К моменту написания этого раздела в сети были довольно мало доходчивого описания ионисторов. И авторы этих материалов часто использовали термин "Двойной электрический слой". Не хочу ругать любителей строгой терминологии, но на процесс понимания принципов работы ионистора эти три слова оказывают отрицательное влияние. Итак, дальше текст с понятными словами.
Чтобы обойти трудность непосредственного хранения электрической энергии, можно пройти промежуточную стадию, состоящую в том, чтобы превратить ее в потенциальную механическую энергию, которая подается на хранящуюся жидкость в течение определенного периода времени, а затем преобразует ее обратно в эта механическая энергия в электрической энергии в турбине, предназначенная для жидкости, управляющей генератором переменного тока. Станция перекачки энергии представляет собой гравитационное гидравлическое хранилище.
Завод соединен с озёром Верхним водоводом и нижним резервуаром по трубопроводам. Выход составляет порядка 65-85%. Он не зависит от какого-либо топлива, в пределе, когда накачка не использует электричество термического происхождения, что в принципе имеет место во Франции. Время хранения воды в верхнем бассейне является произвольным, и количество может быть важным. Все оборудование использует классическую технологию, надежную и очень высокую доступность.
Ионистор - это суперконденсатор
Назначение ионистора - накапливать электрический заряд. И накапливает он его так же, как и обычный электрический конденсатор. Из школьного курса физики: обычный конденсатор - это две пластины разделенный изолятором. Когда на одной из платин появляется избыток электронов, а на другой - недостаток, электроны (-) с первой пластины устремляются поближе ко второй - положительно-заряженной (+). И если отключить батарейку от конденсатора, то напряжение на нем останется, потому что на разных платинах разная плотность электронов.
Известно, что для получения механических работ используется сжатый воздух, поэтому можно хранить энергию за счет сжатия газа. Выход будет посредственным, потому что сжатие сопровождается нагревом газа, за исключением того, чтобы восстановить полученное тепло. В больших масштабах подземные пещеры или старые шахты могут использоваться для хранения сжатого воздуха. Когда существует высокий спрос на электроэнергию, воздух, который ранее был сжат и сохранен, используется для привода турбины, которая генерирует электроэнергию через генератор переменного тока. или планируются в разных странах, но урожайность составляет лишь около 40%.
Можно использовать обычный конденсатор для накопления энергии, но его емкость обычно очень мала.
Расчет энергии конденсатора
W = (C * U 2)/2
W = (0.000001 * 1 2) / 2 = 0,0000005 Джоулей.
Это не энергия, а слезы. Для того, чтобы сдвинуть автомобиль с места - маловато будет. Из формулы видно, что чтобы увеличить энергию нужно увеличивать или емкость, или напряжение. Но напряжение увеличить сложно. Работать с напряжение в миллиард вольт неприятно. Поэтому остается один путь - увеличивать емкость. Чтобы увеличить емкость конденсатора нужно или увеличивать площать пластин или уменьшать расстояние между ними. Ионитор, как раз, может похваститься и невероятно маленьким расстоянием и огромной площадью. А делается это так.
В пиковые времена сжатый воздух совместно подается с газом в камеру сгорания газовой турбины. Чтобы восстановить 1 кВт-ч на сетке, она потребляет 0, 75 кВт-ч перекачки электроэнергии и сжигает 1, 22 кВт-ч газа. Срок хранения - несколько часов. Хранение в электрохимической форме: батареи.
Это самый популярный способ для широкой публики, батареи, имеющие много ежедневных приложений. Аккумуляторные технологии многочисленны и имеют очень разные характеристики. Основным недостатком является их короткая жизнь. Аккумулятор можно рассматривать как пустой резервуар с электричеством. Количество электроэнергии определяется ампертурой.
Как работает ионистор
Чтобы увеличить площадь в ионисторах отказываются от пластин. Они есть, но емкость от их площади больше не зависит. В ионисторе роль платин выполняет порошок из углерода. Углерод, хоть и не яляется металлом, но у него много свободных электронов и, соответственно, он хорошо проводит электрический ток. Его можно раскрашить и массу из этого порошка приложить к электроду. Общая площадь электрода увеличится в миллионы раз. Так же поступают и со вторым электродом. Но пока у нас эти электроды разделены воздухом. Теперь окунаем эти электроны, в электролит.
Хранение в виде водорода. Идея заключалась в том, чтобы использовать внепиковые часы для атомных электростанций для производства водорода путем электролиза воды. Сегодня мы знаем, как сжигать водород на специально оборудованных электростанциях, а сохраненный водород можно рассматривать как косвенное хранение электричества.
Существуют также два типа метанольных топливных элементов. Выход составляет порядка 80% -95%. Основным преимуществом является скорость его ввода в эксплуатацию. Хранение с использованием конденсаторов. Хранение конденсатора используется в основном в электронике, т.е. низком напряжении и низкой энергии, в источниках постоянного напряжения. Кстати, хранение конденсаторов может быть использовано в качестве источника импульсной мощности.
Пусть электролитом будет обычная соленая вода (NaCl и H 2 O). Из физики известно, что в электролитах ток течет благодаря ионам - заряженным частицам вещества. В нашем случае это будут ионы натрия (Na+) и ионы хлора (Cl-).
Заряжаем ионистор
Если подать напряжение на электроды, то ионы натрия побегут к отрицательному электроду, а ионы хлора к положительному. Это и будет процесс заряда ионистора.
Он представляет собой элементарную ячейку, в которой хранилище имеет электростатический тип, а не электрохимический. Элементарные ячейки суперконденсаторов могут обеспечивать или поглощать очень высокие единичные мощности с постоянной времени в несколько десятков секунд.
Существует множество холодных и горячих систем хранения. Например, расплавленные соли нагреваются, и когда необходимо восстанавливать энергию, тепло выделяется из этих солей для производства электричества. В настоящее время их использование не широко распространено.
В конце концов, на положительно заряженной массе из углерода будет максимальное количество отрицательных ионов хлора, а на отрицательной - положительных ионов натрия. Ионы прилипнут к частицам углерода со всех сторон и останутся там, даже если убрать внешний источник напряжения.
Упражнение 1: аккумулятор. Вычислите энергию, содержащуюся в полной батарее. Эта батарея питает электрический велосипед, который потребляет в среднем 0, 4 А тока. Сколько времени требуется, чтобы аккумулятор полностью разрядился? Первоначально аккумулятор полностью заряжен. Какова конечная зарядка аккумулятора? Аккумулятор подавал некоторое количество электроэнергии в 000 кулонов в течение одной минуты. Рассчитайте интенсивность тока, подаваемого батареей. Батарейный блок полностью разряжается через 2 часа, когда он подает 8 ампер.
Рассчитайте емкость аккумулятора в ампер-часах. Рассчитайте в амперах количество электроэнергии, потребляемой в течение 30 дней. Что должно произойти, чтобы сделать эту батарею наша лампа? Упражнение 3: аккумулятор. Аккумулятор 12 В доступен при 20 А.ч.
Вот таким образом и работает ионистор. Вот только важное уточнение. Углеродные массы электродов не должны соприкосаться, чтобы электроны с одного не перебежали на другой. Поэтому обычно между электродами из пористого угля помежают изолятор. Его еще называют сепаратором или разделителем. У него две роли:
Мы изучаем поведение этой батареи в течение двух циклов, определяемых. Рассчитайте количество электроэнергии, подаваемой и полученной в течение цикла. Рассчитайте количество электроэнергии, подаваемой и принятой в течение цикла. Начальное состояние заряда составляет 60%, выведите состояние заряда батареи после этих двух циклов.
Дайте формулу потенциальной энергии, хранящейся в водохранилище. Дайте общую формулу, связывающую мощность и энергию. Массовая энергия изображается по оси абсцисс, а масса по оси ординат задается двумя преобладающими величинами в терминах бортового хранилища. Здесь нас интересует автомобиль, который нужно переместить.
Разряжаем ионистор
Если подключить нагрузку к заряженному ионистору, то у электронов из углеродных электродов появиться стимул перебежать на другой электрод, проделав так нужную нам работу. Заряд на электродах по мере разрядки уменьшается и углерод больше не может их удерживать. И электролит снова становится однородным.
Автомобильный транспорт характеризуется большими расстояниями, проезжающими с регулярной скоростью. Соответствует ли это призывам к власти или необходимости автономии? Что представляет собой источник энергии, обычно используемый для силовых транспортных средств? Оправьте этот выбор на диаграмме Рагоне.
Снова пересчитайте расчет, учитывая энергию массы дигидрогена, включая вес резервуара, чтобы поддерживать газ под давлением. Проанализируйте предыдущие результаты. Сейчас нас интересует гибридный автомобиль. Транспортировка в городе характеризуется частыми запусками и остановками. Это призыв к власти или потребность в автономии? По оценкам, на 30 кВт требуется мощность во время фазы ускорения. Рассчитайте массу литий-ионной батареи, чтобы обеспечить эту мощность. Рассчитайте массу пакет суперконденсатора для обеспечения этой мощности.
Расчет энергии ионистора
Емкость современных миниатюрных ионисторов достигает единиц Фарад. Для обычных конденсаторов - это единица МИКРОфарад. Т.е. если воспользовать формулой, то получится что ионистор на 100 фарад при напряжении в 1 вольт может сохранять энергию в 50 Джоулей. А это уже неплохо.
Вся энергия заряженного конденсатора накапливается в электрическом поле между его пластинами. Энергию, сосредоточенную в конденсаторе, можно вычислить следующим методом. Давайте представим себе, что мы заряжаем емкость не сразу, а потихоньку, перенося электрические заряды с одной его металлической пластины на другую.
Принимая максимальное значение доступной энергии и оценивая, что запрашиваемая мощность является максимальной, как долго может длиться фаза ускорения? У нас есть электрический автомобиль, чтобы закончить. Какова тогда масса батареи суперконденсатора, обеспечивающая соответственно потребность в автономии и потреблении электроэнергии?
Сохранение и управление электроэнергией становится все более актуальной проблемой из-за изменения климата и дефицита энергии. Общественность также все больше осознает негативное воздействие традиционных источников энергии на окружающую среду, что способствует усилиям по поиску альтернативных, устойчивых и экологически чистых источников энергии.
Во время переноса первого заряда работа, совершенная нами, будет относительно небольшой. На уже на перенос второго электрического заряда мы истратим больше энергии, так как из-за переноса первого заряда, между металлическими пластинами конденсатора возникнет разность потенциалов, которую нам необходимо преодолевать, третий, четвертый и каждый последующий за ними одиночный заряд будет переносить значительно труднее и на их перенос придется расходовать все больше и больше энергии. Пусть мы перекинем таким образом некоторое определенное количество зарядов, которое мы условно обозначим латинской буквой Q .
Экономичный и экологически чистый
Се и его команда создали мембрану, из которой они обещают не только более эффективное управление затратами энергии, но и экологичность. Это значительно превышает верхний предел 1 мкФ на квадратный сантиметр для стандартного конденсатора. Новая мембрана является экономически эффективной и экологически чистой.
Затраты на хранение энергии также резко сократились. Се говорит: Если мы сравним перезаряжаемые батареи и суперконденсаторы, наша собственная диафрагма упростит настройку устройства и низкие производственные затраты. Кроме того, производительность диафрагмы превышает перезаряжаемые батареи, такие как литий-ионные батареи, свинцово-кислотные батареи и суперконденсаторы.
Энергия поля конденсатора - обучающий видео фильм
Вся энергия, потраченная при заряде конденсатора, скопиться в электрическом поле между его металлическими пластинами. Напряжение между пластинами конденсатора в конце процесса заряда мы условно обозначим латинской буквой U .
Как мы уже поняли, разность потенциалов в процессе заряда емкости не остается постоянной, а постепенно возрастает от нуля - в начале заряда - до своего конечного значения напряжения. Для упрощения расчета энергии поля допустим, что мы перенесли полностью весь электрический заряд Q с одной пластины на другую не маленькими частями, а сразу. Но при этом мы считаем, что напряжение между металлическими пластинами было не ноль, как в начальный момент, и не какое-то значение U , как в конце процесса заряда, а равнялось какому-то среднему значению от нуля и до U, т. е. половине U . Таким образом, энергия, накопленная в электрическом поле емкости, будет равна половине напряжения U, умноженной весь заряд перенесенного электричества Q .
Потенциальное использование: от гибридных автомобилей до солнечных панелей и ветровых турбин
Се и его команда начали работать на мембране в начале прошлого года, поэтому все развитие длилось около 1, 5 лет. Се также успешно получил американский патент на это новое изобретение. Диафрагма может использоваться в гибридных транспортных средствах для мгновенного хранения и доставки энергии и, таким образом, для повышения энергоэффективности и сокращения выбросов углерода. Потенциально, гибридные транспортные средства могут питаться от энергии, хранящейся в мембранах, в то же время, что и топливо из топлива, что увеличивает срок службы батареи и в то же время снижает затраты.
Так как напряжение измеряется в вольтах, а количество электричества - в кулонах, то энергия W будет в джоулях. Так как заряд, накопленный между пластинами емкости, равен Q = C×U , то формулу можно перезаписать в следующей форме:
Эта получившееся формула говорит нам о том, что энергия, накопленная в поле конденсатора, равна половине произведения емкости на квадрат напряжения между его металлическими пластинами .
Мембрану можно также использовать в солнечных батареях и ветровых турбинах для хранения и управления производимой электроэнергией. Однако энергия, получаемая из этих источников, подвержена нестабильности из-за ее зависимости от природных факторов. Однако, расширяя источники энергии с помощью мембраны, проблему неустойчивости можно было бы опровергнуть. Таким образом, избыточная энергия может быть немедленно сохранена в мембранах и доставлена для использования, когда естественные факторы являются недостаточными, например, при отсутствии света ночью.
Думаю данный вывод мы еще вспомним при изучении материала о колебательных контурах.
Энергия заряженной емкости
Конденсатор - это простой электротехнический прибор, обладающий свойством накопления энергией поля
ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ КОНДЕНСАТОРА
энергия поля конденсатора - занимательный опыт из курса физики и лекций по электротехнике с основами электроники.