Mik azok a szuperkondenzátorok?

Ionizátorok, szuperkondenzátorok, ultrakondenzátorok - a technológia létrehozásának és fejlesztésének története

1962. június 7-én Robert Reitmaer, az amerikai Standard Oil Company (SOHIO) vegyészete, Cleveland, Ohio, szabadalmi bejelentést nyújtott be, amely ismerteti az elektromos energia kétrétegű kondenzátorban történő tárolásának mechanizmusát.

Ha be hagyományos kondenzátor Mivel az alumínium lemezek hagyományosan dielektromos réteggel vannak szigetelve, a találmány feltalálójának javasolt kiviteli alakjában a hangsúlyt közvetlenül a lemezek anyagára helyezték. Az elektródok vezetőképességének eltérőnek kellett lennie: az egyik elektródnak vezetőképességgel, a másiknak pedig elektronikusval kell rendelkeznie.

Így a kondenzátor töltése során az elektronok és a pozitív központok elválasztása az elektronvezetőben, a kationok és az anionok elválasztása az ionvezetőben történik.

Azt javasolták, hogy az elektronikus vezető porózus szénből készüljön, majd az ionvezető kénsav vizes oldata lehet. Ebben az esetben a töltést ezen speciális vezetők felületén tárolják (ugyanaz a kettős réteg). Ezeknek az első ionizátoroknak a potenciális különbsége elérheti az 1 voltos értéket és a fajda kapacitási egységeit, mivel a lemezek közötti távolság kevesebb, mint 5 nanométer volt.

1971-ben az engedélyt átadták a NEC japán társaságnak, amely akkoriban az elektronikus kommunikáció minden területével foglalkozott. A japánok sikeresen népszerűsítették a technológiát az úgynevezett elektronikai piacon „Szuperkondenzátornak”.

Hét évvel később, 1978-ban, a Panasonic viszont kiadta az Arany Kondenzátort, amely ezen a piacon is sikerrel járt. A sikert az ionizátorok kényelme biztosítja az SRAM illékony memória táplálására. Ezeknek az ionizátoroknak viszont magas belső ellenállása volt, ami korlátozta az energia gyors kinyerésének képességét, és ezáltal jelentősen szűkítette az alkalmazások körét.

1982-ben a kaliforniai Los Gatos-ban található American Pinnacle Research Institute (PRI) szakemberei az elektródok és elektrolitok javításával foglalkoztak és rendkívül nagy energia sűrűségű ionizátorokat fejlesztettek ki, amelyek „PRI Ultracapacitor” néven jelentek meg a piacon. .

Tíz év után, 1992-ben, a Maxwell Laboratories (amely később a nevét Maxwell Technologies-re változtatta, San Diego, Kalifornia, USA) elkezdte a „Boost Caps” elnevezésű PRI technológia kifejlesztését. A cél az volt, hogy nagy kapacitású, alacsony ellenállású kondenzátorokat hozzon létre annak érdekében, hogy nagy teljesítményű elektromos berendezéseket táplálhassanak.

Ábra. 1. SAMWHA ELECTRIC szuperkondenzátor DH5U308W60138TH

1999-ben a tajvani UltraCap Technologies Corp. Emellett elkezdett együttműködni a PRI-vel, aki akkoriban rendkívül nagy területű elektródakerámiát fejlesztett ki, és 2001-re elindította Tajvan első nagy kapacitású ultrakondenzátort. Ettől a pillanattól kezdve a világ számos kutatóintézetében megkezdődött a technológia aktív fejlesztése.

Az orosz piacon is vannak szereplők, így az Ultracapacitors Phoenix (UKF LLC) egy mérnöki vállalat, amelynek szakterülete a szuperkondenzátorokon / ionizátorokon alapuló megoldások és rendszerek tervezése, fejlesztése, gyártása és gyakorlati alkalmazása. A cég szorosan együttműködik a világ legjobb gyártóival, és aktívan átveszi tapasztalataikat.

Az ionizátorok használata

Az egységenkénti ionizátorok jól megérdemelt felhasználást kaptak tartalék energiaforrásként sok eszközön.A tévék és mikrohullámú sütők időzítőinek teljesítményével kezdve, és egészen az összetett orvosi eszközökig. Az ionizátorokat rendszerint a memóriakártyákra telepítik.

Ha cseréli az akkumulátort egy videóban vagy kamerában, az ionisztor támogatja a beállításokért felelős memória áramkörök energiáját, ugyanez vonatkozik a zeneközpontokra, számítógépekre és más hasonló eszközökre. telefonok, elektronikus villamosenergia-fogyasztásmérők, biztonsági riasztórendszerek, elektronikus mérőműszerek és orvostechnikai eszközök - a szuperkondenzátorok mindenütt megtalálhatók.

Ábra. 2. Szuperkondenzátorok (ionizátorok)

A kis szerves elektrolit ionizátorok maximális feszültsége kb. 2,5 volt. A magasabb megengedett feszültség elérése érdekében az ionizátorokat akkumulátorokba kell kötni, feltétlenül sönt ellenállásokkal.

Az ionizátorok előnyei között szerepel: magas töltési és kisülési sebesség, több ezer újratöltési ciklus ellenállása az akkumulátorokhoz képest, alacsony súly az elektrolitkondenzátorokhoz képest, alacsony toxicitás, kisütési tolerancia nullához.

Ábra. 3. Szünetmentes tápegység a szuperkondenzátorokon

Ábra. 4. Szuperkondenzátoros autómodulok

kilátások

Az ionizátorok fejlesztése során azok fajlagos kapacitása egyre növekszik, és minden valószínűség szerint előbb vagy utóbb ez sok elem technikai területén az elemek teljes cseréjéhez vezet a szuperkondenzátorokkal.

A kaliforniai Riverside-i egyetemi kutatócsoport legutóbbi tanulmányai azt mutatták, hogy egy új típusú ionisztor egy porózus szerkezeten alapul, ahol a ruténium-oxid részecskék lerakódnak grafénszinte kétszer jobb, mint a legjobb társai.

A kutatók felfedezték, hogy a „grafén hab” pórusai olyan nanoméretűek, amelyek alkalmasak az átmeneti fém-oxidok részecskéinek tartására. A ruténium-oxid szuperkondenzátorok most a legígéretesebb lehetőség. A vizes elektrolit biztonságos kezelése növeli a tárolt energiát, és kétszeresére növeli a megengedett áramerősséget a piacon elérhető legjobb ionizátorokhoz képest.

Több energiát tárolnak térfogatuk minden köbcentiméterére, ezért tanácsos az elemeket kicserélni rájuk. Mindenekelőtt a hordható és beültethető elektronikáról van szó, de a jövőben az újdonság személyes elektromos járműveken is alapulhat.

A grafén rétegenként lerakódik a nikkelrészecskékre, amelyek hordozóként szolgálnak a szén nanocsövekhez, amelyek a graféntel együtt porózus szénszerkezetet képeznek. Az 5 nm-nél kisebb átmérőjű ruténium-oxid részecskék vizes oldatból áthatolják az utóbbi kapott nanoporákat. Az ionisztor fajlagos kapacitása a kapott szerkezet alapján 503 farad / gramm, amely megfelel a 128 kW / kg fajlagos teljesítménynek.

Ábra. 4. Töltő grafén szuperkondenzátoron

A szerkezet méretezésének képessége már megalapozta és megalapozta az energiatárolás ideális eszközeinek megteremtését. A "grafén hab" alapú ionizátorok sikeresen teljesítették az első teszteket, ahol megmutatták, hogy több mint nyolczer alkalommal tudnak újratölteni romlásuk nélkül.