Ce sunt supercapacitoarele

Ionistori, supercondensatori, ultracapacitoare - istoria creării și dezvoltării tehnologiei

La 7 iunie 1962, Robert Reitmayer, chimist la American Standard Oil Company (SOHIO) din Cleveland, Ohio, a depus o cerere de brevet care detaliază mecanismul de stocare a energiei electrice într-un condensator cu două straturi.

Dacă în condensator convențional Deoarece plăcile de aluminiu erau izolate în mod tradițional cu un strat dielectric, în varianta propusă de inventator, accentul a fost pus direct pe materialul plăcilor. Electrozii trebuiau să aibă o conductivitate diferită: un electrod trebuia să aibă conductivitate ionică, iar celălalt - electronic.

Astfel, în procesul de încărcare a unui condensator, ar exista o separare a electronilor și a centrelor pozitive în conductorul electronic și separarea cationilor și anionilor în conductorul ionic.

Conductorul electronic a fost propus să fie făcut din carbon poros, apoi conductorul ionic ar putea fi o soluție apoasă de acid sulfuric. În acest caz, încărcarea ar fi stocată la interfața acestor conductori speciali (același strat dublu). Diferența de potențial a acestor primii ionisti ar putea atinge o valoare de 1 vol, iar capacitatea - unități de farad, deoarece acum distanța dintre plăci era mai mică de 5 nanometri.

În 1971, licența a fost transferată companiei japoneze NEC, care la acea vreme era angajată în toate domeniile comunicării electronice. Japonezii au avut succes în promovarea tehnologiei pe piața electronică numită "Supercapacitor".

Șapte ani mai târziu, în 1978, Panasonic, la rândul său, a lansat „Gold Cap”, care a obținut și succes pe această piață. Succesul a fost asigurat de comoditatea utilizării ionistorilor pentru a alimenta memoria volatilă SRAM. Cu toate acestea, acești ionistori au o rezistență internă ridicată, ceea ce a limitat capacitatea de a extrage rapid energia și, prin urmare, a redus foarte mult gama de aplicații.

În 1982, specialiștii ai Institutului American de Cercetare Pinnacle (PRI), situat în Los Gatos, California, care lucrează la îmbunătățirea materialelor cu electrozi și electroliți, au dezvoltat ionizatoare de densitate energetică extrem de ridicate care au apărut pe piață sub numele de PRI Ultracapacitor .

După 10 ani, în 1992, Maxwell Laboratories (care ulterior și-a schimbat numele în Maxwell Technologies, San Diego, California, SUA) a început să dezvolte tehnologia PRI numită „Boost Caps”. Scopul acum a fost crearea de condensatoare de mare capacitate, cu rezistență redusă, pentru a putea alimenta echipamente electrice puternice.

Fig. 1. SAMWHA ELECTRIC supercapacitor DH5U308W60138TH

În 1999, compania taiwaneză UltraCap Technologies Corp. De asemenea, a început să colaboreze cu PRI, care a dezvoltat un electrod cu o suprafață extrem de mare ceramică până atunci, iar până în 2001 a fost lansat primul ultracapacitor de mare capacitate din Taiwan. Din acest moment, dezvoltarea activă a tehnologiei a început în multe institute de cercetare ale lumii.

De asemenea, există jucători pe piața rusă, astfel încât compania Ultracapacitors Phoenix (UKF LLC) este o companie de inginerie specializată în proiectarea, dezvoltarea, producția și aplicarea practică a soluțiilor și sistemelor bazate pe supercondensatoare / ionizatoare. Compania lucrează în strânsă colaborare cu cei mai buni producători din lume și preia activ experiența lor.

Utilizarea ionistorilor

Ionistorii pe unități farad au primit o utilizare bine merită ca surse de alimentare de rezervă în multe dispozitive.Începând cu puterea cronometrelor televizoarelor și a cuptoarelor cu microunde și terminând cu dispozitive medicale complexe. De regulă, ionistorii sunt instalați pe carduri de memorie.

Când schimbați bateria într-un video sau cameră foto, ionistorul acceptă puterea circuitelor de memorie responsabile de setări, același lucru se aplică și centrelor de muzică, computerelor și altor echipamente similare. telefoane, Contoare electronice de electricitate, sisteme de alarmă de securitate, instrumente de măsurare electronice și dispozitive medicale - supercapacitoarele au găsit aplicație peste tot.

Fig. 2. Supercapacitoare (ionistore)

Ionistorii electroliți organici mici au o tensiune maximă de aproximativ 2,5 volți. Pentru a obține tensiuni admise mai mari, ionistorii sunt conectați la baterii, folosind în mod necesar rezistențe de șunt.

Avantajele ionistorilor includ: viteză mare de descărcare-încărcare, rezistență la sute de mii de cicluri de reîncărcare în comparație cu bateriile, greutate mică în comparație cu condensatoarele electrolitice, toxicitate scăzută, toleranță la descărcare la zero.

Fig. 3. Alimentare neîntreruptă la supercapacitoare

Fig. 4. Module auto supercapacitor

perspective

În dezvoltarea ionistorilor, capacitatea lor specifică crește din ce în ce mai mult și, după toate probabilitățile, mai devreme sau mai târziu, acest lucru va duce la înlocuirea completă a bateriilor cu supercapacitoare în multe domenii tehnice.

Studii recente efectuate de o echipă de oameni de știință de la Universitatea din California din Riverside au arătat că un nou tip de ionistor se bazează pe o structură poroasă, unde se depun particule de oxid de ruteniu Grafenulsuperioară celor mai buni omologi săi de aproape două ori.

Cercetătorii au descoperit că porii „spumei de grafen” au nanosizări adecvate pentru păstrarea particulelor de oxizi metalici de tranziție. Supercapacitoarele de oxid de ruteniu sunt acum cea mai promițătoare opțiune. Funcționând în siguranță pe un electrolit apos, acestea asigură o creștere a energiei stocate și cresc amperajul admisibil cu un factor de doi în comparație cu cei mai buni ionisti disponibili pe piață.

Stochează mai multă energie pentru fiecare centimetru cub al volumului lor, așa că ar fi indicat să înlocuiți bateriile cu ele. În primul rând, vorbim despre electronice care pot fi purtate și implantabile, dar, în viitor, noutatea se poate baza și pe vehicule electrice personale.

Grafenul este depus strat cu strat pe particule de nichel, care acționează ca suport pentru nanotuburile de carbon, care împreună cu grafenul formează o structură poroasă de carbon. Particule de oxid de ruteniu cu un diametru mai mic de 5 nm pătrund în nanoporele obținute ale acestuia din urmă dintr-o soluție apoasă. Capacitatea specifică a ionistorului pe baza structurii rezultate este de 503 farads pe gram, ceea ce corespunde unei puteri specifice de 128 kW / kg.

Fig. 4. Încărcătorul pe un supercapacitor grafenic

Capacitatea de a dimensiona această structură a pus deja bazele și a pus bazele creării mijloacelor ideale de stocare a energiei. Ionistorii pe bază de „spumă de grafen” au trecut cu succes primele teste, unde au arătat capacitatea de a reîncărca de peste opt mii de ori fără deteriorare.