Радиационно-индуцированное разделение и накопление электрического заряда в суперконденсаторах

23.03.2018 2018 - №01 Физика в ядерной энергетике

В.А. Степанов В.А. Чернов Ю.Г.Паршиков В.П. Лебедев Е.В.Харанжевский

https://doi.org/10.26583/npe.2018.1.14

В источниках тока с радиоактивным изотопом (ИТРИ) прямое преобразование ядерной энергии в электрическую происходит в результате разделения электрических зарядов при распаде радиоактивных изотопов. Ранее было показано, что в качестве макетов ИТРИ можно использовать асимметричные суперконденсаторы, в которых после импульсного реакторного облучения в результате внутренней наведенной активности пострадиационное увеличение электрического заряда на обкладках достигает нескольких кулон. В данной работе разделение и накопление электрического заряда в суперконденсаторах изучалось непосредственно в процессе нейтронного облучения. Исследовались электрофизические характеристики цилиндрических суперконденсаторов с органическим электролитом производства ОАО «ЭЛЕКОНД».

Проведено сравнение симметричного и асимметричного суперконденсаторов и показано, что в асимметричном конденсаторе происходит эффективное накопление заряда, не зависящее от плотности потока нейтронов и определяемое поглощенной дозой излучения. Электрическое напряжение между обкладками симметричного суперконденсатора с емкостью 100 Ф в процессе облучения до поглощенной дозы 50 Гр достигает 1,24 мВ.

При облучении асимметричных суперконденсаторов с той же дозой значительный рост разности потенциалов до 1,15 В наблюдается в процессе облучения и в течение длительного времени после облучения (1,5·105 с) за счет перераспределения электрического заряда (~ 5·10–3 Кл) в электролите и углеродных частицах с формированием двойного электрического слоя. Пострадиационное увеличение емкости асимметричных суперконденсаторов составляет ~ 5 мФ.

Ссылки

1. Нано- и микросистемная техника. От исследований к разработкам. / Под ред. П.П. Мальцева. – М.: Техносфера, 2005. – 590 с.
2. Вернер В.Д., Мальцев П.П., Резнев А.А., Сауров А.Н., Чаплыгин Ю.А. Современные тенденции развития микросистемной техники // Нано- и микросистемная техника. – 2008. – № 8. – С. 2-6.
3. Ануфриенко В.Б., Ковалев В.П., Куликов А.В., Чернов В.А. Преобразователи ядерной энергии в электрическую на вторичных электронах // Российский химический журнал. – 2006. – Т. LV. – С. 120-125.
4. Ануфриенко В.Б. , Михайлова А. М., Палагушкин А. Н., Сергеев А. П., Сигейкин Г.И., Сомов И. Е., Чернов В.А. Использование сверхмногослойных наноструктур для прямого преобразования ядерной энергии в электрическую // Нано- и микросистемная техника. – 2008. – № 8. – С. 30-38.
5. Чернов В.А., Палагушкин А.Н., Прудников Н.В., Сергеев А.П., Сигейкин Г.И., Леонова Е.А. Изготовление и исследование свойств наноструктур для прямого преобразования ядерной энергии в электрическую с использованием эмиссии вторичных электронов // Нано-и микросистемная техника. – 2010. – № 11. – С. 2-9.
6. Чернов В.А., Митерев А.М., Прудников Н.В., Сигейкин Г.И., Леонова Е.А. Оптимизация состава и размеров источников тока, основанных на прямом преобразовании ядерной энергии в электрическую с использованием эмиссии вторичных электронов // Нано- и микросистемная техника. – 2011. – № 8. – С. 21-26.
7. Чернов В.А., Степанов В.А., Прудников Н.В., Сигейкин Г.И., Леонова Е.А. Разработки наноструктурированных преобразователей энергии вторичных электронов для создания миниатюрных источников тока постоянной готовности // Нано- и микросистемная техника. – 2015. – № 2. – С. 57-64.
8. Чернов В.А., Степанов В.А., Сигейкин Г.И., Прудников Н.В., Еремин В.П. Миниатюрные наноструктурированные источники тока на основе прямого преобразования ядерной энергии // Российский химический журнал. – 2016. – Т. LX. – № 3. – С. 20-25.
9. Учайкин В.В., Амброзевич А.С., Сибатов Р.Т. Амброзевич С.А., Морозова Е.В. Эффекты памяти и нелинейного транспорта в процессах зарядки-разрядки суперконденсатора //Журнал технической физики. – 2016. – Т. 86. – Вып. 2. – С. 95-104.
10. Bertrand N., Sabatier J., Briat O., Vinassa J.M. Fractional Non-Linear modelling of ultracapacitors. // Commun. Nonlinear Sci. Numer. Simul. – 2010. – Vol. 15. – No. 5. – PP. 1327-1337.
11. Stldakova V., Sikula J., Majzner J., Seldak P., Kuparowitz T., Buergler B., Vasina P. Supercapacitor equivalent electrical circuit model based on charges redistribution by diffusion // Journal of power sourses. – 2015. – Vol. 286. – PP. 58-65.
12. Buller S., Karden E., Kok D., De Doncker R.W. Modeling the dynamic behavior of supercapacitors using impedance spectroscopy // IEEE Trans Industry Appl. – 2002. – Vol. 38 (6). – PP. 1622-1626.
13. Ricketts B. W., Ton0That C. // Self Discharge of Carbon-Based Supercapacitors with Organic Electrolytes // Journal of Power Sources. – 2000. – Vol. 89. – No. 1. – PP. 64-69, 1999.
14. Yu A., Chabot V., Zhang J. Electrochemical Supercapacitors for Energy Storage and Delivery: Fundamentals and Applications. – CRC Press, Taylor & Francis Group, 2013. – 373 p.
15. Shi L., Crow M.L. Comparison of ultracapacitor electric circuit models // Proceedings of IEEE Power and Energy Society General Meeting, Pittsburgh, PA, USA. – 2008. – PP. 1-6.

суперконденсатор нейтронное облучение радиационно-индуцированный электрический заряд

Ссылка для цитирования статьи: Степанов В.А., Чернов В.А., Паршиков Ю.Г., Лебедев В.П., Харанжевский Е.В. Радиационно-индуцированное разделение и накопление электрического заряда в суперконденсаторах. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2018. – № 1. – С. 146-153. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2018.1.14 .