В настоящее время стремительное развитие получили новые технологии создания электрохимических конденсаторов – суперконденсаторов, нашедшие применение в промышленности в качестве источников тока. Включение электрохимического конденсатора, обеспечивающего запасенной энергий потребителей, позволит увеличить срок службы аккумуляторной батареи при необходимости обеспечения нагрузки значительной величиной кратковременного тока.
Электрическая энергия в данном устройстве запасается в двойном электрическом слое на границе раздела электрода и электролита. Этот слой при приложенном напряжении образуется в результате накопления анионов и катионов раствора электролита на поверхностях положительного и отрицательного электродов.
Поскольку толщина двойного электрического слоя измеряется ангстремами, а поверхность проводника достигает 1500-2000 кв.м/г (активированный уголь), то особенностью электрохимического конденсатора является значительно более высокая, чем у обычных источников тока, запасенная энергия. В зависимости от материалов, используемых в качестве электродов: уголь, углеродные нанотрубки, графены, и используемого электролита: водный, органический, исследователи разработали электрохимические конденсаторы с разной удельной энергоемкостью, внутренним сопротивлением, электрическими свойствами [1, Арсентьев, с.20; 2. Конышев с.84] Органический электролит облает худшей электропроводностью, горюч и дорогостоящ, однако дает возможность увеличить рабочее напряжение, прикладываемое к ячейке конденсаторного устройства, в два раза по сравнению с водным раствором, что позволяет создать суперконденсаторы с большей удельной энергоемкостью.
Величина приложенного напряжения ограничена конструктивными особенностями суперконденсатора, поскольку при увеличении предельного значения происходит разложение электролита, возникает дополнительный ток, происходит нагрев и выход из строя.
В настоящее время разработчиками электрохимических конденсаторов в России являются ООО МНПО «ЭКОНД», ЗАО НПП «Инкар-М», ОАО Энергия, ЗАО Элит, ВСКБ «РИКОН», ОАО Элеконд, Элтон, РОСНОУ, проект университета «Дубна» и НПО «Восток» [3,12 ]. За рубежом: AVX Corp.; Cooper Bussmann; Cornell Dubilier; Elna America Inc.; EPCOS; Maxwell Technologies, Inc.; NEC; NessCap Co Ltd.; Nichicon; Panasonic Industrial Components; Seiko Instruments USA Inc.; Taiyo Yuden; Vishay; United Chemi-Con; Wima; LS Ultracapacitor. Сравнительные характеристики суперконденсаторов представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Сравнительные характеристики суперконденсаторов

Существует множество принципов построения данного устройства. Например, особенностью электрохимических конденсаторов ЭЛТОН является “асимметричная” конструкция, который состоит из отрицательных и положительных электродов, сепаратора и электролита. Применение сепаратора между электродами необходимо для предотвращения возникновения короткого замыкания между электродами, при проникновении ионов. Отрицательный электрод выполнен из активированного углеродного материала, а положительный электрод – из гидроксида никеля. В качестве электролита используется водный раствор щелочи [4].
Емкость электрохимического конденсатора можно найти по выражению:
(1)
где I – постоянный ток разряда, t – время разряда, - номинальное напряжение ,  - диапазон изменения напряжений [5, Кочетов, с. 19]
К недостаткам суперконденсаторов следует отнести: энергетическую плотность (1-10Вт/кг) большую, чем у конденсаторов, но меньшую чем у аккумуляторов; небольшую удельную энергоемкость по сравнению с аккумуляторами; линейное изменение напряжение при заряде и разряде постоянным током; высокую стоимость (до 10 долларов за кДж накопленной энергии); значительно более высокую, по сравнению с конденсаторными установками, величину внутреннего сопротивления.
Преимуществами данного устройства являются: высокая мощность, значительно превышающая мощность аккумуляторов; значительный ресурс – большое число циклов “заряд-разряд” (100.000) и длительный срок службы (более 10 лет); быстрый процесс заряда (15-40 мин); возможность работы при низких и высоких температурах без значительных изменений выходных характеристик (–50/+70 0С); возможность пропускать большие токи при разряде, заряде [6, Шурыгина, с.15; 7, Деспотули, с.13. ]
Эффективность совместного применения суперконденсаторов и аккумуляторных батарей подтверждается опытом их использования в автотранспорте (табл. 2)

Таблица 2 – Характеристики пускового режима

Рассмотренный успешный опыт применения суперконденсаторов в качестве гибридного источника тока совместно с аккумуляторными батареями позволяет рекомендовать их для использования в электротехническом комплексе для пуска генерирующего агрегата, работающего в режиме электродвигателя.

1. Арсентьев В Пленочные конденсаторы специального применения // Компоненты и технологии. 2008. №11. С. 20-21.
2. Конышев В.С. Нанотехнологии и новая эра электролитических конденсаторов / Нанотехнологии Экология Производство. 2009. №1. С.84-84.
3. Мировой и российский рынок суперконденсаторов для транспорта / М.: Агентство промышленной информации, 2010. 13 с.
4. Элтон. Электрохимические конденсаторы. URL: http://www.elton-cap.ru/products/texnologiya/ (дата обращения: 28.05.2014)
5. Кочетов Н. Ионисторы // Моделист-конструктор. 2001. № 2. С. 18-20.
6. Шурыгина В. Суперконденсаторы. Размеры меньше, емкость выше // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2009. №7. С.10-20.
7. Деспотули А Суперконденсаторы для электроники / А. Деспотули, А. Андреева // Современная электроника. 2006. № 5. С.10-14.

Все статьи автора «Турышева Анна Вахтанговна»