Как сделать ионистор своими руками
Электрическая емкость земного шара, как известно из курса физики, составляет примерно 700 мкФ. Обычный конденсатор такой емкости можно сравнить по весу и объему с кирпичом. Но есть и конденсаторы с электроемкостью земного шара, равные по своим размерам песчинке.
Появились такие приборы сравнительно недавно, лет двадцать назад. Их называют по-разному: ионисторами, иониксами или просто суперконденсаторами.
Не думайте, что они доступны лишь каким-то аэрокосмическим фирмам высокого полета. Сегодня можно купить в магазине ионистор размером с монету и емкостью в одну фараду, что в 1500 раз больше емкости земного шара и близко к емкости самой большой планеты Солнечной системы — Юпитера.
Любой конденсатор запасает энергию. Чтобы понять, сколь велика или мала энергия, запасаемая в ионисторе, важно ее с чем-то сравнить. Вот несколько необычный, зато наглядный способ.
Энергии обычного конденсатора достаточно, чтобы он мог подпрыгнуть примерно на метр-полтора. Крохотный ионистор типа 58-9В, имеющий массу 0,5 г, заряженный напряжением 1 В, мог бы подпрыгнуть на высоту 293 м!
Иногда думают, что ионисторы способны заменить любой аккумулятор. Журналисты живописали мир будущего с бесшумными электромобилями на суперконденсаторах. Но пока до этого далеко. Ионистор массой в один кг способен накопить 3000 Дж энергии, а самый плохой свинцовый аккумулятор — 86 400 Дж — в 28 раз больше. Однако при отдаче большой мощности за короткое время аккумулятор быстро портится, да и разряжается только наполовину. Ионистор же многократно и без всякого вреда для себя отдает любые мощности, лишь бы их могли выдержать соединительные провода. Кроме того, ионистор можно зарядить за считаные секунды, а аккумулятору на это обычно нужны часы.
Это и определяет область применения ионистора. Он хорош в качестве источника питания устройств, кратковременно, но достаточно часто потребляющих большую мощность: электронной аппаратуры, карманных фонарей, автомобильных стартеров, электрических отбойных молотков. Ионистор может иметь и военное применение как источник питания электромагнитных орудий. А в сочетании с небольшой электростанцией ионистор позволяет создавать автомобили с электроприводом колес и расходом топлива 1-2 л на 100 км.
Ионисторы на самую разную емкость и рабочее напряжение есть в продаже, но стоят они дороговато. Так что если есть время и интерес, можно попробовать сделать ионистор самостоятельно. Но прежде чем дать конкретные советы, немного теории.
Из электрохимии известно: при погружении металла в воду на его поверхности образуется так называемый двойной электрический слой, состоящий из разноименных электрических зарядов — ионов и электронов. Между ними действуют силы взаимного притяжения, но заряды не могут сблизиться. Этому мешают силы притяжения молекул воды и металла. По сути своей двойной электрический слой не что иное, как конденсатор. Сосредоточенные на его поверхности заряды выполняют роль обкладок. Расстояние между ними очень мало. А, как известно, емкость конденсатора при уменьшении расстояния между его обкладками возрастает. Поэтому, например, емкость обычной стальной спицы, погруженной в воду, достигает нескольких мФ.
По сути своей ионистор состоит из двух погруженных в электролит электродов с очень большой площадью, на поверхности которых под действием приложенного напряжения образуется двойной электрический слой. Правда, применяя обычные плоские пластины, можно было бы получить емкость всего лишь в несколько десятков мФ. Для получения же свойственных ионисторам больших емкостей в них применяют электроды из пористых материалов, имеющих большую поверхность пор при малых внешних размерах.
На эту роль были перепробованы в свое время губчатые металлы от титана до платины. Однако несравненно лучше всех оказался… обычный активированный уголь. Это древесный уголь, который после специальной обработки становится пористым. Площадь поверхности пор 1 см3 такого угля достигает тысячи квадратных метров, а емкость двойного электрического слоя на них — десяти фарад!
Самодельный ионистор На рисунке 1 изображена конструкция ионистора. Он состоит из двух металлических пластин, плотно прижатых к «начинке» из активированного угля. Уголь уложен двумя слоями, между которыми проложен тонкий разделительный слой вещества, не проводящего электроны. Все это пропитано электролитом.
При зарядке ионистора в одной его половине на порах угля образуется двойной электрический слой с электронами на поверхности, в другой — с положительными ионами. После зарядки ионы и электроны начинают перетекать навстречу друг другу. При их встрече образуются нейтральные атомы металла, а накопленный заряд уменьшается и со временем вообще может сойти на нет.
Чтобы этому помешать, между слоями активированного угля и вводится разделительный слой. Он может состоять из различных тонких пластиковых пленок, бумаги и даже ваты.
В любительских ионисторах электролитом служит 25%-ный раствор поваренной соли либо 27%-ный раствор КОН. (При меньших концентрациях не сформируется слой отрицательных ионов на положительном электроде.)
В качестве электродов применяют медные пластины с заранее припаянными к ним проводами. Их рабочие поверхности следует очистить от окислов. При этом желательно воспользоваться крупнозернистой шкуркой, оставляющей царапины. Эти царапины улучшат сцепление угля с медью. Для хорошего сцепления пластины должны быть обезжирены. Обезжиривание пластин производится в два этапа. Вначале их промывают мылом, а затем натирают зубным порошком и смывают его струей воды. После этого прикасаться к ним пальцами не стоит.
Активированный уголь, купленный в аптеке, растирают в ступке и смешивают с электролитом до получения густой пасты, которой намазывают тщательно обезжиренные пластины.
При первом испытании пластины с прокладкой из бумаги кладут одна на другую, после этого попробуем его зарядить. Но здесь есть тонкость. При напряжении более 1 В начинается выделение газов Н2, О2. Они разрушают угольные электроды и не позволяют работать нашему устройству в режиме конденсатора-ионистора.
Поэтому мы должны заряжать его от источника с напряжением не выше 1 В. (Именно такое напряжение на каждую пару пластин рекомендовано для работы промышленных ионисторов.)
Подробности для любознательных
При напряжении более 1,2 В ионистор превращается в газовый аккумулятор. Это интересный прибор, тоже состоящий из активированного угля и двух электродов. Но конструктивно он выполнен иначе (см. рис. 2). Обычно берут два угольных стержня от старого гальванического элемента и обвязывают вокруг них марлевые мешочки с активированным углем. В качестве электролита употребляется раствор КОН. (Раствор поваренной соли применять не следует, поскольку при ее разложении выделяется хлор.)
Энергоемкость газового аккумулятора достигает 36 000 Дж/кг, или 10 Вт-ч/кг. Это в 10 раз больше, чем у ионистора, но в 2,5 раза меньше, чем у обычного свинцового аккумулятора. Однако газовый аккумулятор — это не просто аккумулятор, а очень своеобразный топливный элемент. При его зарядке на электродах выделяются газы — кислород и водород. Они «оседают» на поверхности активированного угля. При появлении же тока нагрузки происходит их соединение с образованием воды и электрического тока. Процесс этот, правда, без катализатора идет очень медленно. А катализатором, как выяснилось, может быть только платина… Поэтому, в отличие от ионистора, газовый аккумулятор большие токи давать не может.
Тем не менее, московский изобретатель А.Г. Пресняков (http://chemfiles.narod.r u/hit/gas_akk.htm) успешно применил для запуска мотора грузовика газовый аккумулятор. Его солидный вес — почти втрое больше обычного — в этом случае оказался терпим. Зато низкая стоимость и отсутствие таких вредных материалов, как кислота и свинец, казалось крайне привлекательным.
Газовый аккумулятор простейшей конструкции оказался склонен к полному саморазряду за 4-6 часов. Это и положило конец опытам. Кому же нужен автомобиль, который после ночной стоянки нельзя завести?
И все же «большая техника» про газовые аккумуляторы не забыла. Мощные, легкие и надежные, они стоят на некоторых спутниках. Процесс в них идет под давлением около 100 атм, а в качестве поглотителя газов применяется губчатый никель, который при таких условиях работает как катализатор. Все устройство размещено в сверхлегком баллоне из углепластика. Получились аккумуляторы с энергоемкостью почти в 4 раза выше, чем у аккумуляторов свинцовых. Электромобиль мог бы на них пройти около 600 км. Но, к сожалению, пока они очень дороги.
Источник
Как сделать ионистор своими руками
Не корысти окаянной ради, но токомо Just for Fun слепил на работе таковой ионистор.
В обойму из стеклотекстолита толщиной 10 мм, диаметром (внутренним) 63 мм помещены:
1) сепаратор из фильтровальной бумаги;
2) по обе стороны от него- 2 слоя активной массы толщиной 2- 3 мм (до обжатия);
3) на активную массу наложены с каждой стороны по нержавеющему диску- токосъёмнику толщиной 1 мм. К дискам припаяны выводы;
4) сверху на токосъёмники наложены прокладки из кислото-щёлочестойкой резины толщиной по 5 мм каждая.
Вся конструкция сжата двумя нержавеющими пластинами толщиной 3 мм и 4мя болтами М6.
Если не понятно, но очень интересно- могу нарисовать эскиз.
Теперь что из себя представляет активная масса:
1) активированный уголь марки БАУ-А измельчён до прохода через сито с ячейкой 0,05 мм (мельче не нашёл);
2) этот уголь выварен в 40%-м растворе КОН (щёлочь) для удаления воздуха из пор угля;
3) избыток раствора щёлочи отделён на бумажном фильтре. Осталась мокрая углеродная масса, по виду и консистенции напоминающая добротное дерьмо. Её и намазал на электроды.
Поскольку это чистая импровизация, герметизация рабочей полости продумана плохо, и при стягивании часть раствора выпрессовалась наружу.
Теперь, на что это чудо способно.
На скорую руку снял несколько зарядно- разрядных кривых. Привожу наиболее, на мой взгляд, достоверную. Разряд с начального напряжения 0,152 В на сопротивление 2,2 Ом: 0 мин- 0,152 В; 1 мин- 0,101 В; 2 мин- 0,060 В; 3 мин- 0,037 В; 4 мин- 0,024 В; 5 мин- 0,015 В; 10 мин- 0,002 В. Если принять, что за t= RC напряжение снижается до 37% от начального, то ёмкость устройства можно оценить в 80 Ф. Хотите- верьте, хотите- нет!
Ток КЗ заряженного до 0,88 В устройства составил около 5 А.
Добавлено: Fri Jul 30, 2010 2:45 pm
|
|
|
Я бы сказал, just for lulz. 
Хороший, кхм, ионистор.
Добавлено: Fri Jul 30, 2010 2:50 pm
ахринеть ионистр на коленке, как я понимаю следующий шаг батарея ионистров?
Добавлено: Fri Jul 30, 2010 2:51 pm
Electricman писал(а):
Я бы сказал, just for lulz.
Хороший, кхм, ионистор.
А чего в нём смешного for lulz?
Deen: правильно понимаешь. Только конструкцию корпуса продумаю и кое- какие зависимости для себя уясню.
Добавлено: Fri Jul 30, 2010 2:56 pm
кидай эскизик, вместе подумаем 
Добавлено: Fri Jul 30, 2010 3:00 pm
Котофеич, как для «наколенного» ионистора весьма хорош!
ждем батарею
Добавлено: Fri Jul 30, 2010 3:05 pm
как ты относишся к всяким фильтрам — масляный воздушный топливный?
Добавлено: Fri Jul 30, 2010 3:21 pm
Deen писал(а):
кидай эскизик, вместе подумаем
Кроме того, пробовал заряжать его при повышенном напряжении. До 1 В, примерно, работает как ионистор (похоже на то. ). С 1,2- 1,5 В начинается электролиз (слышно шипение), и ионистор ненавязчиво превращается в газовый аккумулятор. Ток КЗ с такого заряда уже около 8 А.
Причём тут фильтры? Если на сепаратор, так у меня есть расово верные материалы (мипласт, стеклоткань, в т.ч., и кварцевая). Просто в первую версию жалко их переводить было.
Добавлено: Fri Jul 30, 2010 3:39 pm
|
В нём нет смешного, сделано для смеха.
Лучше бы не фильтрованная бумага, а что-то типа мипора, или т.п.
Например, сепаратор от автоаккумулятора.
Добавлено: Fri Jul 30, 2010 3:55 pm
Да есть он у меня, есть. Как нормальную конструкцию продумаю- поставлю.
Добавлено: Fri Jul 30, 2010 3:57 pm
Зачёт. Сам хотел когда-то такое сделать, да руки не дошли.
Поздравляю! 
Давай батарею 
Добавлено: Fri Jul 30, 2010 4:15 pm
Нормальмная конструкция, только набрать колец, да хоть из оргстекла и чередовать кольцо, мембрана,кольцо, фольга. а вот крайние как раз и будут те которые ты уже сделал. Заправить, стянуть, зашкурить и обмазать герметиком.
Добавлено: Fri Jul 30, 2010 4:52 pm
Занимательная штука! ИМХО надо включить в список школьных экспериментов =-)
Добавлено: Fri Jul 30, 2010 5:09 pm
Поснимал поточнее разрядные характеристики.
Заряжал от жирной батарейки до 1 В. Зарядные характеристики не снимал ввиду неизвестного внутреннего сопротивления этой самой батарейки. При напряжении на батарейке 1,6 В, ионистор заряжает до 1 В за 25 сек.
Снимал при разных разрядных сопротивлениях. Результаты в прилагаемом архиве. Разброс расчётных ёмкостей получается приличный. Но если оцениваться по порядку величины- в 30- 40 Ф укладывается. Запасаемая энергия 10- 20 дж.
Также наблюдал явление резкого провала напряжения ионистора сразу после снятия зарядного напряжения. На 150- 200 мВ, примерно. Причём, независимо от того, заряжать его до 1 В, 0,8 или 0,6 В. Это явление наблюдается и в профессиональных элементах. (В приложенной статье оно тоже описано. Оттуда я и саму конструкцию содрал).
Так что, идея оказалась жизнеспособной. В качестве обоймы впредь намерен использовать обрезки наших любимых говнотруб диаметром 50 или 60 мм. В такой трубе сразу «сэндвич» из множества последовательных элементов можно стянуть. И загерметизировать легче.
Короче, наделать батарей таких ионисторов- дело техники. Остаётся 2 главных вопроса:
1) Какой максимальной толщины имеет смысл делать слой графитовой массы на электроде?
2) Как трансформировать энергию ионистора в более удобоприемлемую форму? Идеально- мощный короткий импульс.
Если по п.1 могу поэкспериментировать и найти этот предел, то п.2 представляет серьёзную задачу.
Добавлено: Fri Jul 30, 2010 9:28 pm
|
2006_09_12.pdf (407.93 Кб)
Кое- какая матчасть. ионистора.zip (7.96 Кб)
Разрядные характеристики.
Интересная темка. Надо было отдельную сделать, а то тут сгинет же так что и не найдёшь.
А как у него с саморазрядом?
Добавлено: Fri Jul 30, 2010 9:45 pm
Сейчас снимаю. Но уже видно, что херово. За 1 час с 0,8 В до 0.44 В просел, за ещё следующий час до 0,24 В.
Предполагаю, что сепаратор таки негодный и при затягивании мог прорваться. В следующий вариант пойдёт что-нибудь потолще и попрочнее.
Добавлено: Fri Jul 30, 2010 9:48 pm
Толщина вряд ли больше миллиметра.
А насколько короткий нужен импульс?
Добавлено: Fri Jul 30, 2010 9:50 pm
Надо бы ещё безводный электролит изобрести.
Добавлено: Fri Jul 30, 2010 9:52 pm
Миллисекунды.
Добавлено: Fri Jul 30, 2010 9:52 pm
Задача аналогичная получению миллисекундного импульса от автомобильного аккума. Интересны предлагаемые методы
Добавлено: Fri Jul 30, 2010 9:56 pm
Промежуточный индуктивный накопитель.
Добавлено: Fri Jul 30, 2010 9:56 pm
Миллисекунды.
уууу-эээ-ыыыыыыыыы
Ну ради фана можешь попробовать вооружиться запоминающим осцыллом и поглядеть на скорость нарастания тока.
Добавлено: Fri Jul 30, 2010 10:10 pm
Скорость такая, что я её и без осцилла вижу. 
Добавлено: Fri Jul 30, 2010 10:14 pm
И где поверхность , от туда ноги растут.
Добавлено: Sat Jul 31, 2010 1:25 pm
Ух ты! В персональную тему отделили. Какая честь!
2 Пётр: что ты имел в виду про «ноги растут»?
Сегодня заставил его поработать на какую- никакую реальную нагрузку. Лампочку на 2,5 В. Разумеется, горит не в полный накал, но довольно долго- несколько минут. Пока напряжение не упадёт до величин меньше 0,5 В.
Пока выводы можно сделать следующие:
1) Ёмкость- отличная.
2) Внутреннее сопротивление- порядка десятых долей Ома. Неплохо (у промышленных для резервного питания электроники до 100 Ом бывает) для начала. Но учитывая конечную цель их применения, нужно меньше раз в 100. Варианты видятся такие: увеличить количество электролита, добавить к углю металлического порошка, уменьшить толщину обмазки и посильнее сжать всю сборку.
3) Саморазряд- отвратителен. Кроме дырявого сепаратора другой причины пока предположить не могу.
4) Конструкция элемента- довольно паршива. Из-за недостаточной герметичности электролит вытекает, высыхает и/или карбонизируется. Заметно уменьшение ёмкости и увеличение внутреннего сопротивления со временем.
Источник