Τι είναι οι υπερκαταναλωτές

Ιονιστορικοί, υπερκατασκευαστές, υπερκράτες - η ιστορία της δημιουργίας και της ανάπτυξης της τεχνολογίας

Στις 7 Ιουνίου 1962, ο Robert Reitmayer, χημικός της American Standard Oil Company (SOHIO) στο Κλίβελαντ, Οχάιο, υπέβαλε αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας που περιγράφει λεπτομερώς τον μηχανισμό αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας σε πυκνωτή διπλής στρώσης.

Αν βρίσκεστε στο συμβατικό πυκνωτή Επειδή οι πλάκες αλουμινίου ήταν παραδοσιακά μονωμένες με ένα διηλεκτρικό στρώμα, στην υλοποίηση που προτάθηκε από τον εφευρέτη, η έμφαση δόθηκε απευθείας στο υλικό των πλακών. Τα ηλεκτρόδια έπρεπε να έχουν διαφορετική αγωγιμότητα: ένα ηλεκτρόδιο έπρεπε να έχει ιοντική αγωγιμότητα, και το άλλο - ηλεκτρονικό.

Έτσι, κατά τη διαδικασία φόρτισης ενός πυκνωτή, θα υπήρχε ένας διαχωρισμός των ηλεκτρονίων και των θετικών κέντρων στον ηλεκτρονικό αγωγό, και ο διαχωρισμός των κατιόντων και των ανιόντων στον ιοντικό αγωγό.

Ο ηλεκτρονικός αγωγός προτάθηκε να κατασκευάζεται από πορώδη άνθρακα, κατόπιν ο ιονικός αγωγός θα μπορούσε να είναι ένα υδατικό διάλυμα θειικού οξέος. Σε αυτή την περίπτωση, το φορτίο θα αποθηκευτεί στη διεπαφή αυτών των ειδικών αγωγών (το ίδιο διπλό στρώμα). Η δυνητική διαφορά αυτών των πρώτων ιονιστών θα μπορούσε να φτάσει μια τιμή 1 volt, και οι μονάδες χωρητικότητας - farads, επειδή τώρα η απόσταση μεταξύ των πλακών ήταν μικρότερη από 5 nanometers.

Το 1971, η άδεια μεταβιβάστηκε στην ιαπωνική εταιρεία NEC, η οποία τότε ασχολείται με όλους τους τομείς της ηλεκτρονικής επικοινωνίας. Οι Ιάπωνες ήταν επιτυχείς στην προώθηση της τεχνολογίας στην αγορά ηλεκτρονικών ειδών που ονομάζεται "Supercapacitor".

Επτά χρόνια αργότερα, το 1978, η Panasonic, με τη σειρά της, κυκλοφόρησε το "Gold Cap", το οποίο κέρδισε επίσης επιτυχία στην αγορά αυτή. Η επιτυχία εξασφαλίστηκε από την ευκολία χρήσης ιονιστών για την τροφοδοσία της πτητικής μνήμης SRAM. Ωστόσο, αυτοί οι ιονιστές είχαν υψηλή εσωτερική αντίσταση, η οποία περιόρισε την ικανότητα γρήγορης εκχύλισης ενέργειας και συνεπώς μειώνει σημαντικά το εύρος των εφαρμογών.

Το 1982, οι ειδικοί του αμερικανικού ινστιτούτου Pinnacle Research Institute (PRI), που βρίσκεται στο Los Gatos της Καλιφόρνια, εργάζονται για τη βελτίωση των ηλεκτροδίων και των ηλεκτρολυτικών υλικών, ανέπτυξαν ιόντες υψηλής πυκνότητας ενέργειας που εμφανίστηκαν στην αγορά με το όνομα PRI Ultracapacitor .

Μετά από 10 χρόνια, το 1992, Maxwell Laboratories (που αργότερα μετονομάστηκε σε Maxwell Technologies, Σαν Ντιέγκο, Καλιφόρνια, ΗΠΑ) άρχισε να αναπτύσσει την τεχνολογία PRI που ονομάζεται "Boost Caps". Ο στόχος τώρα ήταν να δημιουργηθούν πυκνωτές υψηλής χωρητικότητας χαμηλής αντίστασης για να μπορούν να τροφοδοτούν ισχυρό ηλεκτρικό εξοπλισμό.

Το Σχ. 1. SAMWHA ELECTRIC υπερκαταλύτης DH5U308W60138TH

Το 1999, η ταϊβανέζικη εταιρεία UltraCap Technologies Corp. Άρχισε επίσης να συνεργάζεται με την PRI, η οποία ανέπτυξε μέχρι τότε ένα τεράστιο κεραμικό ηλεκτρόδιο περιοχής και μέχρι το 2001 ξεκίνησε ο πρώτος μεγάλης δυναμικότητας της Ταϊβάν. Από αυτή τη στιγμή ξεκίνησε η ενεργή ανάπτυξη της τεχνολογίας σε πολλά ερευνητικά ινστιτούτα του κόσμου.

Υπάρχουν επίσης παίκτες στη ρωσική αγορά, οπότε η εταιρεία Ultracapacitors Phoenix (UKF LLC) είναι μια εταιρεία μηχανικών που ειδικεύεται στο σχεδιασμό, την ανάπτυξη, την παραγωγή και την πρακτική εφαρμογή λύσεων και συστημάτων βασισμένων σε υπερκαταναλωτές / ιονιστές. Η εταιρεία συνεργάζεται στενά με τους καλύτερους κατασκευαστές παγκοσμίως και αναλαμβάνει ενεργά την εμπειρία τους.

Η χρήση ιονιστών

Οι ιονιστές ανά μονάδες farad έχουν λάβει αξιόλογη χρήση ως εφεδρικές πηγές ενέργειας σε πολλές συσκευές.Ξεκινώντας με τη δύναμη των χρονόμετρων των τηλεοράσεων και των φούρνων μικροκυμάτων, και τελειώνει με πολύπλοκες ιατρικές συσκευές. Κατά κανόνα, οι ιονιστές εγκαθίστανται σε κάρτες μνήμης.

Όταν αλλάζετε την μπαταρία σε βίντεο ή κάμερα, το ionistor υποστηρίζει την ισχύ των κυκλωμάτων μνήμης που είναι υπεύθυνα για τις ρυθμίσεις, το ίδιο ισχύει και για τα κέντρα μουσικής, τους υπολογιστές και άλλο παρόμοιο εξοπλισμό. Τηλέφωνα ηλεκτρονικούς μετρητές ηλεκτρικής ενέργειας, συστήματα συναγερμού ασφαλείας, ηλεκτρονικά όργανα μέτρησης και ιατροτεχνολογικά προϊόντα - οι υπερκατασκευαστές έχουν βρει εφαρμογή παντού.

Το Σχ. 2. Οι υπερκαταναλωτές (ιονιστές)

Οι μικρές ιονιστές ηλεκτρολυτών ηλεκτρολυτών έχουν μέγιστη τάση περίπου 2,5 βολτ. Για να επιτύχουν υψηλότερες επιτρεπόμενες τάσεις, οι ιονιστές συνδέονται σε μπαταρίες, απαραιτήτως χρησιμοποιώντας αντιστάσεις βραχυκύκλωσης.

Τα πλεονεκτήματα των ιονιστών περιλαμβάνουν: υψηλός ρυθμός εκφόρτισης, αντίσταση σε εκατοντάδες χιλιάδες κύκλους επαναφόρτισης σε σύγκριση με τις μπαταρίες, χαμηλό βάρος σε σύγκριση με ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές, χαμηλή τοξικότητα, ανοχή απαλλαγής στο μηδέν.

Το Σχ. 3. Αδιάλειπτη παροχή ισχύος στους υπερκαταναλωτές

Το Σχ. 4. Δομοστοιχεία αυτοκινήτου με υπερκατασκευή

Προοπτικές

Στην ανάπτυξη των ιονιστών, η συγκεκριμένη τους χωρητικότητα αυξάνεται όλο και περισσότερο και κατά πάσα πιθανότητα αργά ή γρήγορα αυτό θα οδηγήσει στην πλήρη αντικατάσταση των μπαταριών με υπερκαταναλωτές σε πολλούς τεχνικούς τομείς.

Πρόσφατες μελέτες από μια ομάδα επιστημόνων στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Riverside έδειξαν ότι ένας νέος τύπος ιονίστρου βασίζεται σε μια πορώδη δομή, όπου τα σωματίδια οξειδίου του ρουθηνίου εναποτίθενται graφένιοανώτερη των καλύτερων ομολόγων της σχεδόν δύο φορές.

Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι οι πόροι του "αφρού γραφένιου" έχουν νανοσώματα κατάλληλα για τη συγκράτηση σωματιδίων οξειδίων μεταβατικών μετάλλων. Οι υπερκαταναλωτές οξειδίου του ρουθηνίου είναι πλέον η πιο ελπιδοφόρα επιλογή. Είναι ασφαλές να λειτουργούν σε έναν υδατικό ηλεκτρολύτη, παρέχουν μια αύξηση στην αποθηκευμένη ενέργεια και αυξάνουν την επιτρεπόμενη ένταση κατά ένα συντελεστή δύο σε σύγκριση με τα καλύτερα διαθέσιμα ιόντα στην αγορά.

Αποθηκεύουν περισσότερη ενέργεια για κάθε κυβικό εκατοστό του όγκου τους, επομένως θα ήταν σκόπιμο να αντικαταστήσετε τις μπαταρίες μαζί τους. Πρώτα απ 'όλα, μιλάμε για φορητά και εμφυτεύσιμα ηλεκτρονικά, αλλά στο μέλλον, η καινοτομία μπορεί επίσης να βασίζεται σε προσωπικά ηλεκτρικά οχήματα.

Το Graphene εναποτίθεται στρώμα σε στρώμα πάνω σε σωματίδια νικελίου, το οποίο δρα ως υποστήριγμα για νανοσωλήνες άνθρακα, οι οποίες μαζί με το graphene σχηματίζουν μια πορώδη δομή άνθρακα. Σωματίδια οξειδίου ρουθηνίου με διάμετρο μικρότερη από 5 nm διεισδύουν στα ληφθέντα νανοπόρια του τελευταίου από ένα υδατικό διάλυμα. Η ειδική ικανότητα του ιονίστρου με βάση την προκύπτουσα δομή είναι 503 farads ανά γραμμάριο, που αντιστοιχεί σε μια ειδική ισχύ 128 kW / kg.

Το Σχ. 4. Φορτιστής σε υπερκαταναλωτή graphene

Η ικανότητα κλιμάκωσης αυτής της δομής έχει ήδη θέσει τα θεμέλια και έθεσε τα θεμέλια για τη δημιουργία των ιδανικών μέσων αποθήκευσης ενέργειας. Οι ιονιστές που βασίζονται σε "αφρό γραφένης" πέρασαν με επιτυχία τις πρώτες δοκιμές, όπου έδειξαν την ικανότητα επαναφόρτισης περισσότερες από οκτώ χιλιάδες φορές χωρίς φθορά.