Wat zijn supercondensatoren

Ionistors, supercapacitors, ultracapacitors - de geschiedenis van het creëren en ontwikkelen van technologie

Op 7 juni 1962 diende Robert Reitmaer, een chemicus bij de American Standard Oil Company (SOHIO) in Cleveland, Ohio, een patentaanvraag in met details over het mechanisme voor het opslaan van elektrische energie in een dubbellaags condensator.

Als in conventionele condensator Omdat aluminiumplaten traditioneel werden geïsoleerd met een diëlektrische laag, werd in de door de uitvinder voorgestelde uitvoeringsvorm de nadruk direct op het materiaal van de platen gelegd. De elektroden moesten verschillende geleidbaarheid hebben: de ene elektrode moest ionische geleidbaarheid hebben en de andere - elektronisch.

Bij het laden van een condensator zou er dus een scheiding zijn van elektronen en positieve centra in de elektronische geleider en een scheiding van kationen en anionen in de ionengeleider.

Er werd voorgesteld de elektronische geleider te maken van poreuze koolstof, vervolgens zou de ionische geleider een waterige oplossing van zwavelzuur kunnen zijn. In dit geval zou de lading worden opgeslagen op het interface van deze speciale geleiders (dezelfde dubbele laag). Het potentiaalverschil van deze eerste ionistoren zou een waarde van 1 volt kunnen bereiken, en de capaciteit - eenheden van farads, omdat nu de afstand tussen de platen minder dan 5 nanometer was.

In 1971 werd de licentie overgedragen aan het Japanse bedrijf NEC, dat zich toen bezighield met alle gebieden van elektronische communicatie. De Japanners waren succesvol in het promoten van technologie op de genoemde elektronische markt "Supercondensator".

Zeven jaar later, in 1978, bracht Panasonic op zijn beurt de “Gold Cap” uit, die ook succes boekte in deze markt. Het succes werd verzekerd door het gemak van het gebruik van ionistors om het vluchtige geheugen van SRAM te voeden. Deze ionistoren hadden echter een hoge interne weerstand, die het vermogen beperkte om snel energie te extraheren, en daarom het bereik van toepassingen aanzienlijk vernauwde.

In 1982 ontwikkelden specialisten van het American Pinnacle Research Institute (PRI), gevestigd in Los Gatos, Californië, bezig met het verbeteren van elektrode- en elektrolytmaterialen, ionisatoren met een extreem hoge energiedichtheid die op de markt verschenen onder de naam "PRI Ultracapacitor" .

Na 10 jaar, in 1992, begonnen Maxwell Laboratories (die later zijn naam veranderde in Maxwell Technologies, San Diego, Californië, VS) PRI-technologie genaamd "Boost Caps" te ontwikkelen. Het doel was nu om condensatoren met een hoge capaciteit te creëren met een lage weerstand om krachtige elektrische apparatuur van stroom te kunnen voorzien.

Fig. 1. SAMWHA ELEKTRISCHE supercondensator DH5U308W60138TH

In 1999 werd het Taiwanese bedrijf UltraCap Technologies Corp. Ze begon ook samen te werken met PRI, die tegen die tijd een elektrodekeramiek met een extreem groot oppervlak had ontwikkeld, en tegen 2001 werd de eerste ultracapacitor met hoge capaciteit in Taiwan gelanceerd. Vanaf dit moment begon de actieve ontwikkeling van technologie in veel onderzoeksinstituten van de wereld.

Er zijn ook spelers op de Russische markt, dus het bedrijf Ultracapacitors Phoenix (UKF LLC) is een engineeringbedrijf dat gespecialiseerd is in het ontwerpen, ontwikkelen, produceren en praktisch toepassen van oplossingen en systemen op basis van supercondensatoren / ionisatoren. Het bedrijf werkt nauw samen met de beste fabrikanten ter wereld en neemt actief hun ervaring over.

Het gebruik van ionistoren

Ionistors per farad-eenheid zijn welverdiend gebruikt als back-upstroombronnen op veel apparaten.Beginnend met de kracht van de timers van tv's en magnetrons, en eindigend met complexe medische apparaten. In de regel worden ionistors op geheugenkaarten geïnstalleerd.

Wanneer de batterij in een video of camera wordt vervangen, ondersteunt de ionistor de stroom van de geheugencircuits die verantwoordelijk zijn voor de instellingen, hetzelfde geldt voor muziekcentra, computers en andere soortgelijke apparatuur. telefoons, elektronische elektriciteitsmeters, beveiligingsalarmsystemen, elektronische meetinstrumenten en medische apparaten - supercondensatoren hebben overal toepassing gevonden.

Fig. 2. Supercondensatoren (ionistoren)

Kleine organische elektrolytionistoren hebben een maximale spanning van ongeveer 2,5 volt. Om hogere toelaatbare spanningen te verkrijgen, zijn de ionistoren verbonden met batterijen, noodzakelijkerwijs met behulp van shuntweerstanden.

De voordelen van ionistors omvatten: hoge laad-ontlaadsnelheid, weerstand tegen honderdduizenden oplaadcycli in vergelijking met batterijen, laag gewicht in vergelijking met elektrolytische condensatoren, lage toxiciteit, ontladingstolerantie tot nul.

Fig. 3. Ononderbroken stroomvoorziening op supercondensatoren

Fig. 4. Supercapacitor automodules

prospects

Bij de ontwikkeling van ionistoren neemt hun specifieke capaciteit in toenemende mate toe en naar alle waarschijnlijkheid zal dit vroeg of laat leiden tot de volledige vervanging van batterijen door supercondensatoren op veel technische gebieden.

Recente studies door een team van wetenschappers aan de Universiteit van Californië in Riverside hebben aangetoond dat een nieuw type ionistor is gebaseerd op een poreuze structuur, waarop rutheniumoxidedeeltjes worden afgezet grafeenbijna twee keer superieur aan zijn beste tegenhangers.

Onderzoekers hebben ontdekt dat de poriën van "grafeenschuim" nanogroottes hebben die geschikt zijn voor het vasthouden van deeltjes van overgangsmetaaloxiden. Rutheniumoxide-supercondensatoren zijn nu de meest veelbelovende optie. Ze zijn veilig om op een waterige elektrolyt te werken, ze zorgen voor een toename van de opgeslagen energie en verhogen de toegestane stroomsterkte met een factor twee in vergelijking met de beste ionistoren op de markt.

Ze slaan meer energie op voor elke kubieke centimeter van hun volume, dus het is raadzaam om de batterijen ermee te vervangen. Allereerst hebben we het over draagbare en implanteerbare elektronica, maar in de toekomst kan de nieuwigheid ook worden gebaseerd op persoonlijke elektrische voertuigen.

Grafeen wordt laag voor laag op nikkeldeeltjes afgezet, dat dient als een ondersteuning voor koolstofnanobuizen, die samen met grafeen een poreuze koolstofstructuur vormen. Deeltjes rutheniumoxide met een diameter van minder dan 5 nm dringen vanuit een waterige oplossing in de verkregen nanoporiën van deze laatste. De specifieke capaciteit van de ionistor op basis van de resulterende structuur is 503 farad per gram, wat overeenkomt met een specifiek vermogen van 128 kW / kg.

Fig. 4. Oplader op een grafeen-supercondensator

Het vermogen om deze structuur te schalen heeft al de basis gelegd en de basis gelegd voor het creëren van de ideale manier om energie op te slaan. Ionistors op basis van "grafeenschuim" hebben de eerste tests met succes doorstaan, waarbij ze aantoonden dat ze meer dan achtduizend keer konden opladen zonder achteruit te gaan.