ما هي المكثفات الفائقة

الأيونات ، المكثفات الفائقة ، المكثفات الفائقة - تاريخ إنشاء وتطوير التكنولوجيا

في 7 يونيو 1962 ، قدم روبرت ريماير ، الكيميائي في شركة النفط الأمريكية القياسية (SOHIO) في كليفلاند ، أوهايو ، طلب براءة اختراع يوضح بالتفصيل آلية تخزين الطاقة الكهربائية في مكثف مزدوج الطبقة.

إذا في مكثف التقليدية نظرًا لأن ألواح الألومنيوم كانت معزولة تقليديًا بطبقة عازلة ، في تجسيد اقترحه المخترع ، تم التركيز مباشرة على مادة اللوحات. كان على الأقطاب الكهربائية أن يكون لها موصلية مختلفة: كان على أحد القطبين أن يكون لديه الموصلية الأيونية ، والآخر - إلكتروني.

وبالتالي ، في عملية شحن مكثف ، سيكون هناك فصل للإلكترونات والمراكز الإيجابية في الموصل الإلكتروني ، وفصل الكاتيونات والأنيونات في الموصل الأيوني.

تم اقتراح الموصل الإلكتروني ليكون من الكربون المسامي ، ثم يمكن أن يكون الموصل الأيوني محلول مائي من حمض الكبريتيك. في هذه الحالة ، سيتم تخزين الشحنة في واجهة هذه الموصلات الخاصة (نفس الطبقة المزدوجة). يمكن أن يصل الفرق المحتمل لهذه العناصر الأيونية الأولى إلى قيمة 1 فولت ، والسعة - وحدات farads ، لأن المسافة بين اللوحات الآن أقل من 5 نانومتر.

في عام 1971 ، تم نقل الترخيص إلى الشركة اليابانية NEC ، التي كانت تعمل في ذلك الوقت في جميع مجالات الاتصالات الإلكترونية. كان اليابانيون ناجحين في ترويج التكنولوجيا إلى سوق الإلكترونيات "Supercapacitor".

بعد سبع سنوات ، في عام 1978 ، أصدرت شركة Panasonic بدورها "Gold Capacitor" ، والتي اكتسبت أيضًا نجاحًا في هذا السوق. تم ضمان النجاح من خلال استخدام الأيونيين لتوفير الطاقة لذاكرة SRAM المضطربة. ومع ذلك ، كان لدى هؤلاء الأيونيون مقاومة داخلية عالية ، مما حد من القدرة على استخراج الطاقة بسرعة ، وبالتالي ضاق إلى حد كبير نطاق التطبيقات.

في عام 1982 ، قام المتخصصون في معهد American Pinnacle Research (PRI) ، الكائن في لوس جاتوس ، كاليفورنيا ، والذين يعملون على تحسين مواد الإلكتروليت والكهارل ، بتطوير المؤينات عالية الكثافة للغاية للطاقة والتي ظهرت في السوق تحت اسم PRI Ultracapacitor .

بعد 10 سنوات ، في عام 1992 ، بدأت مختبرات ماكسويل (التي سميت فيما بعد شركة ماكسويل تكنولوجيز ، سان دييغو ، كاليفورنيا ، الولايات المتحدة الأمريكية) في تطوير تقنية PRI التي يطلق عليها اسم "Boost Caps". كان الهدف الآن هو إنشاء مكثفات عالية السعة ذات مقاومة منخفضة حتى تتمكن من تشغيل معدات كهربائية قوية.

التين. 1. ساموا الكهربائية supercapacitor DH5U308W60138TH

في عام 1999 ، الشركة التايوانية UltraCap Technologies Corp. بدأت أيضًا في التعاون مع PRI ، التي طورت سيراميك قطب كبير جدًا بحلول ذلك الوقت ، وبحلول عام 2001 تم إطلاق أول مكثف فائق عالي السعة في تايوان. من هذه اللحظة ، بدأ التطوير النشط للتكنولوجيا في العديد من معاهد البحوث في العالم.

هناك أيضًا لاعبون في السوق الروسية ، لذا فإن شركة Ultracapacitors Phoenix (UKF LLC) هي شركة هندسية متخصصة في تصميم وتطوير وإنتاج وتطبيق عملي للحلول والأنظمة المعتمدة على المكثفات الفائقة / المؤينة. تعمل الشركة بالتعاون الوثيق مع أفضل الشركات المصنعة في العالم وتتولى بنشاط خبراتها.

استخدام ionistors

تلقى Ionistors لكل وحدات farad الاستخدام بجدارة كمصادر طاقة احتياطية في العديد من الأجهزة.بدءا من قوة أجهزة توقيت أجهزة التلفزيون وأفران الميكروويف ، وتنتهي مع الأجهزة الطبية المعقدة. كقاعدة عامة ، يتم تثبيت ionistors على بطاقات الذاكرة.

عند تغيير البطارية في فيديو أو كاميرا ، تدعم الأيونستور قوة دوائر الذاكرة المسؤولة عن الإعدادات ، وينطبق الشيء نفسه على مراكز الموسيقى وأجهزة الكمبيوتر وغيرها من المعدات المماثلة. الهواتف، عدادات الكهرباء الإلكترونية, أنظمة الإنذار الأمنيوأدوات القياس الإلكترونية والأجهزة الطبية - وجدت المكثفات الفائقة التطبيق في كل مكان.

التين. 2. المكثفات الفائقة (ionistors)

أيونستورات الإلكتروليت العضوية الصغيرة لها أقصى جهد حوالي 2.5 فولت. للحصول على جهد أعلى مسموح به ، يتم توصيل الأيونات في البطاريات ، بالضرورة باستخدام مقاومات تحويلة.

تشمل مزايا ionistors: معدل تفريغ عالي ، مقاومة لمئات الآلاف من دورات إعادة الشحن مقارنة بالبطاريات ، انخفاض الوزن مقارنة مع المكثفات الإلكتروليتية ، سمية منخفضة ، تحمل التفريغ إلى الصفر.

التين. 3. امدادات الطاقة غير المنقطعة على المكثفات الفائقة

التين. 4. وحدات سيارة Supercapacitor

آفاق

في تطور الأيونيين ، تتزايد قدرتها المحددة أكثر فأكثر ، وعلى الأرجح ، سيؤدي هذا عاجلاً أم آجلاً إلى استبدال البطاريات بالكامل بمكثفات فائقة في العديد من المجالات التقنية.

أظهرت الدراسات الحديثة التي أجراها فريق من العلماء في جامعة كاليفورنيا في ريفرسايد أن نوعًا جديدًا من الأيونات يستند إلى بنية مسامية ، حيث تتراكم جزيئات أكسيد الروثينيوم في الجرافينمتفوقة على أفضل نظرائها مرتين تقريبا.

اكتشف الباحثون أن مسام "رغوة الجرافين" تحتوي على نانويز مناسبة للاحتفاظ بجزيئات أكاسيد الفلزات الانتقالية. تعد المكثفات الفائقة لأكسدة الروثينيوم الخيار الأكثر واعدة الآن. تعمل بأمان على المنحل بالكهرباء المائي ، فهي توفر زيادة في الطاقة المخزنة وتزيد من الإمبراطور المسموح به بعامل اثنين مقارنةً بأفضل أفضل الأيونات المتاحة في السوق.

انهم يخزنون المزيد من الطاقة لكل سنتيمتر مكعب من حجمها ، لذلك سيكون من المستحسن استبدال البطاريات بها. بادئ ذي بدء ، نحن نتحدث عن إلكترونيات يمكن ارتداؤها ويمكن زرعها ، ولكن في المستقبل ، يمكن أن تستند الجدة أيضًا على المركبات الكهربائية الشخصية.

يتم ترسيب الجرافين طبقة تلو الأخرى على جزيئات النيكل ، والتي تعمل كدعم لأنابيب الكربون النانوية ، والتي تشكل مع الجرافين بنية كربونية مسامية. جزيئات أكسيد الروثينيوم التي يبلغ قطرها أقل من 5 نانومتر تخترق المسامات النانوية التي تم الحصول عليها من المحلول المائي. تبلغ السعة المحددة للمكون المتأين استنادًا إلى الهيكل الناتج 503 فاراد لكل غرام ، وهو ما يتوافق مع قدرة محددة تبلغ 128 كيلو واط / كجم.

التين. 4. شاحن على supercapacitor الجرافين

لقد وضعت القدرة على توسيع هذا الهيكل الأساس ووضع الأساس لإيجاد الوسائل المثالية لتخزين الطاقة. نجحت الاختبارات الأيونية التي تعتمد على "رغوة الجرافين" في الاختبارات الأولى ، حيث أظهرت القدرة على إعادة الشحن أكثر من ثمانية آلاف مرة دون تدهور.