Шта су суперкондензатори

Ионистори, суперкапацитатори, ултракапацитети - историја стварања и развоја технологије

7. јуна 1962., Роберт Реитмаер, хемичар америчке компаније за стандард нафте (СОХИО) у Цлевеланду, Охио, поднео је патентну пријаву у којој је детаљно описан механизам за складиштење електричне енергије у двослојном кондензатору.

Ако у конвенционални кондензатор Пошто су алуминијумске плоче традиционално изоловане диелектричним слојем, у реализацији коју је предложио изумитељ, нагласак је стављен директно на материјал плоча. Електроде су морале да имају различиту проводљивост: једна електрода је морала да има јонску проводљивост, а друга - електронску.

Дакле, у процесу пуњења кондензатора дошло би до одвајања електрона и позитивних центара у електронском проводнику и одвајања катиона и аниона у јонском проводнику.

Предложено је да електронски проводник буде од порозног угљеника, тада би јонски проводник могао да буде водени раствор сумпорне киселине. У овом случају, набој би био смештен на интерфејсу ових специјалних проводника (исти двослојни). Разлика потенцијала ових првих ионистара могла би достићи вредност од 1 волта, а капацитивна - јединице фарада, јер је сада удаљеност између плоча била мања од 5 нанометара.

1971. лиценца је пренета на јапанску компанију НЕЦ која се у то време бавила свим областима електронске комуникације. Јапанци су успели да успешно промовишу технологију на тржишту електронике која се зове "Суперкапацитор".

Седам година касније, 1978., Панасониц је са своје стране издао „Златну капу“ која је такође успела на овом тржишту. Успех је обезбеђен погодношћу коришћења иониста за напајање СРАМ испарљиве меморије. Међутим, ови ионистори имали су високу унутрашњу отпорност, што је ограничавало способност брзог извлачења енергије, па су стога знатно сузили опсег примене.

1982. године, стручњаци на Америчком истраживачком институту Пиннацле (ПРИ), смештеном у Лос Гатосу, у Калифорнији, радећи на побољшању електрода и електролитских материјала, развили су јонизаторе изузетно велике густине енергије који су се на тржишту појавили под називом „ПРИ Ултрацапацитор“ .

После 10 година, 1992. године, компанија Маквелл Лабораториес (која је касније променила име у Маквелл Тецхнологиес, ​​Сан Дијего, Калифорнија, САД) почела је да развија ПРИ технологију под називом "Боост Цапс". Циљ је сада био да се направе кондензатори великог капацитета са малим отпором како би се могла напајати моћна електрична опрема.

Сл. 1. САМВХА ЕЛЕЦТРИЦ суперкапацитор ДХ5У308В60138ТХ

1999. године тајванска компанија УлтраЦап Тецхнологиес Цорп. Такође је започела сарадњу са ПРИ-ом, који је до тада развио изузетно велику површину керамике електрода, а 2001. године лансиран је први тајвански ултракапацитор великог капацитета. Од овог тренутка је почео активни развој технологије у многим светским истраживачким институтима.

На руском тржишту постоје и играчи, тако да је компанија Ултрацапациторс Пхоеник (УКФ ЛЛЦ) инжењерска компанија специјализована за дизајн, развој, производњу и практичну примену решења и система заснованих на суперкапациторима / јонизаторима. Компанија сарађује у сарадњи са најбољим светским произвођачима и активно преузима њихово искуство.

Употреба јонизатора

Ионистори по фарад јединицама добили су заслужену употребу као резервни извори напајања у многим уређајима.Почевши од снаге тајмера телевизора и микроталасних пећница, а завршавајући сложеним медицинским уређајима. По правилу се ионистори инсталирају на меморијске картице.

Када мењате батерију у видео или камери, ионистор подржава снагу меморијских кола одговорних за подешавања, исто се односи и на музичке центре, рачунаре и другу сличну опрему. Телефони електронски бројила електричне енергије, сигурносни алармни системи, електронски мерни инструменти и медицински уређаји - суперкапацитатори су свуда пронашли употребу.

Сл. 2. Суперкондензатори (ионистори)

Мали јонизатори органског електролита имају максимални напон од око 2,5 волта. Да би се постигли већи дозвољени напони, ионистори се спајају у батерије, обавезно користећи ранживе отпорнике.

Предности јонизатора укључују: велика брзина пуњења и пражњења, отпорност на стотине хиљада циклуса пуњења у поређењу са батеријама, мала тежина у односу на електролитичке кондензаторе, мала токсичност, толеранција пражњења до нуле.

Сл. 3. Непрекидно напајање суперкондензатора

Сл. 4. Суперкапациторијски модули аутомобила

Перспективе

У развоју ионистара њихов се специфични капацитет све више повећава, а по свему судећи, пре или касније то ће довести до потпуне замене батерија суперкапациторима у многим техничким областима.

Недавне студије тима научника са Универзитета Калифорнија у Риверсидеу показале су да се нова врста ионистора заснива на порозној структури у којој су смештене честице рутенијум-оксида. графенсупериорни од својих најбољих колега готово двоструко.

Истраживачи су открили да поре „графенске пене“ имају нанос величине погодне за држање честица оксида прелазног метала. Суперкондензатори рутенијум оксида сада су најперспективнија опција. Сигурни за рад на воденом електролиту, они обезбеђују повећање ускладиштене енергије и повећавају дозвољену амперажу за фактор два у поређењу с најбољим ионисторима доступним на тржишту.

Они чувају више енергије за сваки кубни центиметар своје запремине, па би било препоручљиво да замените батерије њима. Прије свега, говоримо о ношљивој и имплантабилној електроници, али у будућности се новост може заснивати и на личним електричним возилима.

Графен се одлаже слој по слој на честице никла, што делује као ослонац за угљен-наноцевке, које заједно са графеном формирају порозну угљеничну структуру. Честице рутенијум-оксида пречника мањег од 5 нм продиру у добијене нанопоре потоњег из воденог раствора. Специфични капацитет ионистора на основу добијене структуре је 503 фарада по граму, што одговара специфичној снази од 128 кВ / кг.

Сл. 4. Пуњач на графенском суперкапацитору

Способност скалирања ове структуре већ је поставила темеље и поставила темељ за стварање идеалних средстава за складиштење енергије. Ионизатори на бази „графенске пене“ успешно су прошли прве тестове где су показали могућност да се поново напуне више од осам хиљада пута без оштећења.