Природа подарила человеку разнообразные источники энергии: солнце, ветер, реки и другие. Недостатком этих генераторов бесплатной энергии является отсутствие стабильности. Поэтому в периоды избытка энергии ее запасают в накопителях и расходуют в периоды временного спада. Накопители энергии характеризуют следующие параметры:
- объем запасаемой энергии;
- скорость ее накопления и отдачи;
- удельная плотность;
- сроки хранения энергии;
- надежность;
- стоимость изготовления и обслуживания и другие.
Методов систематизации накопителей множество. Одним из самых удобных является классификация по типу энергии, используемой в накопителе, и по способу ее накопления и отдачи. Накопители энергии подразделяются на следующие основные виды:
- механические;
- тепловые;
- электрические;
- химические.
Накопление потенциальной энергии
Суть этих устройств незамысловата. При подъеме груза происходит накопление потенциальной энергии, при опускании она совершает полезную работу. Особенности конструкции зависят от вида груза. Это может быть твердое тело, жидкость или сыпучее вещество. Как правило, конструкции устройств этого типа предельно просты, отсюда высокая надежность и длительный срок службы. Время хранения запасенной энергии зависит от долговечности материалов и может достигать тысячелетий. К сожалению, такие устройства обладают низкой удельной энергоемкостью.
От чего зависит емкость
Емкость это свойство накопления и удержания электрозаряда. Чем она больше, тем больше заряд, увеличивающий вместимость сосуда с газовым баллоном. Она зависит от того, какова форма и размер электродов. Также зависит от того, какое расположение и свойство имеет диэлектрик, разделяющий электрод. Есть плоский конденсаторный источник с параллельной и цилиндрической пластиной.
Имеет не только специально предусмотренное устройство, но и несколько проводников, которые разделены при помощи диэлектрика. Емкость существенно влияет на электротехнические установки переменного тока. К примеру, источник с определенной емкостью имеется электрический провод с живым электрическим кабелем, жилой и металлической кабельной оболочкой.
От чего зависит емкость
Механические накопители кинетической энергии
В этих устройствах энергия хранится в движении какого-либо тела. Обычно это колебательное или поступательное движение.
Кинетическая энергия в колебательных системах сосредоточена в возвратно-поступательном движении тела. Энергия подается и расходуется порциями, в такт с движением тела. Механизм достаточно сложный и капризный в настройке. Широко используется в механических часах. Количество запасаемой энергии обычно невелико и годится только для работы самого устройства.
Описание прибора
Конденсатор является двухполюсником, имеющим постоянную или переменную емкость с малой проводимостью. Это устройство, которое накапливает напряжение и магнитную электроэнергию. Состоит из двух токопроводящих обкладок, между которыми находится диэлектрик. Является своеобразным аккумулятором.
Обратите внимание! Стоит указать, что есть конденсаторный источник переменной и постоянной емкости. Также есть электролитический конденсаторный вид.
Полное понятие из области физики
Накопители, использующие энергию гироскопа
Запас кинетической энергии сосредоточен во вращающемся маховике. Удельная энергия маховика значительно превосходит энергию аналогичного статического груза. Имеется возможность в короткий промежуток времени производить прием или отдачу значительной мощности. Время хранения энергии невелико, и для большинства конструкций ограничено несколькими часами. Современные технологии позволяют довести время хранения энергии до нескольких месяцев. Маховики очень чувствительны к сотрясениям. Энергия устройства находится в прямой зависимости от скорости его вращения. Поэтому в процессе накопления и отдачи энергии происходит изменение скорости вращения маховика. А для нагрузки, как правило, требуется постоянная, невысокая скорость вращения.
Более перспективными устройствами являются супермаховики. Их изготавливают из стальной ленты, синтетического волокна или проволоки. Конструкция может быть плотной или иметь пустое пространство. При наличии свободного места витки ленты перемещаются к периферии вращения, момент инерции маховика изменяется, часть энергии запасается в подвергшейся деформации пружине. В таких устройствах скорость вращения более стабильна, чем в цельнотелых конструкциях, а их энергоемкость гораздо выше. Кроме того, они более безопасны.
Современные супермаховики изготовляют из кевларового волокна. Они вращаются в вакуумной камере на магнитном подвесе. Способны сохранять энергию несколько месяцев.
Дополнительные плюсы установки конденсаторов в автомобилях
Кроме решения проблем с работой сабвуфера, подключаемый в сеть автомобиля конденсатор оказывает положительное влияние на режим работы электрооборудования в целом. Проявляется это следующим образом:
- Конденсатор является хорошим фильтром высокочастотных составляющих сетевого напряжения, возникающих при коммутации нагрузок и работе некоторых электронных приборов, его функции благоприятно сказываются на работе всех систем автомобиля;
- Применение конденсатора позволяет сгладить скачки напряжения, возникающие при включении и отключении потребителей бортовой сети, что позволяет генератору работать в более ровном режиме;
- При запуске автомобиля стартером, конденсатор, безусловно, принимает в нем дополнительное участие, отдавая свой заряд в бортовую сеть. Особенно это актуально зимой, когда возможность аккумулятора отдавать ток снижается, а свойства конденсатора не изменяются.
Механические накопители, использующие энергию пружины
Способны обеспечить самую большую механическую мощность из всех классов накопителей энергии. Она ограничена лишь пределом прочности пружины. Энергия в сжатой пружине может храниться несколько десятилетий. Однако из-за постоянной деформации в металле накапливается усталость, и емкость пружины снижается. В то же время высококачественные стальные пружины при соблюдении условий эксплуатации могут работать сотни лет без ощутимой потери емкости.
Функции пружины могут выполнять любые упругие элементы. Резиновые жгуты, например, в десятки раз превосходят стальные изделия по запасаемой энергии на единицу массы. Но срок службы резины из-за химического старения составляет всего несколько лет.
Прорыв в накопителях энергии или очередной случай, когда ученый «надругался» над журналистом?
Читая недавнюю новость об очередном небывалом прорыве в разработке накопителей энергии (зарядка аккумулятора смартфона буквально за секунды, 30 000 циклов заряд/разряд без потери емкости, а самое главное емкость в десятки раз больше чем у имеющихся образцов накопителей подобного типа, т.е. суперконденсаторов и на уровне как минимум не хуже литиевых аккумуляторов) я, разумеется, не поверил и отправился читать первоисточник, т.е. научную статью High-Performance One-Body Core/Shell Nanowire Supercapacitor Enabled by Conformal Growth of Capacitive 2D WS2 Layers опубликованную в журнале ACS Nano. Пробежав ее глазами и убедившись, что скепсис был обоснованным и правильным, сначала решил добавить пару комментариев под статьей и уже ставшую дежурной на GT картинку и этим ограничиться:
Но, прочитав статью полностью, решил, что она все-таки вполне заслуживает внимания, несмотря на справедливость комикса на КДПВ. Кое-что прорывное и очень перспективное в ней все-таки есть. А чего больше (прорывов или «ученых вылечивших рак») предлагаю оценить читателям самостоятельно после ознакомления с реальными параметрами изобретения под катом. Заодно там ответ на некоторые вопросы возникшие у читателей, в частности насколько эти «нанотехнологии» пригодны для промышленного внедрения (производства) или это так и останется не более чем интересным лабораторным экспериментом.
Хорошие новости команда
Что из себя представляет этот новый накопитель энергии? На самом деле он не новый, он относится к классу давно известных и широко применяемым на практике суперконденсаторов (ионисторов). Но ученым удалось существенно улучшить их параметры.
Одна из основных проблем при разработке ионисторов состоит в том, что приходится одновременно решать две задачи вступающие в противоречие друг с другом:
- повышать активную площадь электродов и их ионную проводимость, чтобы наращивать удельную емкость
- повышать электронную проводимость электродов, чтобы увеличивать удельную мощность и снижать потери энергии при быстрой зарядке/разрядке накопителя
В существовавших до этого классических технологиях наращивание одного параметра вело к существенному ухудшению другого. Последние годы появились разработки с использованием нанотехнологий, которые довольно неплохо сочетали оба требования, но они столкнулись с другой проблемой — быстрой деградацией сформированных наноструктур в процессе работы и быстрой потери емкости. Некоторые образцы в этом плане уступали даже обычным химическим аккумуляторам (выдерживали всего несколько сотен циклов).
Прорывом в этой работе можно назвать, что ученым удалось и на елку влезть и добиться высоких показателей сразу по трем параметрам одновременно: удельная емкость, удельная мощность, ресурс.
За счет чего удалось этого добиться? В основе всего лежит фольга переходного металла (в данном случае использовался вольфрам), которая обеспечивает высокие показатели по второму параметру (высокая электронная проводимость электродов, а, следовательно, высокая удельная мощность и малые потери в процессе зарядки/разрядки).
Далее на поверхности этой фольги формируется плотный «лес» из нанопроводков (штырьков) из оксида металла покрытых халькогенидом этого же металла (в данном случае использовался сульфид вольфрама — WS2). Схематично это выглядит так:
Коричневым на схеме обозначен чистый металл, более светлым оттенком — его оксид, а синим — халькогенид. Фольга внизу показана условно — на самом деле ее толщина намного больше (сравнима или даже больше высоты «штырьков»).
Причем это самые настоящие нанотехнологии, без кавычек. Вот так эти штырьки (или как их назвали в работе сами ученые — нанопровода) выглядят под электронным микроскопом:
Сверху общий вид поверхности, с выращенным на ней «лесом» из нанопроводков. (а) — общий вид отдельного «проводка» сбоку, (b) и ( c ) — вид поверхности (увеличенный фрагмент в красном прямоугольнике) на котором хорошо видна пленка хакольгенида сформированная поверх оксида металла, (d) — поперечное сечение одиночного проводка, (f) и (e) — увеличенные фрагменты обозначенные синим и зеленым.
Такая наноструктура позволяет обеспечить хорошие показатели по первому параметру: большая площадь активной поверхности электродов, вступающих в контакт с электролитом, и, следовательно, высокая удельная емкость по меркам суперконденсаторов.
А высокая стабильность достигается методом производства — эти нанопровода не напыляются на поверхность, а в буквальном смысле выращиваются из нее, формируя единую с ней кристаллическую структуру, что дает им высокую прочность/устойчивость в процессе эксплуатации. На следующем графике (e) результаты испытаний полученных образцов:
Даже после 30 000 циклов заряд+разряд на высокой мощности (около 8 секунд на зарядку и 16 секунд на полный цикл) емкость остается выше исходной. А первые несколько тысяч циклов она даже растет за счет активации поверхности (роста активной площади электродов). Максимум составляет около 125% от номинальной емкости при работе на больших токах (заряд за ~8 секунд), более 150% от номинальной емкости при работе на малых токах (заряд за ~160 секунд) и достигается после 2500 рабочих циклов.
Такая «выносливость» намного превосходит любые образцы «металлических» ионисторов (которые имеют сравнимую удельную мощность) и находится на уровне лучших классических углеродных (которые уступают по удельной мощности и емкости).
Так что же, учитывая все написанное выше, можно сказать, что наконец-то изобретен идеальный накопитель энергии, которого все так ждут?
Физика, бессердечная ты …
К сожалению нет. Как и у всех ионисторов этот накопитель энергии имеет один очень большой недостаток — малую удельную емкость. В плане емкости свершится чуду не позволяют фундаментальные физические ограничения. Это все тот же самый ионистор, запасающий энергию за счет использования двойного электрического слоя и с соответствующими ограничениями.
В частности у получившихся элементов очень низкий диапазон рабочих напряжений: всего от 0 до 0,8 Вольта, что даже ниже типовых уровней для ионисторов, изготовленных по другим технологиям. А энергия, запасаемая любыми конденсаторами, как известно, зависит от квадрата максимального напряжения.
Электрическая емкость (в Фарадах), тут хоть и существенно (в разы) выше большинства аналогов, но не на порядки, которые нужны чтобы компенсировать меньшее рабочее напряжение по сравнению с другими ионисторами, а потом еще и догнать химические аккумуляторы, от которых типовые ионисторы по удельной емкости отстают в десятки раз. На следующем графике приведен диапазон рабочих напряжений и зависимость удельной емкости (милиФарад на 1 см2 площади электрода) от скорости заряда/разряда:
При таких параметрах, чтобы хотя бы сравняться с давно и серийно производимыми литиевыми аккумуляторами, уже ставшими фактически стандартом, нужно иметь просто гигантскую площадь электродов и упаковывать их очень компактно.
Для сравнения можно взять литиевый аккумулятор стандартного размера 18650 (цилиндр диаметром 18мм, длиной 65мм и массой не более 50 грамм). Типовая достигнутая емкость таких элементов сейчас около 3 А*ч, при среднем рабочем напряжении 3.7 В, что дает около 40 000 Дж запасаемой энергии на один элемент: 3*3600*3.7 = 39 960 Дж.
Суперконденсатору с рабочим напряжением в 0.8 В для хранения такой же энергии понадобится емкость 40000/0.82*2 = 125 000 Фарад.
Для такой емкости нужна площадь каждого электрода в 125000/0.05 = 2 500 000 см2 = 250 м2.
Если попытаться уместить всю эту площадь электродов в аналогичный малый объем 18650 элемента, то получится лента длиной более 4000 метров на каждый из 2х электродов и такой же длины сепаратор между ними. Такая плотность упаковки даже близко не достижима на практике. Более того, она не достижима даже в теории (если взять толщину основы, на которой выращен «лес», равной нулю и равным нулю расстояние между электродами, все-равно получится занимаемый объем значительно больше чем у аккумулятора).
Собственно, ученые, проводившие исследование, это отлично понимают. Они оценили удельную емкость конденсаторов при использовании подобных электродов на уровне порядка 0.06 Вт*ч/см3 или 216 Дж/см3. Это максимально оптимистичная оценка (предел) не достижимая на практике, т.к. учитывается только объем самих электродов без всего остального (сепаратора, электролита, корпуса). На практике хорошим достижением будет считаться емкость в 1.5-2 раза ниже этого предела.
По меркам суперконденсаторов — это просто шикарные параметры, по совокупности (емкость/мощность) превосходящие все аналоги. Ниже на графике сравнение со всеми уже используемыми на практике и рассматриваемыми как перспективные альтернативными технологиями производства конденсаторов (обсуждаемый вариант — набор черных точек):
По оси X — удельная мощность, Ватт / см3 по оси Y — удельная емкость, Ватт*час / см3 При этом стоит обратить внимание на то, что обе шкалы логарифмические, одно большое деление = увеличению параметра в 10 раз
Но, по сравнению с химическими аккумуляторами, емкость все равно очень мала. Если вспомнить тот же серийный 18650 элемент на базе лития, то при физическом объеме менее 17 см3 и запасаемой энергии порядка 40 000 Дж его удельная емкость составляет порядка 2350 Дж/см3. Т.е. минимум в 10 раз выше чем предельная (теоретическая) емкость этой разработки. И в 15-20 раз выше чем можно ожидать от нее на практике в случае начала производства. По массе (Дж/кг) отставание от литиевых аккумуляторов будет еще выше. По массовой удельной емкости ученые в своей работе данных не привели, но и так понятно, что подобные элементы будут тяжелыми: готовый элемент на макроуровне будет представлять собой максимально плотно свернутый рулончик фольги из вольфрама пропитанный электролитом.
В общем, про аккумуляторы для смартфонов, планшетов и другой электроники, заряжающейся за считанные секунды можно сразу забыть. Так же как и про аккумуляторы для электромобилей с зарядкой за минуты и огромным ресурсом. Это все чистые выдумки журналистов не имеющие отношения к реальности (см. КДПВ). Для таких применений емкость неприлично мала.
Но в ряде сегментов, с учетом своих характеристик (высокая удельная мощность и очень большой ресурс, при не самой плохой емкости), такие накопители могут быть очень перспективны.
Например:
- Буфер-накопитель на электротранспорте (гибриды или электромобили с малой емкостью основной батареи, другой электротранспорт типа электробайков) для рекуперативного торможения и/или кратковременного «форсажа», т.е. защита основной батареи от пиковых нагрузок или же буфер для электротранспорта не имеющего основной батареи вовсе (топливные ячейки).
- Промежуточный источник бесперебойного питания большой мощности (подхватывающий нагрузку при сбое основного питания, до тех пор пока не запустится резервный генератор).
- Регуляция скачков напряжения и частоты в энергосистемах, что становится с каждым годом все актуальнее по мере широкого внедрения нестабильных ВИЭ в энергосистемы.
И другие подобные применения требующие большой удельной мощности и частых включений.
Взлетит или не взлетит?
Практическое внедрение подобной технологии будет зависеть от возможности переноса из лаборатории на промышленное производство и, разумеется, от цен. Если насчет цен ничего определенного пока сказать нельзя, то перспективы серийного производства выглядят неплохо. В отличии от большинства прочих нанотехнологий, рискующих никогда не покинуть стен лаборатории. В работе довольно подробно описана методика производства электродов и я не нашел чего-то особо сложного для повторения этого в промышленности.
Общая схема производства представлена на этом рисунке:
Стадии производства электродов:
- В качестве основы берется тонкая фольга из вольфрама (W). Поверхность тщательно очищается от всех загрязнений (в работе ее «купали» последовательно в ацетоне, растворе соляной кислоты, этаноле и в конце промывали деионизированной водой). Очищенная поверхность покрывается 10% раствором щелочи (КОН).
- Подготовленную фольгу помещают в печь и плавно нагревают до 650 градусов, после чего выдерживают в течении 2 часов при этой температуре. В этом процессе на поверхности фольги формируется тот самый «лес» из нанопроводков оксида вольфрама (WO3). После остывания фольга извлекается из печи, промывается водой от остатков щелочи и сушится.
- На последнем этапе фольга помещается в камеру, в которой поддерживается низкое давление и циркуляция инертного газа (в данном эксперименте использовали аргон). В этой камере она нагревается до высокой температуры (850 градусов) в присутствии емкости с очищенной серой (S). Это простой вариант CVD процесса (Химическое осаждение из газовой фазы), в котором пары серы реагируют с оксидом вольфрама на поверхности нанопроводков и формируют на них пленку из сульфида вольфрама (WS2) толщиной всего несколько нанометров. Через 40 минут выдержки в таких условиях электроды охлаждают и они готовы к использованию.
Собственно это вся технология. 2 листа такой фольги помещенных в электролит и образуют суперконденсатор. В качестве электролита подходит множество разных веществ: в частности ученые проверяли растворы серной кислоты, хлорида лития и хлорида калия. Но основная часть тестов проводилась в растворе сульфата натрия (Na2SO4).
Каких-то серьезных препятствий для освоения технологии в промышленности пока не видно. Но, скорее всего, получится довольно дорого в производстве и в этом плане тоже будет существенный проигрыш относительно химических аккумуляторов, производство которых существенно проще.
На закуску небольшой опрос. Теперь когда известны все детали без испорченного телефона, чего на ваш взгляд тут больше?
Механические накопители, использующие энергию сжатых газов
В этом типе устройств накопление энергии происходит за счет сжатия газа. При наличии избытка энергии газ при помощи компрессора закачивается под давлением в баллон. По мере необходимости сжатый газ используется для вращения турбины или электрогенератора. При небольших мощностях вместо турбины целесообразно использовать поршневой мотор. Газ в емкости под давлением в сотни атмосфер обладает высокой удельной плотностью энергии в течение нескольких лет, а при наличии качественной арматуры — и десятки лет.
Определение заряда
Определить, заряжен ли проводник, можно специальным измерительным прибором. К примеру, сделать это можно при помощи индикаторной отвертки. При разряде избыточные виды электронов, имеющих левую пластину, будут перемещены через некоторое время по проводам к правой части пластины, то есть они будут смещены к местам, где их недостаточно.
Вам это будет интересно Определение тока короткого замыкания
Обратите внимание! Когда число электронов будет одинаковым, то разряд прекратится и проводная энергия вместе с сопротивлением исчезнет.
Использование измерительного оборудования для определения конденсаторного заряда
Накопление тепловой энергии
Большая часть территории нашей страны расположена в северных районах, поэтому значительная часть энергии вынужденно расходуется для обогрева. В связи с этим приходится регулярно решать проблему сохранения тепла в накопителе и извлечении его оттуда при необходимости.
В большинстве случаев не удается достичь высокой плотности запасаемой тепловой энергии и сколько-нибудь значительных сроков ее сохранения. Существующие эффективные устройства в силу ряда своих особенностей и высокой цены не подходят для широкого применения.
Концепция
Конденсаторы большой ёмкости накапливают электрический заряд за счёт двойного электрического слоя. Двойной электрический слой (ДЭС) позволяет сохранять энергетический потенциал на несколько порядков выше, чем это может обычный конденсатор.
ДЭС – это прослойка между обкладками из ионов, покрывающая поверхность частиц на границе фаз. Заряд одного слоя ионов компенсируется потенциалом второго слоя противоионов. Толщина ДЭС ничтожно мала, в то же время площадь пористых обкладок огромна.
Ионистор использует ДЭС между углем и электролитом. Электрод – это твёрдый активированный уголь, а электролит представлен в жидкой форме. При плотном контакте этих двух сред положительные и отрицательные полюсы имеют между собой очень узкий зазор. При воздействии электрического поля образуется двойной электрический слой на граничащей с углём поверхности электролита.
Ионистор с двойным электрическим слоем
Применение двойного электрического слоя вместо диэлектрика даёт возможность неограниченно увеличивать поверхность электрода. В результате небольшой суперконденсатор может обладать ёмкостью в несколько фарад при напряжении от 2 до 10 вольт.
Важно! Совершенствование ионистора приведёт к тому, что в большинстве случаев будут использовать суперконденсатор вместо аккумулятора.
Конденсаторы
Это самый массовый вид накопителей энергии. Конденсаторы способны работать при температуре от -50 до +150 градусов. Количество циклов накопления-отдачи энергии – десятки миллиардов в секунду. Соединяя несколько конденсаторов параллельно, можно легко получить емкость необходимой величины. Кроме того, существуют переменные конденсаторы. Изменение емкости таких конденсаторов может производиться механическим или электрическим способом либо воздействием температуры. Чаще всего переменные конденсаторы можно встретить в колебательных контурах.
Конденсаторы делятся на два класса – полярные и неполярные. Срок службы полярных (электролитических) меньше, чем неполярных, они больше зависят от внешних условий, но в то же время обладают большей удельной емкостью.
Как накопители энергии конденсаторы — не очень удачные приборы. Они имеют малую емкость и незначительную удельную плотность запасаемой энергии, а время ее хранения исчисляется секундами, минутами, редко часами. Конденсаторы нашли применение в основном в электронике и силовой электротехнике.
Расчет конденсатора, как правило, не вызывает затруднений. Вся необходимая информация по разным типам конденсаторов представлена в технических справочниках.
Энергетическая емкость химических аккумуляторов
Полностью заряженный электрический аккумулятор с заявленной ёмкостью (зарядом) в 1 А·ч теоретически способен обеспечить силу тока 1 ампер в течение одного часа (или, например, 10 А в течение 0,1 часа, или 0,1 А в течение 10 часов). Но слишком большой ток разряда аккумулятора приводит к менее эффективной отдаче электроэнергии, что нелинейно уменьшает время его работы с таким током и может приводить к перегреву. На практике ёмкость аккумуляторов приводят, исходя из 20-часового цикла разряда до конечного напряжения.
Для автомобильных аккумуляторов оно составляет 10,8 В. Например, надпись на маркировке аккумулятора «55 А·ч» означает, что он способен выдавать ток 2,75 ампер на протяжении 20 часов, и при этом напряжение на клеммах не опустится ниже 10,8 В.
Производители аккумуляторов часто указывают в технических характеристиках своих изделий запасаемую энергию в Вт·ч (Wh), а не запасаемый заряд в мА·ч (mAh), что, вообще говоря, не правильно. Вычислить запасаемую энергию по запасаемому заряду в общем случае непросто: требуется интегрирование мгновенной мощности, выдаваемой аккумулятором за всё время его разряда. Если большая точность не нужна, можно вместо интегрирования воспользоваться средними значениями напряжения и потребляемого тока и воспользоваться формулой:
1 Вт·ч = 1 В · 1 А·ч.
То есть запасаемая энергия (в Вт·ч) приблизительно равна произведению запасаемого заряда (в А·ч) на среднее напряжение (в Вольтах): E = q · U. Например, если указано, что емкость (в обычном смысле) 12-вольтового аккумулятора равна 60 А·ч, то запасаемая энергия, то есть его энергетическая ёмкость, составит 720 Вт · часов.
Силовые аккумуляторы
Электрохимические аккумуляторы используются, если требуется запасать достаточно много энергии. Лучше всего для этой цели подходят свинцово-кислотные приборы. Их изобрели около 150 лет назад. И с тех пор в устройство аккумулятора не внесли ничего принципиально нового. Появилось много специализированных моделей, значительно возросло качество комплектующих изделий, повысилась надежность аккумуляторной батареи. Примечательно, что устройство аккумулятора, созданного разными производителями, для разных целей отличается лишь в незначительных деталях.
Электрохимические аккумуляторы подразделяются на тяговые и стартовые. Тяговые используются в электротранспорте, источниках бесперебойного питания, электроинструментах. Для таких аккумуляторов характерны длительный равномерный разряд и большая его глубина. Стартовые аккумуляторы могут выдать большой ток в короткий промежуток времени, но глубокий разряд для них недопустим.
Электрохимические аккумуляторы имеют ограниченное количество циклов заряда-разряда, в среднем от 250 до 2000. Даже при отсутствии эксплуатации через несколько лет они выходят из строя. Электрохимические аккумуляторы чувствительны к температуре, требуют длительного времени заряда и строгого соблюдения правил эксплуатации.
Прибор необходимо периодически подзаряжать. Заряд аккумулятора, установленного на транспортное средство, производится в движении от генератора. В зимнее время этого недостаточно, холодная батарея плохо принимает заряд, а потребление электроэнергии на запуск двигателя возрастает. Поэтому необходимо дополнительно проводить заряд аккумулятора в теплом помещении специальным зарядным устройством. Одним из существенных недостатков свинцово-кислотных приборов является их большой вес.
Как подключить конденсатор к сабвуферу
Установка конденсатора не относится к сложным процедурам, но при ее выполнении нужно быть внимательным и соблюдать некоторые правила:
- Чтобы избежать заметного падения напряжения, провода, соединяющие конденсатор и усилитель, не должны быть длиннее 50 см.По этой же причине, сечение проводов нужно выбрать достаточно большим;
На рисунке 1 проиллюстрировано подключение конденсатора к сабвуферу.
Как зарядить конденсатор для сабвуфера
Подключать к электрической сети автомобиля, следует уже заряженный автомобильный конденсатор. Необходимость выполнения этого действия объясняется свойствами конденсатора, о которых упоминалось выше. Конденсатор заряжается так же быстро, как и разряжается. Поэтому, в момент включения разряженного конденсатора, токовая нагрузка будет чересчур велика.
Если купленный конденсатор на сабвуфер оснащен электроникой, контролирующей зарядный ток, можно не беспокоиться, смело подсоединяйте его к цепям питания. В противном случае, конденсатор следует заряжать до подключения, ограничивая ток. Удобно использовать для этого обыкновенную автомобильную лампочку, включив ее вразрез цепи питания. Рисунок 2 показывает, как правильно заряжать конденсаторы большой ёмкости.
В момент включения, лампа загорится в полный накал. Максимальный скачок тока будет ограничен при этом мощностью лампы и будет равен ее номинальному току. Далее, в процессе заряда, накал лампы будет ослабевать. По окончании процесса зарядки, лампа потухнет. После этого надо отключить конденсатор от зарядной цепи. Затем можно подключить заряженный конденсатор к цепи питания усилителя.
Если после прочтения статьи остались вопросы по подключению, советуем ознакомится со статьей «Как подключить усилитель в автомобиле».
Аккумуляторы для маломощных устройств
Если требуются мобильные устройства с малым весом, то выбирают следующие типы аккумуляторов: никель-кадмиевые, литий-ионные, металл-гибридные, полимер-ионные. У них выше удельная емкость, но и цена много больше. Их применяют в мобильных телефонах, ноутбуках, фотоаппаратах, видеокамерах и других малогабаритных устройствах. Разные типы аккумуляторов отличаются своими параметрами: количеством циклов зарядки, сроком хранения, емкостью, размером и т. п.
Литий-ионные аккумуляторы большой мощности применяют в электромобилях и гибридных машинах. Они имеют небольшой вес, большую удельную емкость и высокую надежность. В то же время литий-ионные аккумуляторы очень пожароопасны. Возгорание может произойти от короткого замыкания, механической деформации или разрушения корпуса, нарушений режимов заряда или разряда аккумулятора. Потушить пожар довольно трудно из-за высокой активности лития.
Аккумуляторы являются основой многих приборов. Например, накопитель энергии для телефона – это компактный внешний аккумулятор, помещенный в прочный, влагозащищенный корпус. Он позволяет зарядить или запитать сотовый телефон. Мощные мобильные накопители энергии способны заряжать любые цифровые аппараты, даже ноутбуки. В таких устройствах устанавливают, как правило, литий-ионные аккумуляторы большой емкости. Накопители энергии для дома также не обходятся без аккумуляторных батарей. Но это гораздо более сложные устройства. Кроме аккумулятора в их состав входят зарядное устройство, система управления, инвертор. Аппараты могут работать как от стационарной сети, так и от других источников. Выходная мощность в среднем составляет 5 кВт.
Дополнительные плюсы установки конденсаторов в автомобилях
Кроме решения проблем с работой сабвуфера, подключаемый в сеть автомобиля конденсатор оказывает положительное влияние на режим работы электрооборудования в целом. Проявляется это следующим образом:
Конденсатор установлен, и вы заметили, что ваш сабвуфер начал играть интересней. Но если маленько постараться можно заставить его играть еще лучше, предлагаем вам ознакомиться со статьей «Как настроить сабвуфер».
Если вы установили в своем автомобиле сабвуфер и хотите действительно наслаждаться качественным и профессиональным звучанием, то, скорее всего, вам придется установить и некоторое дополнительное оборудование. Такое, как конденсатор для сабвуфера, например.
Есть ли в этом большая необходимость? Да, безусловно. Конденсаторы уже давно встречаются не только в авто с профессиональной акустикой, но и при стандартной комплектации аудиосистемы.
Конденсатор помогает направлять большее количество тока на усилитель, т.к. аккумулятора и генератора вашего транспортного средства на это просто не хватает. Из-за недостатка мощности искажается звучание сабвуфера.
При наличии кондиционера в салоне авто, установка конденсатора для сабвуфера тоже является необходимым. При включенном кондиционере теряется около трети тока, вырабатываемого автомобилем.
К сожалению, емкость конденсатора в процессе эксплуатации снижается, поэтому автовладельцу будет не лишним знать, как его подзарядить.
Этапы зарядки конденсатора для сабвуфера:
Накопители химической энергии
Различают «топливные» и «безтопливные» типы накопителей. Для них требуются специальные технологии и нередко громоздкое высокотехнологичное оборудование. Используемые процессы позволяют получать энергию в разных видах. Термохимические реакции могут проходить как при низкой, так и при высокой температуре. Компоненты для высокотемпературных реакций вводят только тогда, когда необходимо получить энергию. До этого их хранят отдельно, в разных местах. Компоненты для низкотемпературных реакций обычно находятся в одной емкости.
Накопление энергии наработкой топлива
Этот способ включает два совершенно независимых этапа: накопление энергии («зарядка») и ее использование («разрядка»). Традиционное топливо, как правило, обладает большой удельной емкостью энергии, возможностью продолжительного хранения, удобством использования. Но жизнь не стоит на месте. Внедрение новых технологий предъявляет повышенные требования к топливу. Задача решается путем улучшения существующих и создания новых, высокоэнергетических видов топлива.
Широкому внедрению новых образцов препятствует недостаточная отработанность технологических процессов, большая пожаро- и взрывоопасность в работе, необходимость высококвалифицированного персонала, высокая стоимость технологии.
Безтопливное химическое накопление энергии
В этом виде накопителей энергия запасается за счет преобразования одних химических веществ в другие. Например, гашеная известь при нагреве переходит в негашеное состояние. При «разрядке» запасенная энергия выделяется в виде тепла и газа. Именно так происходит при гашении извести водой. Для того чтобы реакция началась, обычно достаточно соединить компоненты. В сущности, это вид термохимической реакции, только протекает она при температуре в сотни и тысячи градусов. Поэтому используемое оборудование гораздо сложнее и дороже.