Što su superkondenzatori

Ionistori, superkondenzatori, ultrakapacitatori - povijest stvaranja i razvoja tehnologije

7. lipnja 1962., Robert Reitmayer, kemičar pri američkoj standardnoj naftnoj kompaniji (SOHIO) u Clevelandu, Ohio, podnio je patentnu prijavu u kojoj je detaljno opisao mehanizam za spremanje električne energije u dvoslojnom kondenzatoru.

Ako u konvencionalni kondenzator Budući da su aluminijske ploče tradicionalno izolirane dielektričnim slojem, u izvedbi koju je izumitelj predložio, naglasak je stavljen izravno na materijal ploča. Elektrode su morale imati različitu vodljivost: jedna elektroda mora imati ionsku vodljivost, a druga - elektroničku.

Dakle, u procesu punjenja kondenzatora došlo bi do odvajanja elektrona i pozitivnih centara u elektroničkom vodiču i odvajanja kationa i aniona u ionskom vodiču.

Predloženo je da je elektronički vodič izrađen od poroznog ugljika, tada bi ionski vodič mogao biti vodena otopina sumporne kiseline. U ovom slučaju, naboj bi bio pohranjen na sučelju ovih posebnih vodiča (isti dvostruki sloj). Razlika potencijala tih prvih ionistara mogla bi doseći vrijednost od 1 volta, a kapacitet - jedinice farada, jer je sada udaljenost između ploča bila manja od 5 nanometara.

1971. licenca je prenesena na japansku tvrtku NEC koja se u to vrijeme bavila svim područjima elektroničke komunikacije. Japanci su bili uspješni u promicanju tehnologije na tržištu elektronike zvane "Supercapacitor".

Sedam godina kasnije, 1978., Panasonic je sa svoje strane izdao „Zlatnu kapu“ koja je također postigla uspjeh na ovom tržištu. Uspjeh je osigurana praktičnost korištenja ionistara za napajanje SRAM hlapljive memorije. Međutim, ti su ionistori imali visoku unutarnju otpornost, što je ograničavalo sposobnost brzog izvlačenja energije, te su stoga uvelike suzili područje primjene.

1982. godine, stručnjaci na Američkom istraživačkom institutu Pinnacle (PRI), smještenom u Los Gatosu u Kaliforniji, radeći na poboljšanju elektroda i elektrolitskih materijala, razvili su ionizatore izuzetno velike gustoće energije koji su se na tržištu pojavili pod nazivom „PRI Ultracapacitor“ ,

Nakon 10 godina, 1992. godine, Maxwell Laboratories (koja je kasnije promijenila ime u Maxwell Technologies, San Diego, Kalifornija, SAD) počela je razvijati PRI tehnologiju nazvanu "Boost Caps". Cilj je sada bio stvoriti kondenzatore velikog kapaciteta s malim otporom kako bi se mogla napajati moćna električna oprema.

Sl. 1. SAMWHA ELECTRIC superkondenzator DH5U308W60138TH

1999. godine tajvanska tvrtka UltraCap Technologies Corp. Također je započela suradnju s tvrtkom PRI, koja je do tada razvila izuzetno veliku površinu keramike elektroda, a 2001. godine predstavljen je prvi tajvanski ultrakapacitor velikog kapaciteta. Od ovog trenutka počeo je aktivni razvoj tehnologije u mnogim svjetskim istraživačkim institutima.

Na ruskom tržištu postoje i igrači, tako da je tvrtka Ultracapacitors Phoenix (UKF LLC) inženjerska tvrtka specijalizirana za dizajn, razvoj, proizvodnju i praktičnu primjenu rješenja i sustava temeljenih na superkapacitorima / jonizatorima. Tvrtka surađuje s najboljim svjetskim proizvođačima i aktivno preuzima njihovo iskustvo.

Primjena ionistara

Ionistori po farad jedinicama dobili su zasluženu upotrebu kao rezervni izvori napajanja na mnogim uređajima.Počevši od snage tajmera televizora i mikrovalne pećnice, a završavajući složenim medicinskim uređajima. U pravilu se ionistori instaliraju na memorijske kartice.

Kad mijenjaju bateriju u video ili kameri, ionistor podržava snagu memorijskih krugova odgovornih za postavke, isto vrijedi i za glazbene centre, računala i drugu sličnu opremu. telefoni, elektronski brojila električne energije, sigurnosni alarmni sustavi, elektronički mjerni instrumenti i medicinski uređaji - superkapacitatori su svugdje našli primjenu.

Sl. 2. Superkondenzatori (ionistori)

Mali ionistori organskog elektrolita imaju maksimalni napon od oko 2,5 volta. Da bi se postigli veći dopušteni naponi, ionistori se spajaju na baterije, nužno koristeći shunt otpornike.

Prednosti ionistara uključuju: visoka brzina punjenja i pražnjenja, otpornost na stotine tisuća ciklusa ponovnog punjenja u usporedbi s baterijama, mala težina u usporedbi s elektrolitičkim kondenzatorima, niska toksičnost, tolerancija pražnjenja do nule.

Sl. 3. Neprekidno napajanje superkondenzatora

Sl. 4. Moduli automobila Supercapacitor

planovi

U razvoju ionistara njihov se specifični kapacitet sve više povećava, a po svemu sudeći, prije ili kasnije to će dovesti do potpune zamjene baterija superkapacitorima u mnogim tehničkim područjima.

Nedavne studije tima znanstvenika sa Sveučilišta u Kaliforniji u Riversideu pokazale su da se nova vrsta ionistora temelji na poroznoj strukturi u kojoj se na naslažu čestice rutenijevog oksida. grafennadmoćniji od svojih najboljih kolega gotovo dvostruko.

Istraživači su otkrili da pore „grafenske pjene“ imaju nanose veličine pogodne za držanje čestica oksida prelaznog metala. Superkondenzatori rutenijevog oksida sada su najperspektivnija opcija. Sigurni rad na vodenom elektrolitu, oni povećavaju pohranjenu energiju i povećavaju dopuštenu amperaciju za faktor dva u usporedbi s najboljim ionistorima dostupnim na tržištu.

Oni pohranjuju više energije za svaki kubni centimetar svog volumena, pa bi bilo preporučljivo zamijeniti baterije s njima. Prije svega, govorimo o nosivoj i implantabilnoj elektronici, no u budućnosti se novost može temeljiti i na osobnim električnim vozilima.

Grafen se taloži po sloj na čestice nikla, što djeluje kao oslonac za ugljikove nanocjevčice, koje zajedno s grafenom tvore poroznu strukturu ugljika. Čestice rutenijevog oksida promjera manjeg od 5 nm prodiru u dobivene nanopore potonjeg iz vodene otopine. Specifični kapacitet ionistora na temelju dobivene strukture je 503 farada po gramu, što odgovara specifičnoj snazi ​​od 128 kW / kg.

Sl. 4. Punjač na grafenskom superkapacitoru

Sposobnost skaliranja ove strukture već je postavila temelje i postavila temelj za stvaranje idealnih sredstava za pohranu energije. Ionistori temeljeni na "grafenskoj pjeni" uspješno su prošli prve testove, gdje su pokazali sposobnost ponovnog punjenja više od osam tisuća puta bez propadanja.