Вопросы об устройстве ионистора

[Nessen8]

Как мне кажется, энергоемкость электрических накопителей энергии каким-то образом связана с количеством электронов которые переходят с анода на катод. К примеру мощность аккумуляторов равна произведению силы тока и напряжения. Воздушно-алюминиевый элемент дает больше энергии в том числе потому, что атом алюминия даёт три электрона на атом, а цинк только два. У конденсаторов энергия возрастает еще и в квадрате от напряжения. Ионистор по сути тот же конденсатор, а самые энергоемкие ионисторы якобы созданы на основе графена. Но каково количество свободных электронов даже в таком материале как графен? Он вроде бы считается полуметаллом также как и активированный уголь и количество свободных носителей тока в нем должно быть в миллиарды раз меньше чем в металлах. Каже тогда графеновым ионисторам удается конкурировать со свинцово-кислотными аккумами? В последнем каждый атом свинца дает 2 электрона которые перетекают через эл. цепь на катод. А в ионисторе? Там же крошечное количество свободных электронов должно быть?

[Munin]

Nessen8 в сообщении #811221 писал(а):

Он вроде бы считается полуметаллом также как и активированный уголь и количество свободных носителей тока в нем должно быть в миллиарды раз меньше чем в металлах.

Э, а как вы это "в миллиарды раз меньше" подсчитали?

[Nessen8]

Цитата:

Э, а как вы это "в миллиарды раз меньше" подсчитали?

Я пока не нашел точных данных за активированный уголь или графит, но графит упоминается в ряду "слабопроводящих веществ" на равне с кремнием.
http://sermir.narod.ru/lec/lect7.htm
Концентрация собственных носителей в кремнии - 0.04/мкм3=10^10/cm3. Тогда как в меди она где-то 10^28/m3=10^22/cm3, - на 12 порядков больше, что в триллион раз больше.
Ионисторы на основе графита якобы показывали энергоемкость около 30 Вт-ч кг что сравнимо со свинцово-кислотным аккумулятором. Если у вас есть точные данные по концентрации свободных носителей в углеродных материалах хотелось бы ссылку, но ясно что она в лучшем случае в десятки тысяч раз если не в миллионы меньше чем в металлах.

Не знаю, если бы они создали ионистор на основе медных электродов придав им туже пористость что и активированному углю, то я бы в это поверил скорее...

[Munin]

Я запутался, за что извиняюсь. Ваши данные, похоже, верны.

[Xey]

Nessen8 в сообщении #811221 писал(а):

Каже тогда графеновым ионисторам удается конкурировать со свинцово-кислотными аккумами? В последнем каждый атом свинца дает 2 электрона которые перетекают через эл. цепь на катод. А в ионисторе?

Почему Вы сравниваете графен с углем , а не с алмазом.
Графен в ионисторе изолятор между двумя проводниками. Чем тоньше изолятор, тем выше емкость и выше допустимое напряжение конденсатора.
А какое напряжение может выдержать пленка графена?


За образец энергоемкости я бы взял атом водорода , который в атоме воды почти не имеет электрона.
Имея один атом водорода (кислород можно взять из окружающей среды) , можно бы получить порядка 13 электронвольт энергии. Почему-то сейчас в топливных элементах , напряжение составляет около 1 вольта , т.е. с атома водорода имеют чуть больше 1 электронвольта.


Интересно, сколько атомов металла нужно иметь с одной и другой сторон графена, чтобы запасти один электрон в ионисторе
(учитывая, что в металле не так уж много свободных электронов)?

[nikvic]

Xey в сообщении #811917 писал(а):

Чем тоньше изолятор, тем ... выше допустимое напряжение конденсатора.

Наоборот.
Другое дело, что отношение допустимого напряжения к толщине может немного падать при уменьшении толщины из-за механизмов пробоя.

[Xey]

nikvic в сообщении #811926 писал(а):

Наоборот.

Конечно . Была мысль - чем тоньше, тем выше напряженность поля и значит выше емкость, но отвлекся на проводимость металлов. Собственно о том сколько атомов должно быть в проводнике , чтобы свободный электрон мог пепремещаться от одного атома к другому? будет ли монослой металла работать проводником тока?

[Nessen8]

Цитата:

Почему Вы сравниваете графен с углем , а не с алмазом.
Графен в ионисторе изолятор между двумя проводниками.

Ерунда. И что же тогда служит "проводником" и какой он формы?

[Nessen8]

Предлагаю изучить устройство ионистора:

Отличие ионистора от конденсатора заключается в том, что между его электродами нет специального слоя из диэлектрика. Взамен этого электроды у ионистора сделаны из веществ, обладающими противоположенными типами носителей заряда.

Как известно, электрическая ёмкость конденсатора зависит от площади обкладок: чем она больше, тем больше ёмкость. Поэтому электроды ионисторов чаще всего делают из вспененного углерода или активированного угля. Благодаря этому приёму удаётся получить большую площадь своеобразных «обкладок». Электроды разделяются сепаратором и всё это находятся в электролите. Сепаратор необходим исключительно для защиты электродов от короткого замыкания. Электролит же выполняется на основе растворов кислот и щелочей и является кристаллическим и твёрдым.
[url]http://www.go-radio.ru/ionistor.html
[/url]
В принципе электроды можно изготовить и из металлов. К примеру, есть утверждения о создании из меди материал похожий на графен. Однако здесь возникает еще одна серйозная проблема (применимая и к углеродным материалам) - плотность электронного газа. Она в металлах очень велика и увеличить её еще больше очень сложно. Пористость материала или экранирование заряда электролитом здесь не обязательно играет роль. Для того чтобы перенести с одного катода на другой анод очень много электронов так чтобы на несколько атомов или даже на сто атомов приходился один дополнительный электрон нужно колоссальное усилие и электронная жидкость будет этому весьма сопративлятся. Сомнительно, чтобы это можно было сделать напряжением всего в несколько вольт...

[Nessen8]

Плотность электронного газа в металлах настолько велика ( п0 1028 - т - Ю29 м - 3), что даже при обычных температурах этот газ находится в вырожденном состоянии.

http://www.ngpedia.ru/id263249p1.html

Поэтому температура вырождения особенно велика (порядка 10 000 К) для электронного газа в металлах: масса электронов очень мала (~ 10-27 г), а их плотность в металлах очень велика (1022 электронов в 1 см3). Электронный газ в металлах вырожден при всех температурах, при которых металл остаётся в твёрдом состоянии.

У ферми-газа (к которому относится электронный газ в металле) при полном вырождении (при Т = 0 К) заполнены все нижние энергетические уровни вплоть до некоторого максимального, называемого уровнем Ферми, а все последующие остаются пустыми. Повышение температуры лишь незначительно изменяет такое распределение электронов металла по уровням: малая доля электронов, находящихся на уровнях, близких к уровню Ферми, переходит на пустые уровни с большей энергией, освобождая таким образом уровни ниже фермиевского, с которых был совершен переход.

http://www.booksite.ru/fulltext/1/001/008/007/444.htm

[photon]

Nessen8 в сообщении #812358 писал(а):

( п0 1028 - т - Ю29 м - 3)

Это что? Оформляйте математические выражения так, как это принято на данном форуме.

$n_0=10^{28}-10^{29}\text{ м}^{-3}$