Co jsou superkondenzátory

Ionistory, superkondenzátory, ultrakondenzátory - historie vzniku a vývoje technologie

7. června 1962, Robert Reitmayer, chemik v American Standard Oil Company (SOHIO) v Clevelandu v Ohiu, podal patentovou přihlášku, která podrobně popisuje mechanismus ukládání elektrické energie ve dvouvrstvém kondenzátoru.

Pokud je konvenční kondenzátor Protože hliníkové desky byly tradičně izolovány dielektrickou vrstvou, byl v provedení navrženém vynálezcem kladen důraz přímo na materiál desky. Elektrody musely mít jinou vodivost: jedna elektroda musela mít iontovou vodivost a druhá - elektronická.

V procesu nabíjení kondenzátoru by tedy došlo k oddělení elektronů a kladných center v elektronickém vodiči a oddělení kationtů a aniontů v iontovém vodiči.

Elektronický vodič byl navržen tak, aby byl vyroben z porézního uhlíku, pak by iontový vodič mohl být vodný roztok kyseliny sírové. V tomto případě by byl náboj uložen na rozhraní těchto speciálních vodičů (stejná dvojitá vrstva). Potenciální rozdíl těchto prvních ionistorů by mohl dosáhnout hodnoty 1 voltu a kapacitance - jednotky faradů, protože nyní byla vzdálenost mezi deskami menší než 5 nanometrů.

V roce 1971 byla licence převedena na japonskou společnost NEC, která se v té době zabývala všemi oblastmi elektronické komunikace. Japonci byli úspěšní v propagaci technologie na trhu s elektronikou zvanou "Superkondenzátor".

O sedm let později, v roce 1978, Panasonic zase vydal „Zlatou čepici“, která také získala úspěch na tomto trhu. Úspěch byl zajištěn výhodou využití ionistorů k napájení těkavé paměti SRAM. Tyto ionistory však měly vysoký vnitřní odpor, což omezovalo schopnost rychle extrahovat energii, a proto značně zúžil rozsah aplikací.

V roce 1982 odborníci z American Pinnacle Research Institute (PRI) se sídlem v Los Gatos v Kalifornii, pracující na zdokonalování elektrodových a elektrolytických materiálů, vyvinuli ionizátory s extrémně vysokou hustotou energie, které se objevily na trhu pod názvem „PRI Ultracapacitor“ .

Po 10 letech, v roce 1992, začala společnost Maxwell Laboratories (která později změnila svůj název na Maxwell Technologies, San Diego, Kalifornie, USA) vyvíjet technologii PRI nazvanou „Boost Caps“. Cílem nyní bylo vytvořit vysokokapacitní kondenzátory s nízkým odporem, aby bylo možné napájet výkonná elektrická zařízení.

Obr. 1. Super kondenzátor SAMWHA ELECTRIC DH5U308W60138TH

V roce 1999, tchajwanská společnost UltraCap Technologies Corp. Začala také spolupracovat s PRI, která do té doby vyvinula elektrodovou keramiku s extrémně velkou plochou, a v roce 2001 byl uveden na trh první vysokokapacitní ultrakondenzátor na Tchaj-wanu. Od této chvíle začal aktivní vývoj technologií v mnoha výzkumných ústavech světa.

Na ruském trhu působí také hráči, takže společnost Ultracapacitors Phoenix (UKF LLC) je strojírenská společnost specializující se na návrh, vývoj, výrobu a praktické aplikace řešení a systémů založených na superkondenzátorech / ionizátorech. Společnost úzce spolupracuje s nejlepšími světovými výrobci a aktivně přebírá jejich zkušenosti.

Použití ionistorů

Ionistory na jednotky farad dostaly zasloužené použití jako záložní zdroje energie v mnoha zařízeních.Počínaje výkonem časovačů televizorů a mikrovlnných troueb a končící složitými zdravotnickými prostředky. Na paměťové karty jsou zpravidla nainstalovány ionistory.

Při výměně baterie ve videu nebo kameře podporuje ionistor výkon paměťových obvodů odpovědných za nastavení, totéž platí pro hudební centra, počítače a další podobná zařízení. Telefony elektronické elektroměry, zabezpečovací systémy, elektronické měřicí přístroje a lékařské přístroje - superkondenzátory našli uplatnění všude.

Obr. 2. Superkondenzátory (ionistory)

Nízké organické ionty iontů elektrolytu mají maximální napětí asi 2,5 voltu. Aby se dosáhlo vyššího přípustného napětí, jsou ionistory zapojeny do baterií, nutně s použitím odporů bočníku.

Výhody ionistorů zahrnují: vysoká rychlost nabíjení-vybíjení, odpor vůči stovkám tisíců dobíjecích cyklů ve srovnání s bateriemi, nízká hmotnost ve srovnání s elektrolytickými kondenzátory, nízká toxicita, tolerance vybíjení na nulu.

Obr. 3. Nepřerušitelné napájení na superkondenzátorech

Obr. 4. Superkondenzátorové automobilové moduly

Vyhlídky

Při vývoji ionistorů se jejich specifická kapacita stále více zvyšuje a je pravděpodobné, že dříve či později to povede k úplnému nahrazení baterií superkondenzátory v mnoha technických oborech.

Nedávné studie týmu vědců z University of California v Riverside ukázaly, že nový typ ionistů je založen na porézní struktuře, na které se ukládají částice oxidu ruthenia grafenlepší než jeho nejlepší protějšky téměř dvakrát.

Vědci objevili, že póry „grafenové pěny“ mají nanosize vhodné pro zadržování částic oxidů přechodných kovů. Superkondenzátory oxidu ruthenia jsou nyní nejslibnější možností. Bezpečná práce na vodném elektrolytu poskytuje zvýšení akumulované energie a zvýšení přípustné intenzity proudu dvojnásobkem ve srovnání s nejlepšími ionistory dostupnými na trhu.

Ukládají více energie na každý centimetr krychlového jejich objemu, takže by bylo vhodné vyměnit baterie za ně. Nejprve mluvíme o nositelné a implantovatelné elektronice, ale v budoucnu může být novinka založena také na osobních elektrických vozidlech.

Grafen se nanáší vrstvu po vrstvě na niklové částice, které působí jako nosič pro uhlíkové nanotrubice, které společně s grafenem tvoří porézní uhlíkovou strukturu. Částice oxidu ruthenia o průměru menším než 5 nm pronikají získanými nanopóry z ruthenia z vodného roztoku. Specifická kapacita ionistů na základě výsledné struktury je 503 faradů na gram, což odpovídá měrnému výkonu 128 kW / kg.

Obr. 4. Nabíječka na grafenovém superkondenzátoru

Schopnost škálovat tuto strukturu již položila základ a položila základ pro vytvoření ideálního způsobu ukládání energie. Ionistory založené na "grafenové pěně" úspěšně prošly prvními testy, kde prokázaly schopnost dobíjení více než osm tisíckrát bez poškození.