Ионисторы (конденсаторы с двойным электрическим слоем)

Ионисторы - это полярные электрохимические приборы, которые способны запасать и в последствии высвобождать электрическую энергию посредством внутреннего перераспределения ионов электролита. По своим электрическим параметрам они занимают промежуточное положение между электролитическими конденсаторами большой емкости и аккумуляторами, но по принципу действия - отличаются как от тех, так и от других. Например, для накопления и высвобождения энергии в аккумуляторных батареях используются обратимые химические реакции, а накопление энергии в конденсаторах происходит путем образования заряда на его обкладках под действием приложенного электрического поля. В ионисторах же, происходят несколько иные процессы, которые и будут рассмотрены далее.

Обладая такими прекрасными параметрами, как очень большая емкость, некритичность к процессу зарядки и короткому замыканию, низкий ток утечки, широкий диапазон рабочих температур, и длительный срок службы, ионисторы сегодня уже используются в очень разных по назначению электронных устройствах. Ионисторы можно условно разделить на слаботочные и сильноточные. Слаботочные используются в основном как резервный источник энергии для поддержания схем памяти и настроек в цифровых устройствах, бытовой технике, компьютерах, и т. д... Сильноточные применяются как правило для облегчения работы аккумуляторных батарей при их работе с большими импульсными токами. Например запуск стартеров в автомобилях, работа в источниках бесперебойного питания, в системах управления электродвигателями, и т. д... В таких случаях экономится около 20 %емкости батареи.

Перспективно применение ионисторов и в энергосберегающих технологиях (солнечные батареи, ветрогенераторы), а также в разработке и производстве электромобилей, опытные образцы которых уже не существует.

На рисунке 11 показано устройство одного из нескольких видов ионисторов EPCOS. Внутри него, как и любого другого подобного прибора, находятся два электрода пропитанных электролитом, и разделенных между собой сепараторной перегородкой.

Работу ионистора в процессе накопления и высвобождения энергии схематично поясняет рисунок 3. Под действием приложенного электрического поля, ионы электролита внутри ионистора двигаются по направлению к электродам, имеющим противоположный заряд. Сосредоточившись на границе раздела между электродом и электролитом, и уравновесив таким образом противоположный заряд электрода, анионы и катионы формируют так называемый электрический двойной слой (см. рис. 3). Отсюда и происходит второе название ионисторов - конденсаторы с двойным электрическим слоем, или просто двухслойные конденсатор (double layer capasitor).

Одним из важных отличий двухслойных конденсаторов от электролитических конденсаторов является отсутствие собственного диэлектрика, как такового. Его функции выполняет сам сформированный двойной электрический слой, а сепараторная перегородка между электродами служит всего лишь для предотвращения замыкания между электродами. Такая перегородка должна иметь хорошие диэлектрические свойства, и в то же время легко пропускать ноны электролита.