Андрей Кашкаров - Занимательная электроника. Нешаблонная энциклопедия полезных схем

• Очень высокая емкость.

• Низкое внутреннее сопротивление.

• Высокая проводимость.

• Быстрый разряд.

• Длительный срок эксплуатации.

• Практически неограниченное количество циклов разряда.

• Низкая стоимость.

• Простота зарядки.

При этом ионисторы имеют ряд характерных особенностей:

• обладают высокой удельной плотностью энергии (ресурс соизмерим с ресурсом АКБ, в комплекте с которыми используются суперконденсаторы);

• имеют высокий КПД;

• практически не имеют утечки;

• не реагируют на изменение температуры.

Все это делает возможным их перспективное использование в автономных электрических системах, работающих на основе солнечных батарей, использования энергии прилива, а также ветрогенераторов.

Потенциал таких устройств поистине безграничен. Запас энергии и мощность можно рассчитать по формулам:

E = CU 2/2 (Дж) и P = U 2/4R (Вт),

где С – емкость, Ф; U – напряжение на электродах, В; R – эффективное последовательное сопротивление, Ом.

Внутреннее омическое сопротивление при +25 °C имеет порядок величины 5-15 МОм.

Внутреннее сопротивление R ионистора может быть рассчитано по формуле:

R вн= U /| кз,

где R вн– в Омах; U – напряжение на ионисторе, В; I кз – ток короткого замыкания, А.

К примеру, для ионистора К58-3 зарубежный аналог DC-2R4D225 – R вн= 10-100 Ом.

Электрическую емкость ионистора рассчитывают по формуле:

C = I t / U ,

где С – емкость, Ф; I – постоянный ток разрядки, А; U – номинальное напряжение ионистора, В; t – время разрядки от U ном до нуля, с.

Или же по формуле:

C = S/d,

где d – толщина двойного электрического слоя (нм, обычно 5-10), а S – общая площадь поверхности электрода, состоящего из активированного угля.

Толщина двойного электрического слоя очень мала и сопоставима с размером молекулы.

Электрод ионистора – по определению – представляет собой совокупность сверхбольшого количества частиц активированного угля, он имеет и огромную площадь поверхности, до 3000 см 2/г.

Габариты некоторых ионисторов показаны на рисунках 1.49 и 1.50. К примеру, ионистор 1 Ф на напряжение 5,5 В (модель 1905V) выглядит так, как показано на рисунке 1.49.

Рис. 1.49.Внешний вид зарубежного аналога ионистора К58-3 емкость 1 Ф на напряжение 5,5 В(модель 1905V)

Рис. 1.50.Ионистор К58-9а: внешний вид

Таким же будет и внешний вид ионистора К58-1В 1 Ф на напряжение 6,3 В.

Ионистор К58-9а представляет собой залитый компаундом ионистор К58-3 с приваренными проволочными выводами («+» маркирован черной точкой) – см. внешний вид на рисунке 1.49.

Ионисторы К58-96 и К58-9в (японский аналог DB-5R5D105) на напряжение 5 и 6,3 В состоят, соответственно, из двух и трех соединенных последовательно ионисторов К58-3.

Напряжение «разложения».Чтобы раскрыть это понятие, надо рассмотреть материал электролитов, который используется производителями ионисторов. А это прежде всего водные (водорастворимые) и органические (водонерастворимые) электролиты. Двойной электрический слой работает как изолирующий (диэлектрик) и при приложении внешнего постоянного напряжения не позволяет протекать «сквозному» току. Причем «органика» позволяет прикладывать к ячейке ионистора напряжение до 3 В, а «водорастворимый» – только до 1,5 В. И при определенном уровне напряжения за счет электрохимических» процессов начинает протекать ток. Именно величина этого напряжения называется «напряжением разложения» (или, если быть наиболее точным – «напряжением электрохимического распада электролита»).

Увеличение напряжения также ведет к более интенсивному разложению электролита, увеличивается ток, и ионистор выходит из строя (пробой). Поэтому ионисторы рассчитаны на столь малое (относительно оксидных конденсаторов) напряжение, ограничены «напряжением разложения» и нередки случаи, когда ионисторы соединяют последовательно.

В принципе ионистор – неполярный прибор. Вывод «+» указывают для обозначения полярности остаточного напряжения после его зарядки на заводе-изготовителе.

Основные характеристики отечественных ионисторов приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Основные характеристики ионисторов отечественного производства

Рабочая температура инонисторов – в диапазоне от -25 до +70 °C; отклонения емкости от номинальной – от -20 до +80 %.

При изменении рабочего (максимального) напряжения внешний вид ионисторов может существенно отличаться (по габаритам), даже если они имеют одинаковую емкость.

Долговечность работы ионистора значительно зависит от условий эксплуатации. Так, при работе под напряжением U номпри температуре окружающей среды +70 °C гарантированная долговечность составит 500 часов. При работе под напряжением 0,8 U номона увеличивается до 5000 часов. Если же напряжение на ионисторе не превышает 0,6U ном, а температура окружающей среды – +40 °C, то ионистор будет исправно работать не менее 40 000 часов.

Стандартная схема включения ионистора в качестве резервного источника питания приведена на рисунке 1.51.

Диод VD1 предотвращает разряд ионистора С1 при «нулевом» напряжении питания (U n=0). Резистор R1 ограничивает зарядный ток ионистора, защищая источник питания от кратковременной перегрузки при включении. Однако если применяемый в конкретном случае источник питания выдерживает кратковременную нагрузку током 100–250 мА, такая защита не требуется.

Рис. 1.51.Электрическая схема включения ионистора

Также и во многих других случаях ионистор эффективно заменяет встраиваемые в прибор резервные источники питания, что рассмотрено далее на конкретном примере.

Электронная сигнализация МТ9021 – современное охранное устройство, предназначенное для охраны квартир, офисов, гаражей, дач или складских помещений. Отличительной особенностью ЭОС МТ9021 является то, что устройство имеет встроенные датчики движения и температуры. При срабатывании датчика движения или при повышении температуры внутри охраняемого помещения до +65 °C прибор осуществляет рассылку sms сообщений по списку телефонных номеров, хранящихся в его памяти. В память МТ9021 можно записать до 5 телефонных номеров для оповещения о происходящих событиях, к примеру, свой номер телефона, номер телефона соседа или номер телефона службы охраны. Основным требованием является то, что в месте установки сигнализации должно быть покрытие оператора сотовой связи сети Мегафон.