Mitä ovat superkondensaattorit

Ionisorit, superkondensaattorit, ultrakondensaattorit - tekniikan luomisen ja kehityksen historia

Ohjelmassa Clevelandissa, Ohiossa toimivan American Standard Oil Company -yrityksen (SOHIO) kemisti Robert Reitmayer jätti 7. kesäkuuta 1962 patenttihakemuksen, jossa selvitettiin mekanismia sähköenergian varastoimiseksi kaksikerroksisessa kondensaattorissa.

Jos sisään tavanomainen kondensaattori Koska alumiinilevyt eristettiin perinteisesti dielektrisellä kerroksella, keksijän ehdottamassa suoritusmuodossa painotus asetettiin suoraan levymateriaaliin. Elektrodien piti olla erilainen johtavuus: yhdellä elektrodilla oli oltava ioninjohtavuus ja toisella - elektroninen.

Siten kondensaattorin latausprosessissa tapahtuisi elektronien ja positiivisten keskuksien erottaminen elektronisessa johtimessa sekä kationien ja anionien erottaminen ionijohteessa.

Elektronisen johtimen ehdotettiin olevan valmistettu huokoisesta hiilestä, sitten ionijohdin voisi olla rikkihapon vesiliuos. Tässä tapauksessa varaus varastoidaan näiden erikoisjohtimien rajapinnalle (sama kaksikerros). Näiden ensimmäisten ionisaattoreiden potentiaaliero voi saavuttaa arvon 1 voltti ja faradien kapasitanssiyksiköt, koska nyt levyjen välinen etäisyys oli alle 5 nanometriä.

Vuonna 1971 lisenssi siirrettiin japanilaiselle yritykselle NEC, joka tuolloin harjoitti kaikkia sähköisen viestinnän aloja. Japanilaiset menestyivät teknologian edistämisessä nimeltään elektroniikkamarkkinoille "Superkondensaattorin".

Seitsemän vuotta myöhemmin, vuonna 1978, Panasonic puolestaan ​​julkaisi ”Kultakorkin”, joka myös menestyi näillä markkinoilla. Menestys taattiin ionisaattoreiden käytön mukavuudella SRAM-haihtuvan muistin virittämiseksi. Näillä ionisaattoreilla oli kuitenkin korkea sisäinen vastus, joka rajoitti kykyä nopeasti ottaa energiaa, ja siksi kavensi suuresti sovellusalueita.

Vuonna 1982 Kalifornian Los Gatosissa sijaitsevan American Pinnacle Research Institute (PRI) -asiantuntijat kehittivät elektrodien ja elektrolyyttimateriaalien parantamista ja kehittivät erittäin korkean energiatiheyden ionisaattoreita, jotka ilmestyivät markkinoille nimellä PRI Ultracapacitor. .

Kymmenen vuoden kuluttua, vuonna 1992, Maxwell Laboratories (joka muutti myöhemmin nimensä Maxwell Technologies -yhtiöksi, San Diego, Kalifornia, USA) alkoi kehittää PRI-tekniikkaa nimeltään "Boost Caps". Nyt tavoitteena oli luoda suuren kapasiteetin kondensaattorit, joilla on pieni vastus, jotta voitaisiin antaa tehoa sähkölaitteille.

Kuva 1. SAMWHA ELECTRIC superkondensaattori DH5U308W60138TH

Vuonna 1999 taiwanilainen yritys UltraCap Technologies Corp. Hän aloitti yhteistyön myös PRI: n kanssa, joka oli tuolloin kehittänyt erittäin suuren alueen elektrodikeraamisen, ja vuoteen 2001 mennessä Taiwanin ensimmäinen suuren kapasiteetin ultrakondensaattori avattiin. Tästä hetkestä lähtien teknologian aktiivinen kehittäminen alkoi monissa maailman tutkimuslaitoksissa.

Venäjän markkinoilla on myös toimijoita, joten Ultracapacitors Phoenix (UKF LLC) on konepajayritys, joka on erikoistunut superkondensaattoreihin / ionisaattoreihin perustuvien ratkaisujen ja järjestelmien suunnitteluun, kehittämiseen, tuotantoon ja käytännön soveltamiseen. Yhtiö toimii tiiviissä yhteistyössä maailman parhaiden valmistajien kanssa ja ottaa aktiivisesti vastaan ​​heidän kokemuksensa.

Ionisoijien käyttö

Ionisorit farad-yksikköä kohti ovat saaneet ansaitun käytön varavirtalähteinä monissa laitteissa.Alkaen televisioiden ja mikroaaltouunien ajastimien voimasta ja monimutkaisiin lääkinnällisiin laitteisiin. Ionisorit asennetaan pääsääntöisesti muistikorteille.

Vaihtaessasi video- tai kameraparistoa, ionistori tukee asetuksista vastaavien muistipiirien tehoa, sama koskee musiikkikeskuksia, tietokoneita ja muita vastaavia laitteita. puhelimissa, elektroniset sähkömittarit, turvahälytysjärjestelmät, elektroniset mittauslaitteet ja lääkinnälliset laitteet - superkondensaattorit ovat löytäneet sovelluksen kaikkialle.

Kuva 2. Superkondensaattorit (ionisaattorit)

Pienten orgaanisten elektrolyyttiionistien maksimijännite on noin 2,5 volttia. Suurempien sallittujen jännitteiden saamiseksi ionisaattorit kytketään paristoihin, välttämättä käyttämällä sekoitusvastuksia.

Ionisoijien etuihin kuuluu: korkea purkausnopeus, vastustuskyky satojen tuhansien lataussyklien kanssa paristoihin verrattuna, pieni paino elektrolyyttikondensaattoreihin verrattuna, matala myrkyllisyys, purkaustoleranssi nollaan.

Kuva 3. Keskeytymätön virtalähde superkondensaattoreissa

Kuva 4. Superkondensaattorin automoduulit

tulevaisuudennäkymät

Ionisoijien kehittämisessä niiden ominaiskapasiteetti kasvaa yhä enemmän, ja todennäköisesti tämä johtaa ennemmin tai myöhemmin paristojen täydelliseen korvaamiseen superkondensaattoreilla monilla tekniikan aloilla.

Kalifornian Riverside-yliopiston tutkijaryhmän äskettäiset tutkimukset ovat osoittaneet, että uudentyyppinen ionistori perustuu huokoiseen rakenteeseen, jossa ruteniumoksidipartikkelit laskeutuvat grafeeniparempi kuin parhaat kollegansa melkein kahdesti.

Tutkijat ovat havainneet, että ”grafeenivaahdon” huokosissa on nanokoot, jotka soveltuvat siirtymämetallioksidien hiukkasten pitämiseen. Ruteniumoksidikompressorit ovat nyt lupaavin vaihtoehto. Turvallisesti työskentelemällä vesipitoisella elektrolyytillä ne lisäävät varastoitunutta energiaa ja lisäävät sallitun virrankertoimen kahdella kertoimella verrattuna markkinoiden parhaimpiin ionisaattoreihin.

Ne tallentavat enemmän energiaa tilavuuden kuutiometriä kohti, joten on suositeltavaa vaihtaa paristot niillä. Ensinnäkin puhutaan puettavasta ja implantoitavasta elektroniikasta, mutta tulevaisuudessa uutuus voi perustua myös henkilökohtaisiin sähköautoihin.

Grafeeni kerrostuu kerros kerrallaan nikkelihiukkasille, mikä toimii tukina hiilinanoputkille, jotka yhdessä grafeenin kanssa muodostavat huokoisen hiilirakenteen. Ruteniumoksidin hiukkaset, joiden halkaisija on vähemmän kuin 5 nm, tunkeutuvat saatuihin viimeksi mainittujen nanoporauksiin vesiliuoksesta. Tulokseksi saatuun rakenteeseen perustuva ionistorin ominaiskapasiteetti on 503 faaria grammaa kohti, mikä vastaa ominaistehoa 128 kW / kg.

Kuva 4. Laturi grafeenikompressorissa

Kyky skaalata tätä rakennetta on jo luonut perustan ja luonut perustan ihanteellisen keinon luomiseksi energian varastointiin. "Grafeenivaahtoon" perustuvat ionisaattorit läpäisivät menestyksekkäästi ensimmäiset testit, joissa ne osoittivat kyvyn latautua yli kahdeksan tuhatta kertaa ilman heikkenemistä.