Vad är superkapacitatorer

Ionistorer, superkondensatorer, ultrakondensatorer - historien om skapandet och utvecklingen av teknik

Den 7 juni 1962 lämnade Robert Reitmayer, en kemist vid American Standard Oil Company (SOHIO) i Cleveland, Ohio, in en patentansökan som beskriver mekanismen för lagring av elektrisk energi i en dubbellagerskondensator.

Om i konventionell kondensator Eftersom aluminiumplattor traditionellt isolerades med ett dielektriskt skikt, i den utföringsform som föreslagits av uppfinnaren, låg tonvikten direkt på plattans material. Elektroderna måste ha olika konduktivitet: en elektrod måste ha jonledningsförmåga, och den andra - elektronisk.

I processen med laddning av en kondensator skulle det således finnas en separering av elektroner och positiva centra i den elektroniska ledaren och separering av katjoner och anjoner i den joniska ledaren.

Den elektroniska ledaren föreslogs vara gjord av poröst kol, då kan jonledaren vara en vattenlösning av svavelsyra. I detta fall skulle laddningen lagras vid gränssnittet mellan dessa specialledare (samma dubbla lager). Potentialskillnaden mellan dessa första jonistorer kan nå ett värde på 1 volt och kapacitansen - enheter för farader, eftersom nu avståndet mellan plattorna var mindre än 5 nanometer.

År 1971 överfördes licensen till det japanska företaget NEC, som vid den tiden var engagerat i alla områden inom elektronisk kommunikation. Japanarna lyckades med att marknadsföra teknik till den elektroniska marknaden som heter "Superkondensator".

Sju år senare, 1978, släppte Panasonic i sin tur "Gold Cap", som också fick framgång på denna marknad. Framgången säkerställdes av bekvämligheten med att använda jonistorer för att driva SRAM-flyktiga minnet. Dessa jonistorer hade emellertid hög inre resistens, vilket begränsade förmågan att snabbt utvinna energi och därför minskade applikationsområdet kraftigt.

1982 utvecklade specialister vid American Pinnacle Research Institute (PRI), beläget i Los Gatos, Kalifornien och arbetade med att förbättra elektrod- och elektrolytmaterial, extremt hög energitäthetjonisatorer som dök upp på marknaden under namnet “PRI Ultracapacitor” .

Efter tio år, 1992, började Maxwell Laboratories (som senare bytte namn till Maxwell Technologies, San Diego, Kalifornien, USA) att utveckla PRI-teknik som kallas "Boost Caps". Målet nu var att skapa kondensatorer med hög kapacitet med lågt motstånd för att kunna driva kraftfull elektrisk utrustning.

Fig. 1. SAMWHA ELECTRIC supercapacitor DH5U308W60138TH

1999 taiwanesiska företaget UltraCap Technologies Corp. Hon började också samarbeta med PRI, som då hade utvecklat en extremt stor elektrode-keramisk keramik, och 2001 startades Taiwans första ultrakapacitator med hög kapacitet. Från detta ögonblick började den aktiva utvecklingen av teknik i många forskningsinstitut i världen.

Det finns också aktörer på den ryska marknaden, så företaget Ultracapacitors Phoenix (UKF LLC) är ett teknikföretag som specialiserat sig på design, utveckling, produktion och praktisk tillämpning av lösningar och system baserade på superkapacitatorer / jonisatorer. Företaget arbetar i nära samarbete med de bästa tillverkarna i världen och tar aktivt över sin erfarenhet.

Användning av jonistorer

Ionistorer per farad-enheter har fått välförtjänt användning som reservkraftkällor på många enheter.Börjar med kraften i tidtagarna på TV-apparater och mikrovågsugnar och slutar med komplexa medicinska apparater. I regel är jonistorer installerade på minneskort.

När du byter batteri i en video eller kamera stöder jonistorn kraften i minneskretsarna som är ansvariga för inställningarna, detsamma gäller för musikcenter, datorer och annan liknande utrustning. telefoner, elektroniska elmätare, säkerhetslarmssystem, elektroniska mätinstrument och medicintekniska apparater - superkondensatorer har hittat applikationer överallt.

Fig. 2. Superkapacitatorer (jonistorer)

Små organiska elektrolytjonistorer har en maximal spänning på cirka 2,5 volt. För att få högre tillåtna spänningar ansluts jonistorerna till batterier, nödvändigtvis med hjälp av shuntmotstånd.

Fördelarna med jonistorer inkluderar: hög laddning-urladdningshastighet, motstånd mot hundratusentals laddningscykler jämfört med batterier, låg vikt jämfört med elektrolytiska kondensatorer, låg toxicitet, urladdningstolerans till noll.

Fig. 3. Avbrottsfri strömförsörjning på superkondensatorer

Fig. 4. Supercapacitor bilmoduler

utsikter

I utvecklingen av jonistorer ökar deras specifika kapacitet mer och mer, och med all sannolikhet kommer det förr eller senare att leda till att batterierna byts ut med superkondensatorer inom många tekniska områden.

Nyligen genomförda studier av ett team av forskare vid University of California i Riverside har visat att en ny typ av jonistor är baserad på en porös struktur, där ruteniumoxidpartiklar deponeras på grafenöverlägsen sina bästa motsvarigheter nästan två gånger.

Forskare har upptäckt att porerna i "grafenskum" har nanosisatorer som är lämpliga för att hålla partiklar av övergångsmetalloxider. Ruteniumoxid-superkondensatorer är nu det mest lovande alternativet. De arbetar säkert på en vattenhaltig elektrolyt och ger en ökning av lagrad energi och ökar den tillåtna strömstyrkan med en faktor två jämfört med de bästa tillgängliga jonistorerna på marknaden.

De lagrar mer energi för varje kubikcentimeter av sin volym, så det skulle vara lämpligt att byta ut batterierna mot dem. Först och främst pratar vi om bärbar och implanterbar elektronik, men i framtiden kan nyheten också baseras på personliga elektriska fordon.

Grafen avsätts lager för lager på nickelpartiklar, som fungerar som ett stöd för kolananorör, som tillsammans med grafen bildar en porös kolstruktur. Partiklar av ruteniumoxid med en diameter mindre än 5 nm penetrerar de erhållna nanoporerna av den senare från en vattenlösning. Den specifika kapaciteten för jonistorn baserat på den resulterande strukturen är 503 farad per gram, vilket motsvarar en specifik effekt på 128 kW / kg.

Fig. 4. Laddare på en grafen-superkapacitor

Förmågan att skala denna struktur har redan lagt grunden och lagt grunden för att skapa det ideala sättet att lagra energi. Ionistorer baserade på ”grafenskum” klarat de första testen framgångsrikt, där de visade förmågan att ladda mer än åtta tusen gånger utan försämring.