Ионистор это что такое

Энергетика — крайне интересная сфера, которая развивается бурными темпами много лет подряд. На Хабре публикуются самые разные статьи об альтернативных источниках энергии, аккумуляторных батареях от Маска, электромобилях и т.п.

Но есть одна тема, которая затрагивается не так уж и часто. Речь идет о суперконденсаторах. Им как раз посвящена эта статья, в ней раскрывается суть суперконденсатора, сферы применения, плюс описываются кейсы из разных отраслей — промышленности, транспорта и т.п., где используются эти системы.

Суперконденсатор, что ты такое?

Все мы знаем, что такое аккумулятор — это источник постоянной мощности, ограниченный током разряда. Батареи бывают большие и маленькие, применяются они крайне широко — от транспорта до игрушек.

Но эта статья посвящена суперконденсаторам, так что пришло время рассказать о них. Так вот, любой суперконденсатор — это источник не постоянной, а импульсной мощности. Она ограничена лишь эквивалентным внутренним сопротивлением, которое позволяет элементу работать, фактически, на токах короткого замыкания.

Но при этом, в отличие от аккумулятора, это источник кратковременных, хотя и мощных импульсов энергии. Соответственно, и используются суперконденсаторы там, где нужна большая мощность на небольшой срок.

Суперконденсаторы называют еще ионисторами. Эти элементы состоят обычно из двух погруженных в электролит электродов и сепаратора. Последний нужен для того, чтобы не допустить перемещение заряда между двумя электродами с противоположной полярностью.

У суперконденсаторов два положительных свойства — высокая мощность и низкое внутренне сопротивление, чем они и отличаются от конденсаторов и аккумуляторных батарей. Чаще всего материал электрода суперконденсаторов — активный углерод, у которого две важные особенности, включая очень большую площадь поверхности и небольшое расстояние между разделенными зарядами.

Еще один положительный момент — длительный срок хранения и продолжительный срок службы суперконденсаторов. Все это — благодаря особенностям накопления энергии. Так, суперконденсаторы работают за счет разделения зарядов. Этот процесс легко обратим, так что отдавать энергию суперконденсаторы могут действительно быстро.

Теперь немного об определении характеристик суперконденсаторов. В отличие от аккумуляторов, где основная характеристика — это емкость, измеряемая в Ампер-часах, у суперконденсаторов это Фарад. Вот формула, которая позволяет определить энергию суперконденсатора:
Энергия (Дж) = 1/2*Емкость (Ф) * Напряжение в квадрате (В)

Есть несколько видов суперконденсаторов:

• Двойнослойные, или ДСК.
• Псевдоконденсаторы.
• Гибридные конденсаторы.

Во втором — система включает два твердых электрода и базируется на двух механизмах сохранения энергии. Это фарадеевские процессы и электростатическое взаимодействие.

Третий вариант — переходный между конденсаторами и аккумуляторами. Электроды здесь выполнены из разных материалов, а накопление заряда осуществляется благодаря разным механизмам.

Что такое суперконденсаторы

Энергоемкие системы выдвигают высокие требования к источникам питания. Для различного современного оборудования требуется аккумулирование и подача определенной энергии. Чтобы решить такую задачу, используются аккумуляторы или подсоединенные к батарее суперконденсаторы. В последнем варианте ионисторы (молекулярные накопители энергии) играют роль страховки при падении напряжения. Суперконденсаторы отличаются небольшой плотностью энергии и высокой мощностью, что обеспечивает эффективную разрядку на нагрузку. При включении прибора параллельно батарее, снижается импульсная нагрузка на неё, что позволяет продлить срок службы.

Суперконденсаторы представляют собой электрохимические конденсаторы с большими показателями удельной мощности. Они отличаются лучшими техническими характеристиками, чем аккумуляторы. Эти элементы быстрее заряжаются и разряжаются.

В дальнейшем разработчики планируют этими устройствами полностью заменить аккумуляторные батареи. Они могут стать альтернативными источниками питания в разных сферах, например, в производстве автомобилей. Суперконденсаторы применяют в ветроэнергетических конструкциях и солнечных батареях. Подобные приборы представляют собой сочетание стандартного конденсатора и аккумуляторной батареи.

Одно из отличий ионисторов от обычных конденсаторов – наличие двойного электрического слоя, что позволяет накапливать значительное количество энергии. В конструкции отлично сочетаются такие характеристики, как скорость зарядки и разрядки конденсатора и емкость аккумулятора. От обычных конденсаторы такие устройства отличаются отсутствием обычного диэлектрика между электродами.

Параметры

Ионисторы отличаются следующими характеристиками:

1. Внутреннее сопротивление (измеряется в миллиОмах).
2. Максимальный ток. (А).
3. Номинальное напряжение (В).
4. Емкость (Ф).
5. Параметры саморазряда.

В качестве электродов в приборе применяется активированный уголь или углерод на вспененной основе. Эти компоненты помещаются в электролит. Сепаратор предназначен для защиты устройства от короткого замыкания электродов. В современных устройствах не используется электролит на основе кислоты или кристаллического раствора щелочи, так как данные компоненты обладают высоким уровнем токсичности.

Во внутренних полостях конструкции содержится электролит, запасающий электроэнергию при взаимодействии с пластинами.

Первые электрохимические ионисторы (молекулярные накопители энергиибыли) разработаны более 50 лет назад. Они были изготовлены на основе пористых углеродных электродов. В настоящее время они используются в некоторых электрических приборах.

По сравнению с литий – ионными аккумуляторами современные ионисторы характеризуются большим ресурсом и высокой скоростью разряда.

При использовании ионисторов можно добиться более экономичного режима работы за счет аккумулирования излишков энергии.

Между обкладками конструкции располагается не стандартный слой диэлектрика, а более толстая прослойка, позволяющая получить тонкий зазор. При этом прибор обеспечивает возможность получения электроэнергии в больших объемах. Суперконденсатор аккумулирует и расходует заряды быстрее, чем альтернативные варианты. Двойной слой диэлектрика увеличивает площадь электродов. Это позволяет улучшить электрические характеристики.

Виды ионисторов

Ионистор — суперконденсатор, главными особенностями которого, обуславливающих его применение, являются способности накапливать и моментально отдавать большой заряд энергии. Он совмещает в себе функции конденсатора и аккумулятора, поэтому может использоваться в устройствах, для работы которых необходим импульс большой мощности.

Какие бывают ионисторы

Типы ионисторов различают по их техническим характеристикам.

Ионисторы — электрохимические конденсаторы с большой емкостью и удельной мощностью. В отличие от обычного конденсатора, ионистор не просто накапливает полученный электрический заряд, а может его аккумулировать за счет происходящей в нем электрохимический реакции.

Большой емкости и мощности элемента удалось добиться за счет наличия двойного электрического слоя. Соединенные с токоприемниками электроды, обычно выполняемые из вспененного углерода, помещены в электролит, имеющий твердую структуру, — щелочную или кислотную. Электроды обязательно разделяют сепаратором для предотвращения коротких замыканий. Вся конструкция заключена в слой диэлектрической изоляции.

Такое устройство позволяет элементу очень быстро заряжаться и в один момент отдавать большой энергетический заряд. В результате электрохимических процессов электроды теряют электроны, положительно заряжаются и притягивают ионы из электролита. Это позволяет сконцентрировать электрический слой высокой емкости на небольшой площади ионистора.

Ионисторы быстро заряжаются, характеризуются длительным ресурсом работы, компактны, надежны, не требуют ремонта и обслуживания. Они используются для питания микросхем, контроллеров, схем памяти и других цифровых устройств. Ионисторы незаменимы для приборов, в работе которых нужен мгновенный сильный заряд, например, для старта двигателя или срабатывания фотовспышки. Суперконденсаторы задействуются в технике в качестве автономных источников питания, так как могут долго работать без электрического тока, для покрытия пиковых напряжений, регулирования показателей напряжения в сети при подключении потребителей высокой мощности. Ионисторы применяются:

• в бытовых приборах;
• энергосистемах;
• оборудовании, которое должно работать без перебоев и отключения, например, медицинском;
• датчиках;
• охранных и запорных системах;
• устройствах сохранения памяти.

• двухслойные, описанные выше;
• гибридные, совмещающие функции ионистора и аккумулятора и позволяющие задействовать разные механизмы выравнивания напряжения при длительном и кратковременном колебании напряжения;
• псевдоконденсаторы, в которых электроды являются твердыми, и помимо электрохимической происходит фарадеевская реакция — окисления и восстановления.

Характеристики ионистора

При выборе ионистора для различного оборудования важно обратить внимание на следующие технические характеристики:

• величину тока;
• напряжение заряда;
• емкость;
• мощность;
• допустимый ток утечки;
• температурный диапазон;
• габариты.

Выбирайте в каталоге конденсаторов различные ионисторы по подробным техническим описаниям в товарных карточках. Также за консультацией по выбору можно обратиться к нашим менеджерам — это удобно сделать по бесплатному телефону вверху страницы или в форме обратного звонка.

Где применяются ионисторы?

Очень часто ионисторы можно встретить в цифровой аппаратуре. Там они выполняют роль автономного или резервного источника питания для микроконтроллеров (IC’s), микросхем памяти (RAM’s), КМОП-микросхем (CMOS’s) или электронных часов (RTC). Благодаря этому даже при отключенном основном питании электронный прибор сохраняет заданные настройки и ход часов. Так, например, в кассетном аудиоплеере Walkman используется миниатюрный ионистор.

При замене аккумуляторов или батареек в плеере он полностью обесточивается, что неизбежно приводит к стиранию настроек (например, частот радиостанций, установок эквалайзера, сброс хода электронных часов). Но этого не происходит благодаря тому, что электронную схему в «ждущем» режиме питает заряженный ионистор. И хотя ёмкость его несоизмеримо меньше, чем ёмкость аккумулятора или батареи этого хватает для сохранения настроек и работы часов в течение нескольких суток!

Ионистор является достаточно новым электронным компонентом. Впервые ионистор был разработан в Соединённых штатах в 1960-х годах. А позднее, в 1978 году, ионисторы появились и в СССР под маркой К58-1. Это был первый отечественный ионистор. Далее промышленность стала выпускать ионисторы марок К58-15 и К58-16.

Как можно применить ионистор в самодельных конструкциях? Его можно использовать в качестве аварийного источника питания, например, в конструкциях на микроконтроллерах. Вот простейшая схема включения ионистора в цепь питания электронного устройства.

Диод VD1 служит для предотвращения разряда ионистора С1, когда напряжение питания равно 0 (Uпит=0). В качестве диода VD1 лучше применить диод Шоттки, например, 1N5817 и аналогичные, так как у них малое падение напряжения на открытом переходе. Резистор R1 препятствует перегрузке источника питания, ограничивая зарядный ток ионистора. Его можно не устанавливать, если источник питания выдерживает ток нагрузки 100 – 250 мА. Rн – это сопротивление нагрузки (питаемое устройство, например, микроконтроллер).

Под занавес сего повествования хочется показать какое-нибудь видео. Видео не моё, нашёл в YouTube. Показано, как можно запитать светодиод от заряженного ионистора ёмкостью в 0,047 Ф. Ионистор на 5,5 V, поэтому если решите повторить эксперимент, то заряжайте его 3 вольтами, иначе можно нечаянно спалить светодиод.

Кстати, у меня оказывается, точно такой же ионистор в запаснике завалялся. А у Вас есть ионистор?

Ионисторы — устройство, практическое применение, достоинства и недостатки

Ионисторы или суперконденсаторы выглядят как обычные электролитические конденсаторы, хотя отличаются от последних гораздо большей электроемкостью (конденсаторы сверхбольшой емкости). По своим свойствам ионистор — это нечто среднее между аккумулятором и конденсатором. Его устройство можно описать как конденсатор с двойным электрическим слоем, не зря на англоязычных ресурсах ионисторы именуют EDLC — Electric Double Layer Capacitor.

Такой конденсатор работает благодаря электрохимическим процессам, происходящими внутри него, а не просто благодаря электрическому полю, сохраняемому в диэлектрике между обкладками, как в обычном конденсаторе. Здесь нет классического слоя диэлектрика между обкладками, а сами обкладки изготовлены из веществ, отличающихся носителями заряда противоположного типа.

Поскольку емкость конденсатора прямо пропорционально связана с площадью его обкладок, для того чтобы получить большую емкость, необходимо иметь обширную площадь обкладок. Именно по этой причине электроды ионистора обычно изготовлены из вспененного углерода, дающего весьма значительную площадь «обкладок».

Электроды разделены сепаратором и находятся в твердом кислотном или щелочном электролите. Сепаратор исключает короткое замыкание между электродами. Кристаллический электролит из рубидия, серебра и йода позволяет создавать ионисторы высокой емкости с низким саморазрядом, стойкие к низким температурам.

Ионисторы с малым внутренним сопротивлением получаются, например, на основе раствора серной кислоты, однако рабочее напряжение таких ионисторов ограничено 1 вольтом, к тому же подобные решения токсичны, поэтому применяют их редко.

Электрохимическая реакция в ионисторе приводит к тому, что некоторые из электронов покидают электроды, при этом электроды заряжаются положительно. Отрицательные ионы притягиваются из электролита к заряженным положительно электродам. Так образуется электрический слой.

В результате заряд ионистора хранится на границе раздела углерода и электролита, и толщина электрического слоя, образованного катионами и анионами, составляет всего 1-5 нм, что эквивалентно очень маленькому расстоянию между обкладками конденсатора. Так получается значительная емкость измеряемая фарадами. Ионистор — полярен, поэтому при его включении в схему необходимо соблюдать правильную полярность.

Применение ионисторов

Сегодня ионисторы нередко встречаются в цифровой технике в качестве источников резервного питания микроконтроллеров, схем памяти, КМОП-микросхем, электронных часов и т. д.

При использовании вместе с аккумуляторными батареями ионисторы могут также увеличить их эффективность и позволить уменьшить вес и размер батарей за счет подачи дополнительного питания при пиковых нагрузках.

Находясь в промежуточном положении между конденсаторами и аккумуляторами, ионисторы применимы в различных областях: хранение энергии в системах рекуперативного торможения, приложениях с низким энергопотреблением и быстрой зарядкой (фотовспышка, плеер, память и т. д.).

В будущем, вероятно, портативные электронные устройства, электрокары и все то, что сегодня работает на аккумуляторах, с тем преимуществом, что заряжать их можно будет за считанные минуты. Незаменимы ионисторы и там, где требуется большое количество циклов заряда-разряда в условиях краткосрочного энергопотребления.

Перечислим лишь некоторые из сфер успешного применения ионисторов сегодня:

• ветровая энергетика,
• медицинское оборудование,
• резервирование мощности,
• аккумулирование энергии,
• регенерация энергии торможения,
• питание бытовой электроники и кухонных приборов,
• питание светодиодов и датчиков,
• резервная память,
• поддержание питания электронных замков,
• стабилизация напряжения.

Достоинства и недостатки

К недостаткам ионисторов можно отнести малое рабочее напряжение (до 2,7 вольт на элемент, что приводит к необходимости собирать ионисторы в батареи) и довольно высокую стоимость, по сравнению с аккумуляторами и конденсаторами.

Положительные черты ионисторов: быстрота заряда и разряда, ресурс в сотни тысяч циклов, необслуживаемость, малые габариты и вес, простота в эксплуатации, широкий рабочий температурный диапазон, продолжительный срок службы.

Перспективы использования

Эффективное хранение чистой энергии развивается быстрыми темпами в 21 веке, направленное на построение общества, свободного от ископаемого топлива.

Из-за высокой теоретической эффективности преобразования химической энергии в электрическую многообещающие технологии электрохимического накопления энергии вызвали многочисленные усилия по улучшению показателей энергопотребления и мощности.

Электрохимические конденсаторы, также известные как ионисторы или суперконденсаторы, продолжают развиваться в новых областях исследований и разработок с упором на технологии быстрой зарядки, высокой плотности энергии и долговременного хранения энергии.

В частности, ионисторы могут быть лучшим выбором по сравнению с батареями в приложениях с высокой плотностью мощности с типичным временем зарядки в несколько секунд для приложений с низкой плотностью энергии (5–10 Втч/кг).

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Параметры

Основные электрические характеристики ионисторов включают в себя:

• емкость, для ее измерения используется единица Фарад (Ф);
• внутреннее сопротивление (Ом);
• максимальный ток разряда (А);
• величина номинального напряжения (В)
• параметры саморазряда и разряда, последний довольно важный параметр, поэтому приведем формулу, по которой можно произвести расчет времени разряда ионистора: где:

t – время разряда, измеряется в секундах (с);

С – емкость устройства (Ф);

V1, V2 – начальное и конечное значение диапазона напряжений, при которых проводилось тестирование;

I – величина тестового тока (А).

Положительные и отрицательные стороны

К числу безусловных преимуществ этих устройств относятся следующие качества:

• разрядка и заряд устройства не занимает много времени, что позволяет их использовать в тех случаях, когда аккумуляторы установить не представляется возможным из-за долгой подзарядки;
• по сравнению с аккумуляторными батареями у ионисторов значительно больше циклов полного заряда-разряда устройства;
• чтобы произвести подзарядку, не понадобится специальное зарядное оборудование, следовательно, упрощается обслуживание;
• радиодетали этого типа гораздо легче аккумуляторов и меньше их по габаритам;
• широкий диапазон рабочей температуры – от -40 до 70С°;
• срок эксплуатации во много раз больше, чем его имеют силовые конденсаторы и аккумуляторные батареи.

Как бы ни были хороши эти радиодетали, но у них есть и недостатки, которые несколько усложняют эксплуатацию, а именно:

• относительно высокая цена на ионисторы приводит к тому, что использование их в технике ведет к ее удорожанию. Как утверждают специалисты, в ближайшем будущем эта проблема будет решена, благодаря развитию новых технологий;
• низкие параметры номинального напряжения устройств, решением может служить последовательное соединение нескольких элементов (принцип такой же, как при подключении нескольких батареек). В этом случае потребуется установить шунт в виде резистора на каждый компонент;
• превышение температурного режима (нагрев более 70С°) становится причиной выхода из строя;
• данный тип радиодеталей не позволяет накапливать достаточно энергии, помимо этого они обладают небольшой энергетической плотностью (то есть не столь мощные, как аккумуляторы), что несколько сужает сферу их применения. Параллельное подключение нескольких элементов позволяет частично справиться с этой проблемой.

Отдельно следует заметить, что суперконденсаторы относятся к элементам, подключение которых требует, чтобы была соблюдена полярность. Нельзя допускать короткое замыкание устройства, поскольку оно станет причиной, из-за которой повысится температура, и радиоэлементу потребуется замена.

ИОНИСТОРЫ

В 60-е годы двадцатого столетия Carborundum Со, Gould lonics Inc, Standard Oil (США) и ряд других иностранных фирм заявили о разработке нового класса элементов электронной техники, который в разных странах до сих пор называют по-разному. Например, ESD (от английского Energy Storage Device — энергетическое запоминающее, накапливающее устройство) или DESK (от немецкого Doppelelektrischeschichtkondensator — конденсатор с двойным электрическим слоем). Небезызвестная Matsushita Electric уже более двадцати лет выпускает эти, пользующиеся неуклонно растущим спросом, изделия под наименованием Goldcap (дословно— золотая емкость), хотя в России и странах СНГ такие элементы, а также их многочисленные аналоги давно называют ионисторами.

Ионисторам присущи уникальные свойства: высокая удельная емкость, длительность и надежность сохранности заряда. Они могут безотказно функционировать в цепях постоянного и пульсирующего тока в широком диапазоне механических и климатических воздействий. Использование этих элементов электронной техники существенно упрощает обработку сигналов инфранизких частот.

Установлено, что ионисторы хороши и в логических устройствах, не требующих быстродействия, и в качестве ячеек памяти, причем отключение питающего напряжения не сказывается на работе такого ЗУ. Благодаря своей большой емкости, ионисторы позволяют задерживать сигналы или подавать синхронизирующие импульсы в широком временном диапазоне: от долей секунды до дней и даже месяцев.

Весьма перспективными являются ионисторные компоновки емкостью до 1500 Ф. Области их вероятного использования в недалеком будущем— электрооборудование грузовиков, гелиосистемы, снабжение электроэнергией катализаторного отопления.

В основе конструкции наиболее распространенного дискового ионистора — два одинаковых пористых угольных электрода. Они разделены сепаратором из специального материала, пропускающего ионы электролита, но в то же время изолирующего электронную составляющую тока. Электроды расположены в герметичном металлическом корпусе, состоящем из двух частей, изолированных друг от друга резиновым кольцом. Части корпуса служат и выводами ионистора. Свободное пространство в корпусе и поры электродов заполнены электролитом.

Конструкция (а), схема замещения при расчетах (б), условное обозначение (в) и упрощенный принцип действия (г) дискового ионистора:

1 — металлический корпус (из двух частей, служащих выводами); 2 — сепаратор; 3 — пористые угольные электроды; 4— герметизирующее кольцо (резина); электролит, заполняющий свободное пространство в корпусе и поры электродов, не показан

Выбор надлежащей рабочей пары «электрод — электролит» предопределяется как взаимной химической инертностью, так и высокой электрической проводимостью исходных материалов. Так, для изготовления электродов в последнее время широко применяются порошок активированного угля, волокно, сажа и прочие ингредиенты, удельная площадь поверхности которых достигает 1000—1500 м2/г. Причем все они могут использоваться и в чистом виде, и в сочетании с металлическим порошком, увеличивающим проводимость электродов.

Электролитом в ионисторе могут быть либо водорастворимые кислоты и щелочи (при этом номинальное напряжение ионисторов Uном равно 0,5—0,8 В), либо растворы сложных солей в безводных органических растворителях типа пропиленкарбоната (с Uном порядка 2,5—2,8 В). Сепаратором же является специально обработанный пористый полимерный материал, химически стойкий к электролиту. Предпочтение обычно отдается полиэтилену, полипропилену или поливинилхлориду.

Структура ионистора двуслойная, что и обеспечивает громадную электроемкость, доходящую до 2 Ф (а то и более) при диаметре самого элемента около 18 мм. Функцию диэлектрика, в отличие от обычного конденсатора, имеющего пару электродов с изолятором между ними, выполняет двойной электрический слой— аналог обкладок, отстоящих друг от друга на расстоянии, чуть ли не равном размеру молекул электролита. Процессы разряда и заряда в этом двойном слое на активированных поверхностях протекают в виде абсорбции и десорбции анионов и катионов.

Из рассмотрения таких приборов с двойным электрическим слоем как дальних «родственников» обычных конденсаторов следует, что основными параметрами здесь должны быть электрическая емкость, номинальное напряжение, ток утечки и внутреннее сопротивление постоянному току. Однако действительно признанные характеристики и их измерение у ионисторов имеют свои особенности.

Наиболее распространенные типы ионисторов отечественного производства и их основные параметры

В частности, номинальное напряжение ионистора предопределяется типом используемого электролита. Практически оно также является и максимально допустимым. И все потому, что при перенапряжении в пористых электродах возможно возникновение электролиза, а это грозит выходом из строя всего прибора. Отсюда правило: безотказность ионистора гарантируется при условии, что U < Uном.

Ионисторам с органическими электролитами свойственно большее, по сравнению с остальными, номинальное напряжение, поэтому они предпочтительнее для многих радиоэлектронных устройств. Но Uном в случае необходимости легко повысить, если соединить ионисторы последовательно в батарею. Правда, емкость при этом уменьшается. К тому же не исключено, что из-за отклонений (разброса) по емкости и внутреннему сопротивлению отдельные элементы данной цепи могут оказаться под местным перенапряжением. Однако нежелательных сюрпризов легко избежать при соблюдении второго правила: стараться использовать готовые батареи из ионисторов с одинаковыми параметрами.

Теперь о внутреннем сопротивлении ионистора Rвн. Его величину определяет электронная проводимость контакта между корпусом и угольным электродом, а также ионная проводимость сепаратора и электролита. Поскольку ионисторам приходится чаще всего работать в режимах со сравнительно небольшим разрядным током, постольку их внутреннее сопротивление обычно не подлежит строгому контролю. Но когда эти энергоемкие элементы используют в качестве резервного источника коротких токовых импульсов (например, для срабатывания реле), то Rвн—основной параметр, рассчитываемый (в омах!) по формуле: Rвн = U/I3, где и — напряжение на ионисторе, В; Iз — ток замыкания на нагрузку, А.

Обычно у отечественных приборов типа К58-3, как и у их японского аналога DC-2R4D225, внутреннее сопротивление не выходит за пределы 10 — 100 Ом. Ионисторам с жидкими электролитами свойственно малое Rвн, поэтому именно они и предпочтительнее для аппаратуры, где данный параметр должен быть по возможности наименьшим.

Семейство характеристик, поясняющих эксплуатационные качества типовых ионисторов

Электрическую же емкость определяют путем разрядки полностью заряженного ионистора постоянным током (от номинального напряжения до нуля) с последующим расчетом по формуле: С = It/Uном, где С—емкость, Ф; I — постоянный ток разрядки, А; t — время разрядки, с; Uном— номинальное напряжение, В.

При использовании ионисторов как резервных источников питания микросхем памяти (при очень малом токе нагрузки) в ряду важнейших параметров стоит и Iут—собственный ток утечки. Величина его зависит от степени чистоты электролита и материала электродов. Особенно вредны примеси, способные окисляться или восстанавливаться при напряжении меньше номинального. О конкретном Iут судят по остаточному напряжению на данном ионисторе в режиме саморазрядки.

По причине высокой пористости электродов схема замещения ионистора представляет собой соединенные параллельно RC-цепи с различными постоянными времени. Отсюда и некоторая зависимость емкости от разрядного тока (что присуще, впрочем, и аккумуляторам) и остаточного напряжения — от времени зарядки.

Среди отечественных ионисторов наибольшую, пожалуй, известность имеют изделия ТОО «Гелион» из Рязани. Все они с органическим электролитом. Базовым элементом в этом ряду служит К58-3 с проволочными выводами. Ионистор К58-9а представляет собой базовый элемент с номинальным напряжением 2,5 В, залитый снаружи компаундом. Плюсовой вывод маркирован черной точкой. Пятивольтный ионистор К58-96 есть не что иное, как батарея из двух, а К58-9в (с Uном = 6,3 В) из трех базовых элементов, соединенных последовательно.

Корпус у К58-96 пластмассовый, залитый компаундом, в то время как у К58-9в он металлический. Выводы проволочные, жесткие. На корпус наклеена этикетка, на которой указаны тип прибора, номинал, знак ТОО «Гелион» и знак «+» (полярность). Ионистор К58-9в (аналог DB-5R5D105 фирмы Elha, Япония) освоен в производстве с начала 1997 года.

В принципе, ионистор—неполярный прибор. Но фирмы-производители намеренно выделяют плюсовый вывод для обозначения полярности остаточного напряжения после заводской зарядки. Рабочий температурный интервал находится в пределах от минус 25 до плюс 70°С. Отклонение емкости от номинального значения может составлять от минус 20 до плюс 80 процентов.

Долговечность ионистора существенно зависит от условий эксплуатации. В частности, она равна 500 ч при номинальном напряжении и прогреве среды до плюс 70 °С. При U = 0,8Uном и любой температуре в рабочем интервале гарантированная долговечность увеличивается до 5000 ч, а при U = 0,6Uном и температуре окружающей среды не более плюс 40 °С достигает 40 000 ч.

Если нужен электрошокер или другие средства защиты, по ссылке можете посмотреть и выбрать.

Типовые разрядные характеристики ионисторов на нагрузку с разными значениями сопротивления свидетельствуют, что ток саморазрядки у таких приборов незначителен, благодаря чему напряжение даже через 5000 часов снижается лишь с 2,5 до 1 В. О высоких эксплуатационных качествах ионисторов можно судить и по другим, не менее важным семействам характеристик базового К58-3.

Принципиальная электрическая схема стандартного подключения ионистора (а), а также последовательное соединение ионнсторов для резервного питания настольных электронных часов (б) и современного телефонного аппарата (в)

Наиболее распространенная схема включения ионистора в качестве маломощного резервного источника электроэнергии содержит минимум радиодеталей. Среди них диод, предотвращающий разрядку ионистора через цепь питания (при Uпит = 0), и последовательно соединенный резистор, ограничивающий зарядный ток (для защиты питающей сети от перегрузки при первоначальном включении). Однако надобность в резисторе отпадает, если источник питания выдерживает кратковременный ток силой 100—250 мА.

Весьма перспективно, по мнению специалистов, использование ионисторов в современных телефонах с запоминанием номеров абонентов. Оно и понятно: для питания микросхем памяти во многих существующих аппаратах до сих пор применяются дисковые СЦ, МЦ или им подобные гальванические элементы с более чем скромными возможностями для работы при обесточивании абонентской линии или при отключении телефона от электросети. В то же время два последовательно соединенных ионистора К58-9а емкостью по 0,47 Ф позволяют в указанных условиях довести время хранения информации в памяти даже такого аппарата, как «Элетон-201», до семи суток.

Пожалуй, еще больший эффект дает внедрение ионисторов в телефоны с АОН (ОЗУ К537РУ10), где для сохранения информации при перебоях с питанием от основного источника используются конденсаторы совместно со встроенными аварийными элементами питания СЦ21. Применение К58-96 (0,62 Ф; 5 В) вместо конденсатора защиты электронной памяти позволяет обходиться без прежних элементов питания. Заряженный ионистор обеспечивает сохранность информации в ОЗУ после отключения энергии от основного источника до 30 суток при снижении рабочего напряжения за это время с 5 до 2,8 В.

С ничуть не меньшим успехом можно применять ионисторы в таймере видеомагнитофона, телевизора и в другой аналогичной аппаратуре. Разумеется, при этом не требуется никакого ухода и замены элементов в течение всего срока службы «конденсаторов с двойным электрическим слоем».

Конечно же, рассмотренные варианты устройств не исчерпывают всех возможностей ионисторов. И кому, как не любителям мастерить все своими руками, восполнять этот пробел!

Публикацию подготовил Н. КОЧЕТОВ по материалам журналов Design Источники»]

• https://habr.com/ru/articles/547310/
• https://www.ultracapacitor.ru/stati/ionistori/
• https://ruelectronics.com/news/vidy-ionistorov/
• https://go-radio.ru/ionistor.html
• https://electricalschool.info/spravochnik/eltehustr/2230-ionistory-ustroystvo-prakticheskoe-primenenie.html
• https://www.asutpp.ru/ionistor.html
• https://modelist-konstruktor.com/sam-sebe-elektrik/ionistory

[/spoiler]