Електронний високоємний накопичувач електроенергії

Реферат: Електронний високоємний накопичувач електроенергії належить до електроніки та може бути використаний в різних галузях промисловості. Електронний високоємний накопичувач електроенергії, що містить посудину, в якій розташовані позитивний і негативний електроди та активна маса, яка складається зі з'єднаного з негативним електродом листового металевого матеріалу, принаймні на одну з поверхонь якого нанесено напівровідник з розвинутою структурою, яка є шершавою або губчастою. Активна маса має вигляд рулону, що огорнутий навколо позитивного електрода, або має вигляд пластин, з'єднаних між собою послідовно або паралельно. Позитивний електрод знаходиться у контакті з напівпровідником. Структура принаймні однієї з поверхонь листового металевого матеріалу негативного електрода є шершавою або губчастою або з двох сторін. Технічним результатом є підвищення ємності, потужності та коефіцієнта корисної дії. UA 105450 C2 (12) UA 105450 C2 UA 105450 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до високоємних накопичувачів електроенергії та може бути використаний в різних галузях промисловості. Пошук нових високоємних накопичувачів електроенергії в зв'язку з дефіцитом енергоносіїв є надзвичайно актуальним завданням. Відомі різні накопичувачі електроенергії, в основному з використанням електролітів, літійіонні, імпульсні, регульовані і нерегульовані та інші [1-6]. Відомий також високоємний накопичувач електроенергії, вибраний як прототип, в якому відсутній електроліт [7]. Він містить посудину, в якій розташовані позитивний та негативний електроди і активна маса, що складається зі з'єднаного з негативним електродом листового металевого матеріалу, принаймні на одну із поверхонь якого нанесено аморфний кремній з розвинутою структурою, при цьому активна маса має вигляд рулону, що огорнутий навколо позитивного електрода або має вигляд пластин, що з'єднані між собою послідовно або паралельно, а позитивний електрод знаходиться у контакті з кремнієм. Однак і аналоги і прототип мають недостатню ємність, потужність та коефіцієнт корисної дії. В основу винаходу поставлено задачу значно підвищити ємність, потужність та коефіцієнт корисної дії електронного високоємного накопичувача електроенергії. Поставлена задача вирішується тим, що електронний накопичувач електроенергії, згідно з винаходом, містить посудину, в якій розташовані позитивний і негативний електроди та активна маса, яка складається зі з'єднаного з негативним електродом листового металевого матеріалу, принаймні на одну з поверхонь або з двох сторін якого нанесено напівпровідник, наприклад, кремній з розвинутою структурою, яка є шершавою або губчастою, при цьому активна маса має вигляд рулону, що огорнутий навколо позитивного електрода або має вигляд пластин, з'єднаних між собою паралельно або послідовно, а позитивний електрод знаходиться у контакті з напівпровідником, причому структура принаймні однієї з поверхонь листового металевого матеріалу негативного електрода є шершавою або губчастою. Така ж структура може бути нанесена на негативний електрод з двох сторін. Електронний високоємний накопичувач електроенергії працює таким чином. При підключенні електронного накопичувача електроенергії до джерела електричної енергії (так як показано на схемі зовнішнє електричне поле Uзовн. направлено протилежно полю контактної поверхні Sк. В контактній поверхні із сторони кремнію буде позитивний (+) заряд, а зі сторони металевої плівки - негативний (-) заряд. Зустрічний рух електронів кремнію n і "дирок" металевої плівки Р збільшують число рухомих носіїв струму на контактній поверхні Sк. Опір контактної поверхні Sк зменшується і електричний струм проходить через Р-n перехід контактної поверхні Sк, заряджаючи електронний накопичувач електроенергією. В зовнішньому електричному полі електрони по активній масі рухаються в сторону, протилежну напрямку напруженості електричного поля. Позитивні "дирки" переміщуються в напрямку напруженості електричного поля Uзовн., тобто в ту сторону, куди під дією електричного поля може переміщуватися позитивний заряд. Оскільки, згідно з винаходом, структура принаймні однієї з поверхонь листового металевого матеріалу негативного електрода є шершавою або губчастою і може бути шершавою або губчастою з його двох сторін, створюються оптимальні динамічні і механічні умови для зв'язку поверхонь кремнію і металевої плівки. Так як ємність електронного накопичувана електроенергії прямо пропорційна площі активної маси, то при розвиненій шершавій або губчастій поверхні листового металевого матеріалу негативного електрода площа активної маси збільшується і, відповідно, ємність електронного накопичувача електроенергії також збільшується. Відомо, що енергія переносу електронів з донорних рівнів в зону провідності для кремнію ΔW=0,054 ЕВ. Таким чином, накопичування електроенергії в електронному накопичувані відбувається при незначних витратах на рекомбінацію носіїв зарядів, а час накопичування електроенергії залежить в основному від площі активної маси і може бути декілька годин. Після відключення електронного накопичувача електроенергії від джерела зовнішньої електричної енергії проводиться контроль та установлюється величина віддачі накопичувача по ємності і енергії. Віддачу по ємності визначають у відсотках: С=Cpoзp./Cзap.100. Напругу на контактах електронного накопичувана електроенергії Ue.н., коли він її віддає в зовнішнє коло, визначають по формулі: Ue.н.=Е+-Е., де Е+ і Е. - потенціали позитивного і негативного електродів. Корисну енергію електронного накопичувача електроенергії в ват-годинах або кіловатгодинах визначають по формулі: 1 UA 105450 C2 5 10 15 20 25 30 35 W e.H.=Uр.cр.Ір.ср.t, де: W e.H. - енергія, віддана електронним накопичувачем при розряді, ват-годин; Up.cр. - середня напруга при розряді, В: Ір.ср. - середня сила струму, А; t - час розряду, год. Віддача електронного накопичувача по енергії (к.к.д.) є відношення кількості ват-годин, одержаних від накопичувача при контрольному розряді, до кількості ват-годин, даних накопичувану при контрольному заряді. Після контрольного розряду і контрольного заряду перевіряється опір ізоляції накопичувача. Величину опору ізоляції накопичувача визначають по формулі: Rіз.=[U/(U1+U'1)-1]Zв, де: Rіз. - опір ізоляції, Ом; U - показник вольтметра, В; U1 - показник вольтметра при включенні між плюсом і землею, В; U'1 - показник вольтметра при включенні між мінусом і землею, В; Zв. - опір вольтметра, Ом. Виміри проводять при відключеному зарядному джерелі електроенергії. В ідеальному випадку сума напруг між полюсами і землею електронного накопичувача може дорівнювати нулю, а його опір ізоляції більше 100000 Ом. Конструктивно заявлений винахід має вигляд акумулятора або суперконденсатора у різних модифікаціях. Запропонований винахід дозволяє одержати електронний високоємний накопичувач електроенергії з підвищеними ємністю, потужністю та коефіцієнтом корисної дії. Таким чином, наведені дані підтверджують досягнення технічного результату при здійсненні заявленого винаходу. Джерела інформації: 1. UA S076462; 25.10.2007; 2. US 201000114211 А1; 21.01.2010; 3. RU 2292608 G2; 27.01.2007; 4. SU 310312 А; 17.11.1971; 5. GB 1439351 А; 16.07.1972; 6. Каталог продукции Серпуховского конденсаторного завода KBАР, 2013. 7. Рішення про видачу патенту України на винахід по заявці № а201106008. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 50 1. Електронний високоємний накопичувач електроенергії, що містить посудину, в якій розташовані позитивний і негативний електроди та активна маса, яка складається зі з'єднаного з негативним електродом листового металевого матеріалу, щонайменше на одну з поверхонь якого нанесено напівровідник з розвинутою структурою, яка є шершавою або губчастою, при цьому активна маса має вигляд рулону, що огорнутий навколо позитивного електрода, або має вигляд пластин, з'єднаних між собою послідовно або паралельно, а позитивний електрод знаходиться у контакті з напівпровідником, який відрізняється тим, що структура принаймні однієї з поверхонь листового металевого матеріалу негативного електрода є шершавою або губчастою. 2. Електронний високоємний накопичувач електроенергії за п. 1, який відрізняється тим, що структура листового металевого матеріалу негативного електрода є шершавою або губчастою з двох сторін. 2 UA 105450 C2 Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3