Kas yra superkondensatoriai

Jonizatoriai, superkondensatoriai, ultrakondensatoriai - technologijos kūrimo ir tobulinimo istorija

1962 m. Birželio 7 d. Amerikos standartinės naftos kompanijos (SOHIO) Clevelandyje (Ohajas) chemikas Robertas Reitmayeris pateikė patentinę paraišką, kurioje išsamiai aprašytas elektros energijos kaupimo dvisluoksniame kondensatoriuje mechanizmas.

Jei įprastas kondensatorius Kadangi aliuminio plokštės tradiciškai buvo izoliuojamos dielektriniu sluoksniu, išradėjo pasiūlytame variante didžiausias dėmesys buvo skiriamas plokščių medžiagai. Elektrodų laidumas turėjo būti skirtingas: vieno elektrodo laidumas turėjo būti joninis, o kito - elektroninio.

Taigi, kraunant kondensatorių, elektronai ir teigiami centrai atsiskiria elektroniniame laidininke, katijonai ir anijonai - joniniame laidininke.

Buvo pasiūlyta, kad elektroninis laidininkas būtų pagamintas iš akytos anglies, tada joninis laidininkas gali būti vandeninis sieros rūgšties tirpalas. Tokiu atveju įkrova būtų saugoma šių specialių laidininkų sąsajoje (tas pats dvigubas sluoksnis). Potencialus šių pirmųjų jonizatorių skirtumas gali siekti 1 volto vertę, o talpos - faradų vienetus, nes dabar atstumas tarp plokštelių buvo mažesnis nei 5 nanometrai.

1971 m. Licencija buvo perduota Japonijos įmonei NEC, kuri tuo metu vykdė visas elektroninio ryšio sritis. Japonams pavyko sėkmingai išpopuliarinti vadinamą elektronikos rinkos technologiją „Superkondensatorius“.

Po septynerių metų, 1978 m., „Panasonic“ savo ruožtu išleido „Auksinį dangtelį“, kuris taip pat sulaukė sėkmės šioje rinkoje. Sėkmę užtikrino patogumas naudojant jonizatorius, kad būtų galima maitinti SRAM nepastoviąją atmintį. Tačiau šie jonizatoriai turėjo aukštą vidinį pasipriešinimą, kuris apribojo galimybę greitai išgauti energiją, todėl labai susiaurino taikymo sritis.

1982 m. Amerikos Pinnacle tyrimų instituto (PRI), esančio Los Gatos mieste, Kalifornijoje, specialistai, tobulinantys elektrodus ir elektrolitų medžiagas, sukūrė ypač didelio energijos tankio jonizatorius, kurie pasirodė rinkoje pavadinimu „PRI Ultracapacitor“. .

Po 10 metų, 1992 m., „Maxwell Laboratories“ (vėliau pakeitusi pavadinimą į „Maxwell Technologies“, San Diegas, Kalifornija, JAV) pradėjo kurti PRI technologiją, pavadintą „Boost Caps“. Dabar buvo siekiama sukurti mažos varžos didelės talpos kondensatorius, kad būtų galima maitinti galingą elektros įrangą.

Fig. 1. SAMWHA ELECTRIC superkondensatorius DH5U308W60138TH

1999 m. Taivano įmonė „UltraCap Technologies Corp.“ Ji taip pat pradėjo bendradarbiauti su PRI, kuris tuo metu buvo sukūręs ypač didelio ploto elektrodinę keramiką, o iki 2001 m. Buvo paleistas pirmasis Taivano didelės talpos ultrakondensatorius. Nuo šio momento prasidėjo aktyvi technologijos plėtra daugelyje pasaulio tyrimų institutų.

Rusijos rinkoje taip pat yra žaidėjų, todėl bendrovė „Ultracapacitors Phoenix“ (UKF LLC) yra inžinerijos įmonė, kurios specializacija yra superkondensatorių / jonizatorių pagrindu sukurtų sprendimų ir sistemų projektavimas, kūrimas, gamyba ir praktinis pritaikymas. Bendrovė glaudžiai bendradarbiauja su geriausiais pasaulio gamintojais ir aktyviai perima jų patirtį.

Jonizatorių naudojimas

Vieno faradono vienetų jonizatoriai buvo pelnytai naudojami kaip atsarginiai energijos šaltiniai daugelyje prietaisų.Pradedant nuo televizorių ir mikrobangų krosnelių laikmačių galios ir baigiant sudėtingais medicinos prietaisais. Paprastai jonizatoriai yra įdiegiami atminties kortelėse.

Keičiant vaizdo įrašo ar fotoaparato akumuliatorių, jonistorius palaiko atminties grandinių, atsakingų už nustatymus, galią. Tas pats pasakytina ir apie muzikos centrus, kompiuterius ir kitą panašią įrangą. Telefonai elektroniniai elektros skaitikliai, apsaugos signalizacijos sistemos, elektroniniai matavimo prietaisai ir medicinos prietaisai - superkondensatoriai pritaikyti visur.

Fig. 2. Superkondensatoriai (jonizatoriai)

Mažų organinių elektrolitų jonizatorių maksimali įtampa yra apie 2,5 volto. Norint gauti didesnę leistiną įtampą, jonizatoriai jungiami prie akumuliatorių, būtinai naudojant šunto rezistorius.

Jonizatorių pranašumai apima:: didelis įkrovos iškrovos greitis, atsparumas šimtams tūkstančių įkrovimo ciklų, palyginti su baterijomis, mažas svoris, palyginti su elektrolitiniais kondensatoriais, mažas toksiškumas, iškrovos tolerancija iki nulio.

Fig. 3. Nepertraukiamo maitinimo šaltinis superkondensatoriuose

Fig. 4. Automobilių superkondensatorių moduliai

Perspektyvos

Kuriant jonizatorius, jų savitasis pajėgumas vis labiau didėja ir, tikėtina, anksčiau ar vėliau tai sukels visišką baterijų pakeitimą superkondensatoriais daugelyje techninių sričių.

Naujausi Kalifornijos universiteto Riverside mokslininkų grupės tyrimai parodė, kad naujo tipo jonistoriai yra pagrįsti porėta struktūra, kurioje rutenio oksido dalelės nusėda ant grafenaspranašesnis už geriausius kolegas beveik du kartus.

Tyrėjai išsiaiškino, kad „grafeno putų“ poros turi nanodalelių, tinkamų laikyti pereinamųjų metalų oksidų daleles. Rutenio oksido superkondensatoriai dabar yra perspektyviausias pasirinkimas. Saugiai dirbdami su vandeniniu elektrolitu, jie padidina sukauptą energiją ir padidina leistiną srovės stiprį dvigubai, palyginti su geriausiais rinkoje esančiais jonizatoriais.

Jie kaupia daugiau energijos kiekvienam jų tūrio kubiniam centimetrui, todėl patartina baterijas pakeisti jomis. Visų pirma, mes kalbame apie nešiojamą ir implantuojamą elektroniką, tačiau ateityje naujovė taip pat gali būti pagrįsta asmeninėmis elektrinėmis transporto priemonėmis.

Grafenas sluoksnis po sluoksnio nusėda ant nikelio dalelių, kurios veikia kaip atrama anglies nanovamzdeliams, kurie kartu su grafenu sudaro porėtą anglies struktūrą. Rutenio oksido dalelės, kurių skersmuo mažesnis kaip 5 nm, prasiskverbia į gautus pastarųjų nanoporus iš vandeninio tirpalo. Specifinė jonistoriaus talpa, atsižvelgiant į susidariusią struktūrą, yra 503 farai / gramas, o tai atitinka 128 kW / kg savitąją galią.

Fig. 4. Įkroviklis ant grafeno superkondensatoriaus

Galimybė išmatuoti šią struktūrą jau padėjo pagrindą ir padėjo pagrindą sukurti idealias energijos kaupimo priemones. Jonizatoriai, kurių pagrindą sudaro „grafeno putos“, sėkmingai išlaikė pirmuosius bandymus, kuriuose jie parodė, kad gali daugiau nei aštuonis tūkstančius kartų įkrauti nepablogėjus.