Ионистор

Ионистор (или суперконденсатор) - это энергонакопительный конденсатор, заряд в котором накапливается на границе раздела двух сред - электрода и электролита. Энергия в ионисторе содержится в виде статического заряда. Накопление совершается, если к его обкладкам будет приложена разность потенциалов (постоянное напряжение). Концепция создания ионисторов появилась недавно, и в настоящее время они заняли свою нишу применения. Ионисторы успешно могут заменять химические источники тока в качестве резервного (микросхемы памяти) или основного подзаряжаемого (часы, калькуляторы) источника питания.

Ионистор

Если обычный конденсатор представляет собой обкладки из фольги, разделенные сухим сепаратором, то ионистор - это комбинация конденсатора с электрохимической батареей. В нем применяются специальные обкладки и электролит. В качестве обкладок используются материалы одного из трех типов: обкладки большой площади на основе активированного угля, оксиды металлов и проводящие полимеры. Использование высокопористых угольных материалов позволяет достичь плотности емкости порядка 10 Ф/см³ и больше. Ионисторы на базе активированного угля наиболее экономичны в изготовлении. Их еще называют двухслойными или DLC-конденсаторами, потому что заряд сохраняется в двойном слое, образующемся на поверхности обкладки.

Электролит ионисторов может быть водным либо органическим. Ионисторы на основе водного электролита обладают небольшим внутренним сопротивлением, но напряжение заряда для них ограничено 1 В. А ионисторы на основе органических электролитов обладают более высоким внутренним сопротивлением, но обеспечивают напряжение заряда 2...3 В.

Для питания электронных схем нужны более высокие напряжения, чем обеспечивают ионисторы. Для получения нужного напряжения их включают последовательно. 3-4 ионистора обеспечивают напряжение достаточной величины. Величина энергетической емкости конденсаторов измеряется в пикофарадах, нанофарадах и микрофарадах, в то время как емкость ионисторов (суперконденсаторов) на самом деле огромна и измеряется в фарадах (Ф). В ионисторах достижима энергетическая плотность от 1 до 10 Вт/кг. Она больше, чем у типичных конденсаторов, но меньше, чем у аккумуляторов. Относительно низкое внутреннее сопротивление ионисторов обеспечивает хорошую проводимость.

Ионистор может запасать энергию, примерно равную 1/10 энергии никель-металлгидридного аккумулятора. В то время как аккумулятор выдает относительно постоянное рабочее напряжение, напряжение на ионисторе понижается линейно от рабочего значения до нуля и ему не присущи такие плоские зоны характеристики разряда, как у аккумуляторов. По этой причине ионистор не способен удерживать полный заряд. Степень его заряда определяется в процентах и зависит в первую очередь от того приложения, в котором он применяется.

Например, если 6-вольтовая батарея допускает разряд до 4,5 В, пока оборудование не выключится, ионистор достигает этого порога в течение первой четверти времени разряда. Оставшаяся в нем запасенная энергия оказывается бесполезной. Для повышения степени использования запасенной в ионисторе энергии можно использовать DC/DC преобразователи, однако такой путь недостаточно результативен и к тому же ведет к удорожанию системы на 10-15%.

Чаще всего ионисторы используют для питания микросхем памяти, и иногда ими подменяют электрохимические батареи. Кроме того, их используют в цепях фильтрации и сглаживающих фильтрах. Ионисторы могут работать и в буфере с батареями в целях защиты их от резких скачков тока нагрузки: при низком токе нагрузки батарея подзаряжает суперконденсатор, и если ток резко возрастет, суперконденсатор отдаст запасенную энергию, чем уменьшит нагрузку на батарею. При таком варианте использования его размещают либо непосредственно возле аккумуляторной батареи, либо внутри ее корпуса.

Преимущества ионисторов:
• большой срок службы;
• малое внутреннее сопротивление - обеспечивает сглаживание импульсов (бросков) тока нагрузки, если ионистор включен параллельно аккумуляторной батарее;
• быстрый заряд - в течение нескольких секунд из-за низкого внутреннего сопротивления;
• работа ионистора при любом напряжении, не превосходящем номинального;
• неограниченное число циклов заряд/разряд;
• отсутствие необходимости контроля за режимом зарядки;
• использование простых методов заряда;
• широкий диапазон рабочих температур: -25...+70 °С;
• относительная дешевизна ионисторов.
Недостатки ионисторов:
•не обеспечивают достаточного накопления энергии;
• маленькая энергетическая плотность;
• низкое напряжение на некоторых типах ионисторов;
• для получения требуемого напряжения необходимо последовательное подключение не менее трех ионисторов;
• высокий саморазряд.
Применение ионисторов:
• телевизоры, СВЧ-печи: резервное питание таймера;
•видеокамеры, платы памяти: резервное питание запоминающего устройства во время смены батарей;
•музыкальные центры: питание микросхем памяти установок тюнера;
•телефоны: резервное питание микросхем памяти для хранения номеров абонентов;
•электронные счетчики электрической энергии;
•охранная сигнализация;
•электронные измерительные приборы и т.п.