Que sont les supercondensateurs

Ionistors, supercondensateurs, ultracondensateurs - l'histoire de la création et du développement de la technologie

Le 7 juin 1962, Robert Reitmayer, chimiste à l'American Standard Oil Company (SOHIO) à Cleveland, Ohio, a déposé une demande de brevet détaillant le mécanisme de stockage de l'énergie électrique dans un condensateur à double couche.

Si dans condensateur conventionnel Les plaques d'aluminium étant traditionnellement isolées d'une couche diélectrique, dans le mode de réalisation proposé par l'inventeur, l'accent était mis directement sur le matériau des plaques. Les électrodes devaient avoir une conductivité différente: une électrode devait avoir une conductivité ionique et l'autre - électronique.

Ainsi, dans le processus de charge d'un condensateur, il y aurait une séparation des électrons et des centres positifs dans le conducteur électronique, et une séparation des cations et des anions dans le conducteur ionique.

Il a été proposé que le conducteur électronique soit en carbone poreux, puis le conducteur ionique pourrait être une solution aqueuse d'acide sulfurique. Dans ce cas, la charge serait stockée à l'interface de ces conducteurs spéciaux (la même double couche). La différence de potentiel de ces premiers ionistors pouvait atteindre une valeur de 1 volt, et la capacité - unités de farads, car maintenant la distance entre les plaques était inférieure à 5 nanomètres.

En 1971, la licence a été transférée à la société japonaise NEC, qui se consacrait à l'époque à tous les domaines de la communication électronique. Les Japonais ont réussi à promouvoir la technologie sur le marché de l'électronique appelée "Supercondensateur".

Sept ans plus tard, en 1978, Panasonic, à son tour, sort le «Gold Cap», qui connaît également le succès sur ce marché. Le succès a été assuré par la commodité d'utiliser des ionistors pour alimenter la mémoire volatile SRAM. Cependant, ces ionistors avaient une résistance interne élevée, ce qui limitait la capacité d'extraire rapidement de l'énergie, et par conséquent considérablement réduit la gamme d'applications.

En 1982, des spécialistes de l'American Pinnacle Research Institute (PRI), situé à Los Gatos, en Californie, travaillant sur l'amélioration des matériaux d'électrodes et d'électrolytes, ont développé des ioniseurs à très haute densité d'énergie qui sont apparus sur le marché sous le nom de «PRI Ultracapacitor» .

Après 10 ans, en 1992, Maxwell Laboratories (qui a plus tard changé son nom en Maxwell Technologies, San Diego, Californie, États-Unis) a commencé à développer la technologie PRI appelée "Boost Caps". L'objectif était désormais de créer des condensateurs de grande capacité à faible résistance afin d'alimenter des équipements électriques puissants.

Fig. 1. Supercondensateur électrique SAMWHA DH5U308W60138TH

En 1999, la société taïwanaise UltraCap Technologies Corp. Elle a également commencé à collaborer avec PRI, qui avait alors développé une céramique d'électrode de très grande surface, et en 2001, le premier ultracondensateur haute capacité de Taiwan a été lancé. A partir de ce moment, le développement actif de la technologie a commencé dans de nombreux instituts de recherche du monde.

Il y a aussi des acteurs sur le marché russe, donc la société Ultracapacitors Phoenix (UKF LLC) est une société d'ingénierie spécialisée dans la conception, le développement, la production et l'application pratique de solutions et de systèmes basés sur des supercondensateurs / ioniseurs. L'entreprise travaille en étroite collaboration avec les meilleurs fabricants mondiaux et reprend activement leur expérience.

L'utilisation d'ionistors

Les ionistors par unités farad ont reçu une utilisation bien méritée comme sources d'alimentation de secours dans de nombreux appareils.Commençant par la puissance des minuteries des téléviseurs et des fours à micro-ondes, et se terminant par des appareils médicaux complexes. En règle générale, les ionistors sont installés sur des cartes mémoire.

Lors du remplacement de la batterie d'une vidéo ou d'un appareil photo, l'ionistor prend en charge la puissance des circuits de mémoire responsables des réglages, il en va de même pour les centres de musique, les ordinateurs et autres équipements similaires. Téléphones compteurs d'électricité électroniques, systèmes d'alarme de sécurité, instruments de mesure électroniques et appareils médicaux - les supercondensateurs ont trouvé une application partout.

Fig. 2. Supercondensateurs (ionistors)

Les petits ionistors à électrolyte organique ont une tension maximale d'environ 2,5 volts. Pour obtenir des tensions admissibles plus élevées, les ionistors sont connectés à des batteries, obligatoirement à l'aide de résistances shunt.

Les avantages des ionistors incluent: taux de charge-décharge élevé, résistance à des centaines de milliers de cycles de recharge par rapport aux batteries, faible poids par rapport aux condensateurs électrolytiques, faible toxicité, tolérance de décharge à zéro.

Fig. 3. Alimentation sans coupure sur les supercondensateurs

Fig. 4. Modules de voiture supercondensateurs

Perspectives

Dans le développement des ionistors, leur capacité spécifique augmente de plus en plus et, selon toute vraisemblance, tôt ou tard, cela conduira au remplacement complet des batteries par des supercondensateurs dans de nombreux domaines techniques.

Des études récentes par une équipe de scientifiques de l'Université de Californie à Riverside ont montré qu'un nouveau type d'ionistor est basé sur une structure poreuse, où des particules d'oxyde de ruthénium sont déposées sur graphènesupérieur à ses meilleurs homologues presque deux fois.

Les chercheurs ont découvert que les pores de la «mousse de graphène» ont des nanos dimensions adaptées pour contenir des particules d'oxydes de métaux de transition. Les supercondensateurs à l'oxyde de ruthénium sont désormais l'option la plus prometteuse. Sécuritaires pour fonctionner sur un électrolyte aqueux, ils fournissent une augmentation de l'énergie stockée et augmentent l'ampérage admissible d'un facteur deux par rapport aux meilleurs ionistors disponibles sur le marché.

Ils stockent plus d'énergie pour chaque centimètre cube de leur volume, il serait donc conseillé de remplacer les piles par eux. Tout d'abord, nous parlons d'électronique portable et implantable, mais à l'avenir, la nouveauté peut également être basée sur les véhicules électriques personnels.

Le graphène est déposé couche par couche sur des particules de nickel, qui servent de support aux nanotubes de carbone qui, avec le graphène, forment une structure poreuse en carbone. Des particules d'oxyde de ruthénium de diamètre inférieur à 5 nm pénètrent dans les nanopores obtenus de ce dernier à partir d'une solution aqueuse. La capacité spécifique de l'ionistor basée sur la structure résultante est de 503 farads par gramme, ce qui correspond à une puissance spécifique de 128 kW / kg.

Fig. 4. Chargeur sur un supercondensateur en graphène

La capacité à l'échelle de cette structure a déjà jeté les bases et jeté les bases pour créer le moyen idéal de stockage d'énergie. Les ionistors à base de «mousse de graphène» ont passé avec succès les premiers tests, où ils ont montré la capacité de se recharger plus de huit mille fois sans se détériorer.