Kas ir superkondensatori

Jonizatori, superkondensatori, ultrakondensatori - tehnoloģiju radīšanas un attīstības vēsture

1962. gada 7. jūnijā Roberts Reitmaijers, Amerikas standarta eļļas uzņēmuma (SOHIO) ķīmiķis Klīvlendā, Ohaio, iesniedza patenta pieteikumu, kurā bija aprakstīts elektriskās enerģijas uzkrāšanas mehānisms divslāņu kondensatorā.

Ja iekšā parastais kondensators Tā kā alumīnija plāksnes tradicionāli tika izolētas ar dielektrisko slāni, izgudrotāja piedāvātajā variantā uzsvars tika likts tieši uz plākšņu materiālu. Elektrodiem bija jābūt atšķirīgai vadītspējai: vienam elektrodam bija jābūt jonu vadītspējai, bet otram - elektroniskam.

Tādējādi kondensatora uzlādēšanas procesā elektronos un pozitīvajos centros elektronu vadītājā tiek atdalīti, bet jonos - katjoni un anjoni.

Tika ierosināts, ka elektroniskais vadītājs ir izgatavots no porainas oglekļa, tad jonu vadītājs varētu būt sērskābes ūdens šķīdums. Šajā gadījumā maksa tiktu saglabāta šo īpašo vadītāju saskarnē (tas pats dubultā slānis). Šo pirmo jonizatoru potenciālā starpība varētu sasniegt vērtību 1 volts, bet kapacitāte - fāžu vienības, jo tagad attālums starp plāksnēm bija mazāks par 5 nanometriem.

1971. gadā licence tika nodota Japānas uzņēmumam NEC, kas tajā laikā nodarbojās ar visām elektroniskās saziņas jomām. Japāņi veiksmīgi reklamēja tehnoloģiju elektronikas tirgū, ko sauca "Supercapacitor".

Pēc septiņiem gadiem, 1978. gadā, Panasonic savukārt izlaida “Zelta vāciņu”, kas arī guva panākumus šajā tirgū. Panākumus nodrošināja ērtība izmantot jonizatorus, lai darbinātu SRAM gaistošo atmiņu. Tomēr šiem jonizatoriem bija augsta iekšējā pretestība, kas ierobežoja spēju ātri iegūt enerģiju, un tāpēc ievērojami sašaurināja pielietojuma loku.

1982. gadā Amerikas Pinnacle Research Institute (PRI), kas atrodas Los Gatos, Kalifornijā, speciālisti, strādājot ar elektrodu un elektrolītu materiālu uzlabošanu, izstrādāja īpaši augsta enerģijas blīvuma jonizatorus, kas tirgū parādījās ar nosaukumu “PRI Ultracapacitor”. .

Pēc 10 gadiem, 1992. gadā, Maxwell Laboratories (vēlāk pārdēvēts par Maxwell Technologies, Sandjego, Kalifornijā, ASV) sāka attīstīt PRI tehnoloģiju ar nosaukumu “Boost Caps”. Tagad mērķis bija izveidot lieljaudas kondensatorus ar mazu pretestību, lai varētu darbināt jaudīgas elektroiekārtas.

Att. 1. SAMWHA ELECTRIC superkondensators DH5U308W60138TH

1999. gadā Taivānas uzņēmums UltraCap Technologies Corp. Viņa arī sāka sadarboties ar PRI, kurš līdz tam laikam bija izstrādājis ārkārtīgi liela apgabala elektrodu keramiku, un līdz 2001. gadam tika palaists pirmais Taivānas lieljaudas ultrakondensators. Kopš šī brīža daudzos pasaules pētniecības institūtos sākās aktīva tehnoloģiju attīstība.

Krievijas tirgū ir arī spēlētāji, tāpēc uzņēmums Ultracapacitors Phoenix (UKF LLC) ir inženierijas uzņēmums, kas specializējas tādu risinājumu un sistēmu projektēšanā, izstrādē, ražošanā un praktiskā pielietošanā, kuru pamatā ir superkondensatori / jonizatori. Uzņēmums strādā ciešā sadarbībā ar labākajiem pasaules ražotājiem un aktīvi pārņem viņu pieredzi.

Jonizatoru izmantošana

Jonizatori uz faradvienībām daudzās ierīcēs ir saņēmuši pelnītu izmantošanu kā rezerves enerģijas avoti.Sākot ar televizoru un mikroviļņu krāsniņu taimeru jaudu un beidzot ar sarežģītām medicīnas ierīcēm. Parasti jonizatori tiek instalēti atmiņas kartēs.

Mainot akumulatoru video vai kamerā, jonistors atbalsta atmiņas shēmu jaudu, kas atbild par iestatījumiem, tas pats attiecas uz mūzikas centriem, datoriem un citām līdzīgām iekārtām. Telefoni elektroniski elektrības skaitītāji, apsardzes signalizācijas sistēmas, elektroniskie mērinstrumenti un medicīniskās ierīces - superkondensatori ir atrasti visur.

Att. 2. Superkondensatori (jonizatori)

Mazu organisko elektrolītu jonizatoru maksimālais spriegums ir aptuveni 2,5 volti. Lai iegūtu lielāku pieļaujamo spriegumu, jonizatorus pievieno akumulatoriem, obligāti izmantojot šunta rezistorus.

Jonizatoru priekšrocības ietver: augsts lādēšanas un izlādes ātrums, pretestība simtiem tūkstošu uzlādēšanas ciklu salīdzinājumā ar akumulatoriem, mazs svars salīdzinājumā ar elektrolītiskajiem kondensatoriem, zema toksicitāte, izlādes pielaide līdz nullei.

Att. 3. Nepārtrauktās barošanas avoti superkondensatoriem

Att. 4. Automašīnas superkondensatoru moduļi

Perspektīvas

Izstrādājot jonizatorus, to īpatnējā jauda arvien vairāk palielinās, un, visticamāk, agrāk vai vēlāk tas izraisīs pilnīgu bateriju nomaiņu ar superkondensatoriem daudzās tehniskās jomās.

Nesenie Kalifornijas universitātes Riversaidas zinātnieku grupas pētījumi parādīja, ka jauna veida jonistori ir balstīti uz porainu struktūru, kur rutēnija oksīda daļiņas tiek nogulsnētas grafēnsgandrīz divreiz pārāks par labākajiem kolēģiem.

Pētnieki ir atklājuši, ka “grafēna putu” porām ir nanosizmēri, kas piemēroti pārejas metālu oksīdu daļiņu turēšanai. Rutēnija oksīda superkondensatori tagad ir visdaudzsološākā iespēja. Droši darboties ar ūdens elektrolītu, tie palielina uzkrāto enerģiju un palielina pieļaujamo strāvas stiprumu divreiz, salīdzinot ar labākajiem tirgū pieejamajiem jonizatoriem.

Viņi uzkrāj vairāk enerģijas par katru tilpuma kubikcentimetru, tāpēc būtu ieteicams baterijas nomainīt pret tām. Pirmkārt, mēs runājam par valkājamu un implantējamu elektroniku, taču nākotnē jaunuma pamatā var būt arī personālie elektriskie transportlīdzekļi.

Grafēns slāni pa slāni tiek uzklāts uz niķeļa daļiņām, kas darbojas kā atbalsts oglekļa nanocaurulēm, kuras kopā ar grafēnu veido porainu oglekļa struktūru. Rutēnija oksīda daļiņas, kuru diametrs ir mazāks par 5 nm, no ūdens šķīduma iekļūst iegūto pēdiņu nanoporās. Jonistoru īpatnējā jauda, ​​pamatojoties uz iegūto struktūru, ir 503 faradi uz gramu, kas atbilst īpatnējai jaudai 128 kW / kg.

Att. 4. Lādētājs uz grafēna superkondensatora

Spēja izmērīt šo struktūru jau ir likusi pamatus un lika pamatus ideālu enerģijas uzkrāšanas līdzekļu radīšanai. Jonizatori, kuru pamatā ir “grafēna putas”, sekmīgi izturēja pirmos testus, kur parādīja spēju uzlādēt vairāk nekā astoņus tūkstošus reižu bez pasliktināšanās.