% لفترة طويلة.

وفيما يتعلق بالطاقة البديلة، فإن "تأثير الذاكرة" وكبريت الصفائح يمثلان مشاكل خطيرة. والحقيقة هي أن إمدادات الطاقة من مصادر مثل الألواح الشمسيةومن الصعب التنبؤ بتوربينات الرياح. ونتيجة لذلك، يتم شحن البطاريات وتفريغها بطريقة فوضوية، وفي وضع غير مثالي.

بالنسبة لإيقاع الحياة الحديث، فمن غير المقبول على الإطلاق أن يتم شحن البطاريات لعدة ساعات. على سبيل المثال، كيف تتخيل القيادة لمسافة طويلة في سيارة كهربائية إذا كانت البطارية الفارغة ستؤخرك لعدة ساعات عند نقطة الشحن؟ سرعة شحن البطارية محدودة بسرعة العمليات الكيميائية التي تحدث فيها. يمكنك تقليل وقت الشحن إلى ساعة واحدة، ولكن ليس إلى بضع دقائق. وفي الوقت نفسه، يقتصر معدل شحن المكثف فقط على الحد الأقصى للتيار الذي يوفره الشاحن.

عيوب البطارية المدرجة الاستخدام الموضعيالمكثفات بدلا من ذلك.

باستخدام طبقة كهربائية مزدوجة

لعقود عديدة أكثر سعة كبيرةتمتلك المكثفات كهربائيا. فيها، كانت إحدى الصفائح عبارة عن رقائق معدنية، والأخرى عبارة عن إلكتروليت، وكان العزل بين الصفائح عبارة عن أكسيد معدني، والذي يغطي الرقاقة. ش المكثفات كهربائيايمكن أن تصل السعة إلى أجزاء من المئات من الفاراد، وهو ما لا يكفي لاستبدال البطارية بالكامل.

يمكن الحصول على سعة كبيرة، تقاس بآلاف الفاراد، بواسطة المكثفات المعتمدة على ما يسمى بالطبقة الكهربائية المزدوجة. مبدأ عملها على النحو التالي. تظهر طبقة كهربائية مزدوجة تحت ظروف معينة عند التقاء المواد في الطور الصلب والسائل. وتتكون طبقتان من الأيونات بشحنات ذات إشارات متعاكسة، ولكن بنفس الحجم. إذا قمنا بتبسيط الوضع كثيرًا، فسيتم تشكيل مكثف، تكون "ألواحه" عبارة عن طبقات الأيونات المحددة، والمسافة بينها تساوي عدة ذرات.

المكثفات على أساس هذا التأثير، تسمى أحيانًا الأيونات. في الواقع، لا يشير هذا المصطلح فقط إلى المكثفات التي يتم تخزين الشحنة الكهربائية فيها، ولكن أيضًا إلى أجهزة أخرى لتخزين الكهرباء - مع تحويل جزئي للطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية إلى جانب التخزين الشحنة الكهربائية(الأيونستور الهجين)، وكذلك للبطاريات القائمة على طبقة كهربائية مزدوجة (ما يسمى بالمكثفات الكاذبة). ولذلك، فإن مصطلح "المكثفات الفائقة" هو أكثر ملاءمة. في بعض الأحيان يتم استخدام المصطلح المطابق "المكثف الفائق" بدلاً من ذلك.

التنفيذ الفني

يتكون المكثف الفائق من لوحين من الكربون المنشط مملوءين بالكهرباء. يوجد بينهما غشاء يسمح للمحلول بالكهرباء بالمرور ولكنه يمنع ذلك الحركة الجسديةجزيئات الكربون المنشط بين الصفائح.

تجدر الإشارة إلى أن المكثفات الفائقة نفسها ليس لها قطبية. في هذا، فهي تختلف بشكل أساسي عن المكثفات الإلكتروليتية، والتي، كقاعدة عامة، تتميز بالقطبية، وعدم الامتثال لها يؤدي إلى فشل المكثف. ومع ذلك، يتم تطبيق القطبية أيضًا على المكثفات الفائقة. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن المكثفات الفائقة تترك خط تجميع المصنع مشحونًا بالفعل، وتشير العلامة إلى قطبية هذه الشحنة.

معلمات المكثفات الفائقة

السعة القصوىالمكثف الفائق الفردي، الذي تم تحقيقه في وقت كتابة هذا التقرير، هو 12000 فهرنهايت. بالنسبة للمكثفات الفائقة المنتجة بكميات كبيرة، لا يتجاوز 3000 فهرنهايت. الحد الأقصى للجهد المسموح به بين اللوحات لا يتجاوز 10 فولت. بالنسبة للمكثفات الفائقة المنتجة تجاريًا، هذا الرقم، ك القاعدة تقع في نطاق 2.3 - 2.7 فولت. منخفض جهد التشغيليتطلب استخدام محول الجهد مع وظيفة استقرار. والحقيقة هي أنه أثناء التفريغ، يتغير الجهد الموجود على لوحات المكثف على نطاق واسع. بناء محول الجهد لتوصيل الحمل و شاحنهي مهمة غير تافهة. لنفترض أنك بحاجة إلى تشغيل حمل بقوة 60 واط.

لتبسيط النظر في هذه المشكلة، سنهمل الخسائر في محول الجهد والمثبت. في حال كنت تعمل مع بطارية عاديةبجهد 12 فولت، يجب أن تتحمل إلكترونيات التحكم تيارًا قدره 5 أ. هذه الأجهزة الإلكترونية منتشرة على نطاق واسع وغير مكلفة. لكن موقفًا مختلفًا تمامًا ينشأ عند استخدام مكثف فائق يبلغ جهده 2.5 فولت. ثم يتدفق التيار عبره مكونات الكترونيةالمحول، يمكن أن يصل إلى 24 أمبير، الأمر الذي يتطلب أساليب جديدة للدوائر والحديثة قاعدة العنصر. إن الصعوبة في بناء محول ومثبت بالتحديد هي التي يمكن أن تفسر حقيقة أن المكثفات الفائقة، إنتاج متسلسلالتي بدأت في السبعينيات من القرن العشرين، بدأت الآن فقط في استخدامها على نطاق واسع في مجموعة متنوعة من المجالات.

يمكن توصيل المكثفات الفائقة بالبطاريات باستخدام السلسلة أو اتصال موازية. في الحالة الأولى، يزيد الحد الأقصى للجهد المسموح به. في الحالة الثانية - القدرة. تعد زيادة الحد الأقصى للجهد المسموح به بهذه الطريقة إحدى طرق حل المشكلة، ولكن سيتعين عليك دفع ثمنها عن طريق تقليل السعة.

تعتمد أبعاد المكثفات الفائقة بطبيعة الحال على قدرتها. المكثف الفائق النموذجي بسعة 3000 فهرنهايت هو عبارة عن أسطوانة يبلغ قطرها حوالي 5 سم وطولها 14 سم وسعة 10 فهرنهايت، ويكون للمكثف الفائق أبعاد مماثلة لظفر الإنسان.

يمكن للمكثفات الفائقة الجيدة أن تتحمل مئات الآلاف من دورات الشحن والتفريغ، وتتجاوز البطاريات بحوالي 100 مرة في هذه المعلمة. ولكن، مثل المكثفات الإلكتروليتية، تواجه المكثفات الفائقة مشكلة الشيخوخة بسبب التسرب التدريجي للإلكتروليت. في الوقت الراهن إحصائيات كاملةلم يكن هناك تراكم لفشل المكثفات الفائقة لهذا السبب، ولكن وفقًا للبيانات غير المباشرة، يمكن تقدير عمر خدمة المكثفات الفائقة بحوالي 15 عامًا.

الطاقة المتراكمة

كمية الطاقة المخزنة في المكثف، معبر عنها بالجول:

حيث C هي السعة، معبرًا عنها بالفاراد، وU هو الجهد الكهربي على الألواح، معبرًا عنه بالفولت.

كمية الطاقة المخزنة في المكثف، معبرا عنها بالكيلوواط ساعة، هي:

وبالتالي، فإن المكثف بسعة 3000 فهرنهايت مع الجهد بين اللوحات 2.5 فولت قادر على تخزين 0.0026 كيلووات في الساعة فقط. كيف يمكن مقارنة ذلك ببطارية الليثيوم أيون على سبيل المثال؟ إذا قبلت ذلك الجهد الناتجمستقلة عن درجة التفريغ وتساوي 3.6 فولت، فسيتم تخزين كمية الطاقة 0.0026 كيلووات ساعة في بطارية ليثيوم أيونالقدرة 0.72 آه. للأسف، نتيجة متواضعة جدا.

تطبيق المكثفات الفائقة

أنظمة الإضاءة في حالات الطوارئ هي التي يُحدث فيها استخدام المكثفات الفائقة بدلاً من البطاريات فرقًا حقيقيًا. في الواقع، هذا التطبيق هو الذي يتميز بالتفريغ غير المتكافئ. بالإضافة إلى ذلك، من المستحسن أن يتم شحن مصباح الطوارئ بسرعة، وأن تكون البطارية المستخدمة فيه مصدر النسخ الاحتياطيوكان مصدر الطاقة موثوقية أكبر. مصدر الطاقة الاحتياطيةعلى أساس مكثف فائق يمكن دمجها مباشرة في مصباح LED T8. يتم إنتاج هذه المصابيح بالفعل من قبل عدد من الشركات الصينية.

كما ذكرنا سابقًا، فإن تطوير المكثفات الفائقة يرجع إلى حد كبير إلى الاهتمام بها مصادر بديلةطاقة. لكن الاستخدام العمليمحدودة في الوقت الراهن المصابيح التي تقودهاتلقي الطاقة من الشمس.

يتطور استخدام المكثفات الفائقة لبدء تشغيل المعدات الكهربائية بشكل نشط.

يمكن أن تعطي المكثفات الفائقة عدد كبير منالطاقة في فترة قصيرة من الزمن. من خلال تشغيل المعدات الكهربائية عند بدء التشغيل من مكثف فائق، يمكن تقليل الأحمال القصوى على الشبكة الكهربائية، وفي النهاية، يمكن تقليل هامش التدفق الحالي، مما يحقق وفورات هائلة في التكاليف.

ومن خلال دمج العديد من المكثفات الفائقة في بطارية، يمكننا تحقيق قدرة مماثلة للبطاريات المستخدمة في السيارات الكهربائية. ولكن هذه البطارية سوف تزن عدة مرات المزيد من البطاريةلأي غرض عربةغير مقبول. يمكن حل المشكلة عن طريق استخدام المكثفات الفائقة القائمة على الجرافين، لكنها موجودة حاليًا فقط النماذج الأولية. ومع ذلك، فإن نسخة واعدة من يو موبايل الشهير، التي تعمل بالكهرباء فقط، ستستخدم الجيل الجديد من المكثفات الفائقة، التي يقوم العلماء الروس بتطويرها، كمصدر للطاقة.

ستوفر المكثفات الفائقة أيضًا فوائد عند استبدال البطاريات السيارات العادية، التي تعمل بالبنزين أو وقود الديزل - أصبح استخدامها في مثل هذه المركبات حقيقة واقعة بالفعل.

وفي غضون ذلك، يمكن اعتبار حافلات ترولي باص الجديدة هي الأكثر نجاحًا بين المشاريع المنفذة لإدخال المكثفات الفائقة الإنتاج الروسيالذي خرج مؤخرًا إلى شوارع موسكو. عندما ينقطع إمداد الجهد الكهربي عن شبكة الاتصال أو عندما "تطير" المجمعات الحالية، يمكن لحافلة الترولي باص أن تسافر بسرعة منخفضة (حوالي 15 كم/ساعة) لعدة مئات من الأمتار إلى مكان لن تتداخل فيه مع حركة المرور على الطريق. مصدر الطاقة لمثل هذه المناورات هو بطارية من المكثفات الفائقة.

بشكل عام، في الوقت الحالي، لا يمكن للمكثفات الفائقة أن تحل محل البطاريات إلا في "منافذ" معينة. لكن التكنولوجيا تتطور بسرعة، مما يسمح لنا أن نتوقع أن نطاق تطبيق المكثفات الفائقة سوف يتوسع بشكل كبير في المستقبل القريب.

أليكسي فاسيليف

أصبح الأيونات بشكل متزايد أحد العناصر الرئيسية للأنظمة الإلكترونية للسيارات. يعمل المكثف الفائق للسيارة على حل مشكلة تشغيل المحرك، وبالتالي تقليل الحمل على البطارية. بالإضافة إلى ذلك، من خلال تحسين مخططات الأسلاك، يتم تقليل وزن السيارة.
تستخدم مؤينات السيارات على نطاق واسع في صناعة السيارات الهجينة. يعتمد تشغيل المولد الخاص بها على محرك الاحتراق الداخلي، ويتم تشغيل الآلة بواسطة محركات كهربائية. يعد الأيونستور للسيارة في مثل هذه الدائرة مصدرًا للطاقة المستلمة بسرعة عند البدء في التحرك والتسارع. أثناء الكبح، يتم إعادة شحن جهاز التخزين.
حاليًا، يتم استخدام المكثف الفائق جزئيًا فقط بدلاً من البطارية. ومع ذلك، في المستقبل القريب استبدال كاملسوف تصبح بالتأكيد حقيقية، لأن العلماء يعملون بنشاط على تطوير مثل هذه التقنيات.

متى تكون هناك حاجة إلى الأيونستور لبدء تشغيل المحرك؟
يلزم وجود مكثف فائق للسيارة في الحالات التي يكون فيها خطر عدم قدرة البطارية القياسية على التعامل مع مهمة تشغيل محرك الاحتراق الداخلي. على سبيل المثال، يساعد الأيونستور للسيارة في الحالات التالية:
- تفتقر البطارية إلى الشحن بشكل مزمن أثناء الرحلات المتكررة لمسافات قصيرة؛
- طاقة البطارية غير كافية لتشغيل المحرك. غالبا ما تنشأ هذه المشكلة في فصل الشتاء؛
- من الضروري تقليل الأحمال القصوى على البطارية لإطالة عمرها.
حتى عندما تكون البطارية معطلة تمامًا، يستخدم البعض مكثفًا فائقًا بدلاً من البطارية. فهو يحل مشكلة بدء تشغيل المحرك، وبعد ذلك شبكة على متن الطائرةيتم تشغيله بشكل رئيسي بواسطة مولد. ومع ذلك، يوصى باستخدام مكثف فائق بدلاً من البطارية فقط في وضع الطوارئ حتى يصبح من الممكن تركيب بطارية جديدة.
في الوضع الطبيعي، يتم استخدام الأيونيستور لبدء تشغيل المحرك بالتنسيق التالي. يتم توصيله بالتوازي بطاريةوفي لحظة بدء التشغيل، فإنه يتحمل العبء الرئيسي. يمكن للمبتدئين المتوقفين أن يسحبوا تيارًا عاليًا جدًا (مئات الأمبيرات). إن تيار البدء الأولي هذا للبادئ الثابت والعمود المرفقي هو الذي سيتم توليده للسيارة. عندما يتم توفير الحمل الرئيسي، سيعمل الأيوني مع البطارية على تشغيل المحرك في وضع أكثر استرخاءً.
لا يعمل مؤينات السيارة على إطالة عمر البطارية فحسب، بل يكون لها أيضًا تأثير إيجابي على تشغيل الأجهزة الإلكترونية الموجودة على متن الطائرة. عند استخدام المكثفات الفائقة للسيارات، يتم تقليل انخفاض الجهد عند بدء التشغيل، لذلك تعمل جميع المكونات الإلكترونية في وضع أكثر استقرارًا. لنفس السبب، يتحسن أداء نظام الإشعال.
عند القيادة، يعمل الجمع بين البطارية والمكثف الفائق للسيارة على تخفيف قطرات الجهد التي تحدث في الشبكة الموجودة على متن السيارة. تنشأ بسبب الطريقة التي تتصرف بها المعدات الكهربائية المختلفة تحت أحمال مختلفة وسرعات المحرك. يقلل وجود الأيونستور في الدائرة التأثير السلبيمثل هذه القفزات. يمكنك معرفة المزيد حول إمكانية استخدام الأيونستور بدلاً من البطارية، وكذلك بالتوازي معه، من مستشارينا.

يمكن تسمية المكثفات الفائقة بالتطور الأكثر سطوعًا السنوات الأخيرة. بالمقارنة مع المكثفات التقليدية، التي لها نفس الأبعاد، فإنها تختلف في السعة بمقدار ثلاثة أوامر من حيث الحجم. لهذا، تلقت المكثفات البادئة الخاصة بهم - "سوبر". في فترة قصيرة من الزمن يمكنهم العطاء كمية كبيرةطاقة.

يتم إنتاجها نروىنروالأشكال:من الأجهزة الصغيرة جدًا، والتي يتم تركيبها على سطح الأجهزة، والتي لا يزيد حجمها عن حجم العملة المعدنية، إلى الأجهزة الأسطوانية والمنشورية الكبيرة جدًا. والغرض الرئيسي منها هو تكرار المصدر الرئيسي (البطارية) في حالة انخفاض الجهد.

الإلكترونية الحديثة كثيفة الاستهلاك للطاقة و الأنظمة الكهربائيةيتم وضع متطلبات عالية على إمدادات الطاقة. المعدات الظاهرة (من الكاميرات الرقميةإلى الإلكترونية أجهزة محمولةوناقلات السيارات الكهربائية) تحتاج إلى تجميع وتزويد الطاقة اللازمة.

يتم حل هذه المشكلة المطورين الحديثينبطريقتين:

استخدام بطارية قادرة على توصيل نبض تيار عالي
من خلال توصيل البطارية بالتوازي كتأمين للمكثفات الفائقة، أي. الحل "الهجين".

وفي الحالة الأخيرة، يعمل المكثف الفائق كمصدر للطاقة عندما ينخفض جهد البطارية. هذا يرجع إلى حقيقة وجود البطاريات كثافة عاليةالطاقة وكثافة الطاقة المنخفضة، في حين أن المكثفات الفائقة، على العكس من ذلك، تتميز بكثافة طاقة منخفضة، ولكن كثافة طاقة عالية، أي. أنها توفر تيار التفريغ للحمل. من خلال توصيل مكثف فائق بالتوازي مع البطارية، يمكنك استخدامه بشكل أكثر كفاءة، وبالتالي إطالة عمر الخدمة.

أين يتم استخدام المكثفات الفائقة؟

فيديو: اختبار مكثف فائق 116.6F 15V (6*700F 2.5V)، بدلاً من بطارية البداية في السيارة

في السيارات الأنظمة الإلكترونيةيتم استخدامها لبدء المحركات، وبالتالي تقليل الحمل على البطارية. كما أنها تجعل من الممكن تقليل الوزن عن طريق تقليل مخططات الأسلاك. وهي تستخدم على نطاق واسع في السيارات الهجينة، حيث يتم التحكم في المولد عن طريق محرك الاحتراق الداخلي، ويقوم محرك كهربائي (أو محركات) بقيادة السيارة، أي. يتم استخدام المكثف الفائق (ذاكرة التخزين المؤقت للطاقة) كمصدر تيار أثناء التسارع والحركة، ويتم "إعادة شحنه" أثناء الكبح. استخدامها واعد ليس فقط في سيارات الركاب، ولكن أيضًا في النقل الحضري منذ ذلك الحين النوع الجديديمكن للمكثفات أن تقلل من استهلاك الوقود بنسبة 50% وتقلل من انبعاث الغازات الضارة إلى البيئة بنسبة 90%.

لا يمكنني استبدال بطارية المكثف الفائق بالكامل حتى الآن، لكنها مسألة وقت فقط. إن استخدام مكثف فائق بدلاً من البطارية ليس أمرًا رائعًا على الإطلاق. إذا اتبع العلماء - علماء تكنولوجيا النانو من جامعة QUT الطريق الصحيحثم في المستقبل القريب سوف يصبح هذا حقيقة. يمكن أن تعمل ألواح الجسم التي تحتوي على مكثفات فائقة بداخلها كبطاريات. أحدث جيل. تمكن موظفو هذه الجامعة من الجمع بين مزايا بطاريات الليثيوم أيون والمكثفات الفائقة في جهاز جديد. يتكون المكثف الفائق الجديد الرفيع والخفيف والقوي من أقطاب الكربون مع المنحل بالكهرباء الموجود بينهما. المنتج الجديد، وفقا للعلماء، يمكن تركيبه في أي مكان في الجسم.

بفضل عزم الدوران العالي (عزم الدوران البداية)، يمكن تحسين خصائص البداية عندما درجات الحرارة المنخفضةوتوسيع قدرات نظام إمداد الطاقة، يمكنهم القيام بذلك الآن. يتم تفسير مدى فائدة استخدامها في نظام الطاقة من خلال حقيقة أن وقت الشحن / التفريغ يتراوح من 5 إلى 60 ثانية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدامها في نظام توزيع بعض أجهزة الماكينة: الملفات اللولبية، وأنظمة ضبط قفل الباب، ومواضع زجاج النوافذ.

مكثف فائق DIY

يمكنك صنع مكثف فائق بيديك. نظرًا لأن تصميمه يتكون من إلكتروليت وأقطاب كهربائية، فيجب عليك تحديد المادة المناسبة لهم. يعتبر النحاس أو الفولاذ المقاوم للصدأ أو النحاس الأصفر مناسبًا تمامًا للأقطاب الكهربائية. يمكنك أن تأخذ، على سبيل المثال، العملات المعدنية القديمة ذات الخمسة كوبيك. ستحتاج أيضًا إلى مسحوق الكربون (يمكنك شراء الكربون المنشط من الصيدلية وطحنه). الماء العادي سيكون بمثابة المنحل بالكهرباء، حيث تحتاج إلى إذابة ملح الطعام (100:25). يتم خلط المحلول مع مسحوق الفحم للحصول على قوام معجون. الآن يجب أن يتم تطبيقه بطبقة من عدة ملليمترات على كلا القطبين الكهربائيين.

كل ما تبقى هو اختيار حشية تفصل بين الأقطاب الكهربائية، والتي من خلالها سوف يمر المنحل بالكهرباء بحرية، ولكن سيتم الاحتفاظ بمسحوق الكربون. الألياف الزجاجية أو المطاط الرغوي مناسبة لهذه الأغراض.

الأقطاب الكهربائية - 1.5؛ طلاء الكربون بالكهرباء – 2.4 ؛ طوقا – 3.

يمكنك استخدام صندوق بلاستيكي كغلاف، بعد حفر ثقوب فيه مسبقًا للأسلاك الملحومة بالأقطاب الكهربائية. وبعد توصيل الأسلاك بالبطارية، ننتظر حتى يتم شحن تصميم "أيونيكس"، وقد سمي بهذا الاسم لأن تركيزات مختلفة من الأيونات يجب أن تتشكل على الأقطاب الكهربائية. من الأسهل التحقق من الشحن باستخدام الفولتميتر.

هناك طرق أخرى. على سبيل المثال، استخدام ورق القصدير (رقائق القصدير - غلاف الشوكولاتة)، وقطع من القصدير والورق المشمع، والتي يمكنك صنعها بنفسك عن طريق قطع وغمر شرائح من المناديل الورقية في البارافين المذاب، ولكن ليس المغلي، لبضع دقائق. يجب أن يكون عرض الشرائط خمسين ملم وطولها من مائتين إلى ثلاثمائة ملم. بعد إزالة الشرائط من البارافين، تحتاج إلى كشط البارافين بالجانب الحاد من السكين.

يتم طي الورق المنقوع بالبرافين على شكل أكورديون (كما في الصورة). على كلا الجانبين، يتم إدخال صفائح ستانيول في الفجوات، والتي تتوافق مع حجم 45x30 ملم. بعد تحضير قطعة العمل بهذه الطريقة، يتم طيها ثم تسويتها بمكواة دافئة. نهايات الستانيول المتبقية متصلة ببعضها البعض من الخارج. للقيام بذلك، يمكنك استخدام ألواح من الورق المقوى وألواح نحاسية مع مقاطع من الصفيح، والتي يتم لحام الموصلات بها لاحقًا بحيث يمكن لحام المكثف أثناء التثبيت.

تعتمد سعة المكثف على عدد أوراق الستانيول. ويساوي، على سبيل المثال، ألف بيكوفاراد عند استخدام عشرة من هذه الأوراق، وألفين إذا تضاعف عددها. هذه التكنولوجيا مناسبة لتصنيع المكثفات بسعة تصل إلى خمسة آلاف بيكوفاراد.

إذا كانت هناك حاجة إلى سعة كبيرة، فأنت بحاجة إلى مكثف ورق ميكروفاراد قديم، وهو عبارة عن لفافة من الشريط تتكون من شرائح من الورق المشمع، يتم وضع شريط من رقائق ستانيول بينها.

لتحديد طول الشرائط، استخدم الصيغة:

l = 0.014 C/a، حيث تكون سعة المكثف المطلوب بالـ pF هي C؛ عرض الخطوط بالسم - أ: الطول بالسم - 1.

بعد فك الشرائط بالطول المطلوب من المكثف القديم، قم بقطع رقائق بقطر 10 مم من جميع الجوانب لمنع ألواح المكثف من الاتصال ببعضها البعض.

يجب لف الشريط مرة أخرى، ولكن أولاً عن طريق لحام الأسلاك المجدولة بكل شريط من الرقائق. يتم لصق الهيكل في الأعلى ورق سميك، وعلى حواف الورقة البارزة، يتم إغلاق سلكين متصاعدين (صلبين)، يتم لحامهما بهما داخلالأكمام الورقية تؤدي من المكثف (انظر الصورة). اخر خطوة– ملء الهيكل بالبرافين.

مزايا المكثفات الكربونية الفائقة

وبما أنه لا يمكن تجاهل مسيرة السيارات الكهربائية عبر الكوكب اليوم، فإن العلماء يعملون على القضية المتعلقة بها أسرع شحن. تظهر العديد من الأفكار، لكن القليل منها فقط يتم تطبيقه. ففي الصين، على سبيل المثال، تم إطلاق طريق نقل حضري غير عادي في مدينة نينغبو. يتم تشغيل الحافلة التي تعمل عليها بواسطة محرك كهربائي، ولكن يستغرق شحنها عشر ثوانٍ فقط. عليه، يقطع مسافة خمسة كيلومترات، ومرة أخرى، أثناء نزول/اصطحاب الركاب، يتمكن من إعادة شحن طاقته.

أصبح هذا ممكنا بفضل استخدام نوع جديد من المكثفات - الكربون.

المكثفات الكربونيةيمكنهم تحمل حوالي مليون دورة إعادة شحن والعمل بشكل مثالي في درجات حرارة تتراوح من سالب أربعين إلى زائد خمسة وستين درجة. يعيدون ما يصل إلى 80٪ من الطاقة من خلال التعافي.

فتحوا عهد جديدفي إدارة الطاقة، مما يقلل وقت التفريغ والشحن إلى نانو ثانية، مما يقلل من وزن السيارة. ويمكننا أن نضيف إلى هذه المزايا تكلفة منخفضةنظرًا لأن الإنتاج لا يستخدم معادن أرضية نادرة وهو صديق للبيئة.

ضمن أحدث الأخبارالعلم والتكنولوجيا، من الضروري ملاحظة ظهور نوع جديد من المكثفات - الأيونستور، والذي يسمى أيضًا المكثف الفائق. ما هو نوع هذا الوحش وهل يمكن استخدامه في جهاز DVR للسيارة وغيره؟ الأجهزة الإلكترونيةكمصدر طاقة احتياطية؟

نعلم من دورة الفيزياء المدرسية أن المكثف يمكنه تخزين الطاقة عن طريق تجميع شحنة كهربائية. لكن حجم هذه الشحنة صغير جدًا، لذا فهي تكفي فقط لإشعال شرارة جيدة دائرة مقصورة. يستخدم تلاميذ المدارس أيضًا المكثفات الورقية المعدنية التيار المتناوبعند 400...1000 فولت من أجل ضرب بعضها البعض بالتيار الكهربائي، بعد أن تم شحنها مسبقًا بمنفذ 220 فولت، لكن المكثفات تستخدم بشكل أساسي كمكونات راديوية في الأجهزة الإلكترونية.

ولكن في نهاية القرن الماضي، تم اختراعه في مختبرات سرية نوع جديدمكثف يستخدم المنحل بالكهرباء والمواد الكيميائية الصعبة الأخرى بدلاً من الشريط المعدني. بفضل هذا التصميم، يتمتع نوع جديد من المكثفات ذات الأبعاد الصغيرة بسعة هائلة، والتي يمكن استخدامها بالفعل لتجميع شحنة كافية للتشغيل على المدى القصير الأجهزة الإلكترونيةمع انخفاض الاستهلاك الحالي. يطلق عليه اسم الأيونستور لأنه يعمل من خلال نقل الأيونات في بيئة كيميائية بين الأقطاب الكهربائية.

في الوقت الحاضر، يتم استخدام الأيونات كمصدر طاقة احتياطي. على سبيل المثال، على Aliexpress مقابل 5...10 دولارات، يمكنك شراء مؤين بقدرة 5 فولت، والذي يتلقى شحن كاملفي 10...100 ثانية فقط. ومع ذلك، فإنه يمكن تشغيل المتوسط مصباح يدوي بقيادة الولايات المتحدةلمدة 20...30 دقيقة.

مراجعة الأيونستور الصيني

الآن دعونا نرى ما إذا كان يمكن للمكثف الفائق استبدال البطارية في مسجل الفيديو الرقمي للسيارة؟ لا توجد مكونات في المنطقة تستهلك تياراً عالياً - الماكينات والمحركات الكهربائية ومصابيح الإضاءة القوية. ولذلك، فإن الاستهلاك الحالي صغير جدًا - 50...100 مللي أمبير. سيتمكن الأيونستور الرديء المتوسط من ضمان تشغيل مسجل الفيديو الرقمي لمدة 3...10 دقائق. وهذا أكثر من كافٍ لإنهاء الفيديو وإكمال العمل بشكل صحيح.

لذا، إذا كنت تتردد في شراء مسجل فيديو رقمي (DVR) مزود بمكثف فائق بدلاً من بطارية مدمجة، فإن كل شكوكك تذهب سدى. هذا الجهاز سوف يفعل كل شيء الوظائف الضروريةفي سيارتك، حتى لو تم إيقاف تشغيل الشبكة الموجودة على متن السيارة في حالة وقوع حادث. ومع ذلك، لا يمكن استخدام مسجل من هذا النوع ككاميرا فيديو محمولة عادية خارج السيارة - ستحتاج إلى تصوير فيديو في الشوارع مصدر خارجيتَغذِيَة.

أحضر أحد أقاربي، وهو سائق شاحنة، جهاز تسجيل فيديو طلبته له منذ عامين. لم يتم تشغيل مسجل الفيديو الرقمي، لذلك قررت أن أحاول إصلاحه. استغرق الأمر مني حوالي 10 ساعات للقيام بذلك، لكن النتيجة كانت على مستوى التوقعات، مما دفعني إلى كتابة مراجعة، بالإضافة إلى أن العمل اليدوي على المسك يحظى بتقدير كبير هذه الأيام. ستحتوي المراجعة على يدين ملتويتين، والزراعة الجماعية البرية، والكثير من ضبط سكوتش، والدخان السحري وغيرها من الإخفاقات الملحمية. إذا كنت من محبي الكمال أو مجرد جمالي، فمن الأفضل لك، لتجنب الصدمات النفسية، أن تمر، وأطلب من البقية أن يروا ما حدث (كن حذرا، حركة المرور - الكثير من الصور) .

لذا، سلمني أحد أقاربي جهاز تسجيل فيديو لا يعمل، قائلًا إن الموصل كان مفككًا. المُسجل ليس سيئًا، في رأيي هو NTK96650 + AR0330، لذا فمن المنطقي إصلاحه. بعد الفحص، رأيت أن أحد أقدام ضاغط USB الصغيرة كانت معطلة ولم تسمح بإدخال القابس بالكامل في الموصل. لقد قمت بتفكيك المُسجل، وفككت الموصل (الذي بدا متهالكًا جدًا)، وقمت بتقويم علامة التبويب، ولحامها مرة أخرى. عندما تم توصيل قابس الطاقة، ظهر مؤشر الشحن، وتم تشغيل المسجل، ولكن بعد 5 ثوانٍ، بدأت الشاشة في التعتيم والوميض وإيقاف تشغيل المسجل. أخرجته وألصقته مرة أخرى - نفس الشيء. أنا لست جيدًا على الإطلاق في هندسة الراديو وتصميم الدوائر والإلكترونيات، لكن فكرة أن المشكلة كانت في مصدر الطاقة كانت صحيحة. قررت لحام الأسلاك مباشرة بجهات اتصال موصل MiniUSB وتزويدها بالطاقة (تجاوز الموصل)، لكن كل شيء ظل كما هو. لقد قمت بفك بطارية التنسيق 032035 (عادةً ما تكون سعة هذه البطاريات 150-160 مللي أمبير في الساعة) واختبرتها على iMax B6. لقد قمت بشحنه بتيار 0.2 أمبير، وقمت بتفريغه بتيار 0.3 أمبير وأخرجت البطارية 20 مللي أمبير بتيار 0.1 أمبير، وأعطت أكثر من ذلك بقليل. لقد قمت بفكها ورميتها بعيدًا على الفور. لقد قمت بتطبيق 4.2 فولت على الإدخال من البطارية، وقمت بتشغيل المسجل باستخدام الزر و- يوريكا! لقد حصل عليه! الاستهلاك الحالي 0.5-0.6A! في هذا التيار، أعطت البطارية أكبر قدر من السحب وعملت لمدة ثوانٍ حرفيًا. ويبدو أن الرحلات المتكررة إلى الشمال أدت إلى مقتل البطارية وزادت بشكل ملحوظ المقاومة الداخلية.

بدأت أفكر أكثر. بدا لي غريبًا جدًا أن المُسجل لا يريد العمل عند توصيل الطاقة إلى miniUSB. كان التيار 0.04 أمبير، والذي ذهب على الأرجح لشحن البطارية. على ما يبدو، تم فصل هذه الدوائر بطريقة أو بأخرى (بواسطة صمام ثنائي أو محول تنحي إلى 4.2 فولت مع تحديد تيار الإخراج؟)، وتم أخذ الطاقة من لوحة حماية البطارية. ولكن كيف كانت تعمل من قبل عندما كانت تعمل ببطارية بتيار شحن 0.04 أمبير وتيار تفريغ 0.6 أمبير؟ ربما احترق فيه شيء ما، لكن معرفتي ليست كافية للعثور على السبب. لذلك سوف نزيل العواقب. ظهرت مشكلتان:
1. إذا قمت بتزويد الطاقة للمدخل من لوحة الحماية، فيجب تشغيل المسجل باستخدام الزر في كل مرة. هذا يعني أنك بحاجة إلى الجمع بين إدخال miniUSB والإدخال من لوحة الحماية.
2. إذا رفضت مصدر طاقة احتياطية، فعند إيقاف تشغيل الطاقة، لن يتمكن المُسجل من إيقاف التشغيل بشكل صحيح وكتابة الملف على بطاقة الذاكرة. هذا يعني أنك بالتأكيد بحاجة إلى مصدر طاقة احتياطي.

لقد قمت بحل المشكلة الأولى عن طريق توصيل جهات الاتصال الإيجابية لجهاز miniUSB والإدخال من لوحة الحماية من خلال صمام ثنائي ومقاوم 47 أوم. يأخذ الصمام الثنائي 1N4007 عاديًا ، بمدخل 5.2 فولت ، والخرج من لوحة الحماية 4.2 فولت ، وعند إدخال miniUSB من خلال المقاوم يكون أيضًا 4.2 فولت. لقد وضعت المقاوم في الكامبريك حتى لا يؤدي إلى قصور اللوحة.

الآن يبدأ المُسجل في التشغيل من تلقاء نفسه عند توصيل الطاقة.

دعنا ننتقل إلى المشكلة الثانية. إن تثبيت نفس البطارية يعني الانتظار لمدة شهر، وهي غير موثوقة - من غير المعروف ما هو السماد وفي أي قبو صنعه العم لياو، وفي الحرارة، في البرد، من التيارات التي تبلغ 600 مللي أمبير (4 درجات مئوية) ستصبح غير صالحة للاستعمال بسرعة. البطارية الأكبر لن تحل جميع المشاكل... ماذا تفعل؟؟؟ ثم تذكرت اثنين من المكثفات الفائقة MaxFarad 2.5V 90F التي كانت متناثرة مثل الوزن الميت لمدة 3 سنوات.

لم أكن أعرف كيفية التعامل مع المكثفات الفائقة. قمت بضبط مصدر الطاقة على 5 فولت وقررت شحنهم في بداية الشحن، وكان التيار 12 أمبير :))) كنت أعرف بالطبع أن لديهم مقاومة داخلية عالية، لكنني ما زلت لا أتوقع مثل هذا التيار؛ . كيفية شحنهم؟ كان لدي لوحة حماية لبطارية صغيرة مماثلة على شريحة واحدة، حاولت شحن البطاريات من خلالها - لقد دخلت في الحماية. على ما يبدو، فإنه لا يحد من تيار الشحن، ولكنه يمنع فقط تفريغ البطارية أقل من قيمة معينة. ذهبت إلى سلة المهملات وقمت بفك لوحة حماية البطارية من المسجل، تحتوي هذه اللوحة على دائرتين صغيرتين، إحداهما دائرة حماية صغيرة بدون اسم G3JX، والثانية هي مفتاح التشغيل 8205A (20V 5A)، وهو، كما أفهمه، مسؤول عن تنظيم تيار الشحن. مع لوحة الحماية، شعرت المكثفات بالراحة؛ ولم يتجاوز تيار الشحن 3 أمبير عند جهد على المكثفات يبلغ حوالي 0 فولت. هذا التيار لا يدوم طويلا، لذلك لم يكن هناك وقت للتسخين. قمت بقياس سعة المكثفات في حدود 4.2 فولت - 3.0 فولت على iMax B6 - لم تكن بعيدة عن هذه البطارية الميتة، حوالي 30 مللي أمبير، ولكن لم يكن هناك انخفاض في الجهد، وعمل المسجل من المكثفات لمدة 30 ثانية (الحالي 0.6A). كانت هناك فكرة لاستخدام تعزيز إلى 5 فولت لإزالة 3 مرات أكثر من المكثفات، ولكن بعد التفكير، أدركت أن هذا غير ضروري - يتم إيقاف تشغيل المُسجل بعد 15 ثانية من إيقاف تشغيل الطاقة، وبالتالي يتم احتياطي السعة مزدوج.

ثم نشأت مشكلة أخرى. تحتاج إلى إنشاء موصل لتوصيل الطاقة. لم أستخدم MiniUSB الحالي لهذا الغرض، لأنه أولا، إنها دائرة طاقة مختلفة، وثانيا، سوف تفهم لاحقا. كنت أرغب في تثبيت معيار 5.5 ملم، لكنه ضخم ولا يمكن ضغطه في العلبة. قررت تثبيت microUSB. كان لدي في مخبأتي لوحة بها موصل microUSB وجهات اتصال مقاس 2.54 مم، والتي اشتريتها لـ Arduino. لقد قمت بحفر فتحة للموصل في الجدار الجانبي للمسجل باستخدام مثقاب مقاس 5 مم

ملحوم الاتصالات

وملأت كل شيء بالمخاط الأسود (الغراء الساخن)

نعم، الثقب كبير جدًا، لكن حسنًا، ما حدث قد حدث :) ما أدهشني هو أن الموصل كان كما كان: من جانب واحد تم الضغط عليه بلوحة، ومن الجانب الآخر بغطاء، لذلك تم الضغط عليه يناسب بإحكام، ولن يكون هناك أي حمل على الغراء عند السحب للداخل والخارج. والأسلاك الملحومة من الأسفل تمنعه من ملامسة العناصر الموجودة على اللوحة.

ولكن هنا كنت سعيدًا مبكرًا - كان الفشل الملحمي الأول ينتظرني. حاولت إغلاق العلبة - كان مكبر الصوت الموجود على الغلاف الأمامي يستقر على لوحة موصل microUSB ولم يسمح بإغلاق العلبة. كان الحل واضحا - لتقصير اللوحة. لقد كنت كسولًا جدًا ولم أتمكن من الوصول إلى جهاز Dremel وقمت بتمزيق جزء من اللوحة بوحشية باستخدام قواطع الأسلاك

مسح مسارين

وملحوم الأسلاك لهم

لمنع الموصل من الاتصال بالعناصر الموجودة على اللوحة، قمت بلصق الشريط عليها

كل شيء سار على ما يرام، والآن لا شيء يتعارض مع الديناميكيات

هل نظرت بعناية إلى الصورة؟ لم أكن حذرًا فاتني الفشل الملحمي المهم رقم 2، والذي اكتشفته أخيرًا قبل التجميع - كان السلك السالب ممتدًا وكاد أن ينقطع عند اللحام ويصعد إلى موصلات الحافلة بيانات يو اس بي. لسوء الحظ، لم يكن لدي أسلاك صغيرة فائقة المرونة في عزل السيليكون (لقد مزقت هذه الأسلاك البيضاء من شرائط LED غير العاملة)، واضطررت إلى استخدام سلك وحشي عادي. استبدل السلك بآخر أطول.

لكن المسجل لا يريد أن يغلق. اضطررت إلى تقصير الكامبريك الذي يعزل لوحة الحماية،

قم بلصقه بشريط لاصق على الكامبريك بمقاوم

وقم بتوجيه سلك المكثفات إلى الأخدود.

الآن تم إغلاق كل شيء، على الرغم من أنه مع التوتر، يمكنك ربطه

تحقق... كل شيء يعمل بشكل صحيح. يتم تشغيل المُسجل وإيقاف تشغيله بعد 15 ثانية عند إيقاف تشغيل الطاقة.

الآن حجة أخرى لصالح موصل microUSB. قررت استخدام الموصل المغناطيسي الذي اشتريته مؤخرًا لجهاز Xiaomi ريدمي نوت 3 برو. لقد أحببته حقًا - فهو لا يبرز، ولا يتعين عليك التفكير في اتجاه الموصل عند الاتصال بالهاتف، فمن السهل إدخاله (لا يتم فك موصل microUSB الموجود في الهاتف)، إذا كان كذلك ينحني السلك بشدة للغاية، ولا يكسر السلك موصل microUSB، وينفصل القابس المغناطيسي بحافة واحدة (لكنه يستمر في الشحن!). الكبل، بالطبع، أسوأ من الأصل: في الأصل، تيار الشحن هو 1.75A، في هذا هو 1.25A، ولكن بالنسبة لي ليس بالغ الأهمية - مزايا هذا الموصل تفوق هذا العيب. الرابط لمنتج مشابه، وقد قام البائع بإزالة السلعة من البيع. بالدموع نقوم بسحب الموصل من الهاتف باستخدام أداة سحب

وأدخله في المسجل

فحص. كل شيء على ما يرام!

الآن مشكلة أخرى هي كيفية وضع البطاريات. الحقيقة هي أنني لا أعرف نوع التركيب الذي يمتلكه قريبي وكيفية وضعه بحيث لا يتداخل مع الحامل. تم تعديل تركيبه أيضًا، لأنه الأصلي مصنوع للزجاج المائل، لكن شاحنته عمودية تقريبًا. ربما لذلك؟

أو هكذا؟

ربما يكون الأمر أفضل على هذا النحو. من المؤكد أنها لن تتداخل مع التركيب، ولن يتم حجب الرؤية (إذا كان المسجل موجودًا في سيارته)

هل لاحظ أحد خطورة هذه الصورة؟ لم ألاحظ ذلك، لذا حركة محرجة واحدة و... فشل ملحمي رقم 3 - سحب من الدخان الناتج عن العزل المحترق، سقط السلك في موقع اللحام:

لذا فإن المكثفات الفائقة ليست لعبة للأطفال :) لقد قمت بفحص المسجل - كل شيء على ما يرام:

قطع طوقا من الورق المقوى

ولصقها على conders مع الشريط

والآن لنأخذ شيئًا أقوى و...

لا ، نحن لا نغسل حرفتنا المؤسفة ، بل نقوم بإزالة الشحوم منها (نحفظ الكحول ، من المفيد ملاحظة ذلك) ، جرب المكثفات

ولصقهم بالشريط

زاد الوزن مرتين تقريبًا (مسجل 57 جرامًا وكوندرز 45 جرامًا):

دعونا نتحقق مرة أخرى، كل شيء يعمل

حسنًا، أضاف ضبط المادة اللاصقة لدينا +10 إلى سرعة التسجيل، و+5 إلى تسريع السيارة، و+15 إلى وحشية المنتج. كل ما تبقى هو شرب "سائل إزالة الشحوم" ولف نفسك بشريط كهربائي أزرق وكتابة مراجعة عن Muska في ذهول مخمور

لكن هناك شيئًا يخبرني أن الكيلومترات من الشريط غير ضرورية هنا. قم بربط شريحتين على الجانبين، وألصق المكثفات بهما

هذا ما حدث. آمل أنه بعد قراءة مراجعتي الثانية، ابتسم شخص ما، أو ألهم شخص ما للقيام بالأعمال اليدوية. سأأخذ إجازتي لهذا، إذا كان أي شخص مهتمًا، سأكتب عن بعض الاختراقات والعيوب الناجحة إلى حدٍ ما، مثل تحويل Shurik إلى الليثيوم أو Arduino أو استبدال المصابيح الأمامية ذات الشعاع المنخفض بمصابيح LED :)

ملاحظة. شكر خاص للرفاق كيريش، كسيمان، يوروك، ضياء، sav13 وبعض الآخرين، الذين مراجعات مفصلةوالتعليقات لا تمنحك مخزونًا كاملاً من المعرفة فحسب، بل تسبب أيضًا حكة في يديك :)

محدث في 01/05/2017. المقاوم الموجود في الدائرة غير ضروري، واضطررت إلى تقصيره، وإلا فلن يتم تشغيل المسجل نفسه في بعض الأحيان. وحتى الآن كل شيء على ما يرام :)

أخطط لشراء +25 اضافة الى المفضلة اعجبني الاستعراض +105 +200

مقالات مماثلة