Apakah supercapacitors itu

Ionistors, supercapacitors, ultracapacitors - sejarah penciptaan dan pembangunan teknologi

Pada 7 Jun 1962, Robert Reitmayer, seorang ahli kimia di American Standard Oil Company (SOHIO) di Cleveland, Ohio, memfailkan permohonan paten yang memperincikan mekanisme untuk menyimpan tenaga elektrik dalam kapasitor dua lapisan.

Jika dalam kapasitor konvensional Oleh kerana plat aluminium secara tradisional terisolasi dengan lapisan dielektrik, dalam perwujudan yang dicadangkan oleh pencipta, penekanan diletakkan terus pada bahan plat. Elektrod mesti mempunyai kekonduksian yang berbeza: satu elektrod perlu mempunyai kekonduksian ionik, dan yang lain - elektronik.

Oleh itu, dalam proses mengenakan kapasitor, terdapat pemisahan elektron dan pusat-pusat positif dalam konduktor elektronik, dan pemisahan kation dan anion dalam konduktor ionik.

Konduktor elektronik dicadangkan dibuat daripada karbon berpori, maka konduktor ionik boleh menjadi larutan asid sulfurik berair. Dalam kes ini, caj akan disimpan di antara muka konduktor khas ini (lapisan dua sama). Perbezaan potensi pengesan ionis pertama ini dapat mencapai nilai 1 volt, dan kapasitansi - unit farads, kerana kini jarak antara plat kurang dari 5 nanometer.

Pada tahun 1971, lesen itu dipindahkan ke syarikat Jepun NEC, yang pada masa itu terlibat dalam semua bidang komunikasi elektronik. Orang Jepun berjaya dalam mempromosikan teknologi ke pasaran elektronik yang dipanggil "Supercapacitor".

Tujuh tahun kemudian, pada tahun 1978, Panasonic, pada gilirannya, mengeluarkan "Emas Cap", yang juga berjaya di pasaran ini. Kejayaan telah dipastikan oleh kemudahan menggunakan pengatur kuasa untuk menggerakkan memori SRAM yang tidak menentu. Walau bagaimanapun, pengatur ini mempunyai rintangan dalaman yang tinggi, yang mengehadkan keupayaan untuk mengeluarkan tenaga secara cepat, dan oleh itu sangat menyempitkan pelbagai aplikasi.

Pada tahun 1982, pakar-pakar di Institut Penyelidikan Pinnacle Amerika (PRI), yang terletak di Los Gatos, California, bekerja untuk meningkatkan bahan elektrod dan elektrolit, membangunkan pengionan ketumpatan tenaga yang sangat tinggi yang muncul di pasaran dengan nama "PRI Ultracapacitor" .

Selepas 10 tahun, pada tahun 1992, Maxwell Laboratories (kemudian dinamakan Maxwell Technologies, San Diego, California, Amerika Syarikat) mula membangunkan teknologi PRI yang dipanggil "Meningkatkan Kapasiti". Matlamatnya sekarang adalah untuk mencipta kapasitor berkapasiti tinggi dengan rintangan yang rendah untuk dapat kuasa peralatan elektrik yang kuat.

Rajah. 1. SAMWHA ELECTRIC supercapacitor DH5U308W60138TH

Pada tahun 1999, syarikat Taiwan UltraCap Technologies Corp. Beliau juga mula bekerjasama dengan PRI, yang telah membangunkan seramik elektrod kawasan yang sangat besar pada masa itu, dan pada tahun 2001, ultracapacitor berkapasiti tinggi pertama Taiwan dilancarkan. Dari saat ini, perkembangan teknologi aktif bermula di banyak institut penyelidikan di dunia.

Terdapat juga pemain di pasaran Rusia, jadi syarikat Ultracapacitors Phoenix (UKF LLC) adalah sebuah syarikat kejuruteraan yang mengkhususkan diri dalam reka bentuk, pembangunan, pengeluaran dan aplikasi praktikal penyelesaian dan sistem berdasarkan supercapacitors / ionizers. Syarikat ini bekerja rapat dengan pengeluar dunia terbaik dan secara aktif mengambil alih pengalaman mereka.

Penggunaan ionistor

Ionistors per unit farad telah menerima penggunaan yang sewajarnya sebagai sumber kuasa sandaran dalam banyak peranti.Bermula dengan kuasa pemasa TV dan ketuhar gelombang mikro, dan berakhir dengan peranti perubatan kompleks. Sebagai peraturan, pengatur dipasang pada kad memori.

Apabila menukar bateri dalam video atau kamera, ionistor menyokong kuasa litar memori yang bertanggungjawab untuk tetapan, sama dengan pusat muzik, komputer dan peralatan lain yang serupa. Telefon meter elektrik elektronik, sistem penggera keselamatan, instrumen pengukur elektronik dan peranti perubatan - supercapacitors telah menemui aplikasi di mana-mana.

Rajah. 2. Supercapacitors (ionistors)

Pengionis elektrolit organik kecil mempunyai voltan maksimum kira-kira 2.5 volt. Untuk mendapatkan voltan yang dibenarkan yang lebih tinggi, ionistor disambungkan ke bateri, semestinya menggunakan perintang shunt.

Kelebihan ionistor termasuk: kadar pelepasan caj tinggi, rintangan kepada beratus ribu kitaran semula jadi berbanding dengan bateri, berat badan yang rendah berbanding dengan kapasitor elektrolisis, toksisiti rendah, toleransi pelepasan kepada sifar.

Rajah. 3. Bekalan kuasa yang tidak terganggu pada supercapacitors

Rajah. 4. Modul kereta supercapacitor

Prospek

Dalam pembangunan ionistor, keupayaan khusus mereka semakin meningkat, dan kemungkinan besar, lambat laun ini akan membawa penggantian lengkap bateri dengan supercapacitors dalam banyak bidang teknikal.

Kajian terkini oleh pasukan saintis di University of California di Riverside telah menunjukkan bahawa jenis ionistor yang baru adalah berdasarkan struktur berliang, di mana zarah ruthenium oksida disimpan di atas graphenelebih baik daripada rakan terbaiknya hampir dua kali.

Penyelidik telah mendapati bahawa liang "buih graphene" telah nanosizes sesuai untuk memegang zarah-zarah oksida logam peralihan. Ruthenium oksida supercapacitors kini pilihan yang paling menjanjikan. Selamat bekerja di elektrolit berair, mereka memberikan peningkatan dalam tenaga tersimpan dan meningkatkan amperage yang dibenarkan oleh faktor dua berbanding dengan ionistor terbaik yang terdapat di pasaran.

Mereka menyimpan lebih banyak tenaga untuk setiap sentimeter padu kelantangan mereka, jadi ia adalah dinasihatkan untuk menggantikan bateri dengan mereka. Pertama sekali, kita bercakap mengenai elektronik yang boleh dipakai dan dapat diaplikasikan, tetapi pada masa akan datang, kebaharuan juga boleh didasarkan pada kenderaan elektrik peribadi.

Graphene dideposit lapisan oleh lapisan ke zarah nikel, yang bertindak sebagai sokongan untuk nanotube karbon, yang bersama-sama dengan graphene membentuk struktur karbon berliang. Zarah ruthenium oksida dengan garis pusat kurang daripada 5 nm menembusi nanopore yang diperoleh dari larutan akueus. Kapasiti spesifik ionistor berdasarkan struktur terhasil ialah 503 farads per gram, yang bersamaan dengan kuasa tertentu 128 kW / kg.

Rajah. 4. Pengecas pada supercapacitor graphene

Keupayaan untuk skala struktur ini telah meletakkan asas dan meletakkan asas untuk mewujudkan cara yang ideal untuk menyimpan tenaga. Ionistor berdasarkan "buih graphene" berjaya melepasi ujian pertama, di mana mereka menunjukkan keupayaan untuk mengisi semula lebih daripada lapan ribu kali tanpa kemerosotan.