Какво представляват суперкондензаторите

Йонистори, суперкондензатори, ултракондензатори - историята на създаването и развитието на технологиите

На 7 юни 1962 г. Робърт Рейтмайер, химик в Американската стандартна нефтена компания (SOHIO) в Кливланд, Охайо, подаде заявка за патент, подробно описващ механизма за съхраняване на електрическа енергия в двуслоен кондензатор.

Ако в конвенционален кондензатор Тъй като алуминиевите плочи традиционно бяха изолирани с диелектричен слой, в изпълнението, предложено от изобретателя, акцентът беше поставен директно върху материала на плочите. Електродите трябваше да имат различна проводимост: единият електрод трябваше да има йонна проводимост, а другият - електронен.

Така в процеса на зареждане на кондензатор би имало разделяне на електрони и положителни центрове в електронния проводник и разделяне на катиони и аниони в йонния проводник.

Електронният проводник беше предложен да бъде направен от порест въглерод, тогава йонният проводник може да бъде воден разтвор на сярна киселина. В този случай зарядът ще се съхранява в интерфейса на тези специални проводници (един и същ двоен слой). Разликата в потенциала на тези първи йонистори може да достигне стойност от 1 волт, а капацитетът - единици фаради, защото сега разстоянието между плочите беше по-малко от 5 нанометра.

През 1971 г. лицензът е прехвърлен на японската компания NEC, която по това време се занимава с всички области на електронната комуникация. Японците успяха успешно да промотират технологията на пазара на електроника, наречена "Суперкондензатор".

Седем години по-късно, през 1978 г., Panasonic от своя страна пуска "Златната шапка", която също постига успех на този пазар. Успехът беше осигурен от удобството на използването на йонистори за захранване на SRAM летливата памет. Тези йонисти обаче имат висока вътрешна устойчивост, което ограничава способността за бързо извличане на енергия и следователно значително стеснява обхвата на приложения.

През 1982 г. специалисти в Американския изследователски институт на Pinnacle (PRI), разположен в Лос Гатос, Калифорния, работещ върху подобряването на електродите и електролитните материали, разработиха ионизатори с изключително висока енергийна плътност, които се появиха на пазара под името PRI Ultracapacitor ,

След 10 години, през 1992 г., Maxwell Laboratories (която по-късно промени името си на Maxwell Technologies, Сан Диего, Калифорния, САЩ) започва да разработва PRI технология, наречена „Boost Caps“. Целта сега беше да се създадат кондензатори с голям капацитет с ниско съпротивление, за да може да захранва мощно електрическо оборудване.

Фиг. 1. Суперкондензатор SAMWHA ELECTRIC DH5U308W60138TH

През 1999 г. тайванската компания UltraCap Technologies Corp. Тя също така започва да си сътрудничи с PRI, която до този момент е разработила изключително голяма квадратна електродна керамика, а през 2001 г. е пуснат в експлоатация първият в Тайван ултракондензатор. От този момент започва активното развитие на технологиите в много изследователски институти по света.

На руския пазар има и играчи, така че компанията Ultracapacitors Phoenix (UKF LLC) е инженерна компания, специализирана в проектирането, разработването, производството и практическото приложение на решения и системи, базирани на суперкондензатори / йонизатори. Компанията работи в тясно сътрудничество с най-добрите световни производители и активно поема техния опит.

Използването на йонистори

Йонисторите на фарадови единици са получили заслужена употреба като резервни източници на енергия в много устройства.Започвайки с мощността на таймерите на телевизорите и микровълновите фурни и завършвайки със сложни медицински изделия. По правило йонисторите се инсталират на карти с памет.

Когато сменяте батерията във видео или камера, йонисторът поддържа силата на схемите на паметта, отговорни за настройките, същото важи за музикалните центрове, компютрите и друго подобно оборудване. телефони, електронни електромери, алармени системи за сигурност, електронни измервателни уреди и медицински изделия - суперкондензаторите са намерили приложение навсякъде.

Фиг. 2. Суперкондензатори (йонисти)

Малките органични електролитни йонисти имат максимално напрежение около 2,5 волта. За да се получат по-високи допустими напрежения, йонисторите са свързани към батерии, като задължително се използват маневрени резистори.

Предимствата на йонисторите включват: висока скорост на заряд и разряд, устойчивост на стотици хиляди цикли на презареждане в сравнение с батерии, ниско тегло в сравнение с електролитни кондензатори, ниска токсичност, толеранс на разреждане до нула.

Фиг. 3. Непрекъсваемо захранване на суперкондензатори

Фиг. 4. Суперкондензаторни автомобилни модули

перспективи

В развитието на йонисторите техният специфичен капацитет се увеличава все повече и по всяка вероятност, рано или късно това ще доведе до пълната подмяна на батериите със суперкондензатори в много технически области.

Последните проучвания на екип от учени от Калифорнийския университет в Ривърсайд показаха, че нов тип йонистор се основава на пореста структура, при която частиците от рутениев оксид се отлагат върху графенпревъзхожда най-добрите си колеги почти два пъти.

Изследователите са открили, че порите на „графенова пяна“ имат наноразмери, подходящи за задържане на частици от оксиди на преходните метали. Суперкондензаторите на рутениев оксид сега са най-обещаващият вариант. Безопасни за работа на воден електролит, те осигуряват увеличение на акумулираната енергия и увеличават допустимия ток с коефициент два в сравнение с най-добрите йониститори, предлагани на пазара.

Те съхраняват повече енергия за всеки кубичен сантиметър от обема си, така че би било препоръчително да замените батериите с тях. На първо място, говорим за носима и имплантируема електроника, но в бъдеще новостта може да се основава и на лични електромобили.

Графен се отлага слой по слой върху никеловите частици, което действа като опора за въглеродните нанотръби, които заедно с графена образуват пореста въглеродна структура. Частици рутениев оксид с диаметър по-малък от 5 nm проникват в получените нанопори на последния от воден разтвор. Специфичната мощност на йонистатора въз основа на получената структура е 503 фарада на грам, което съответства на специфична мощност от 128 кВт / кг.

Фиг. 4. Зарядно на суперкондензатор за графен

Способността за мащабиране на тази структура вече е поставила основата и постави основата за създаване на идеалните средства за съхраняване на енергия. Йонисторите, базирани на „графенова пяна“, успешно преминаха първите тестове, където показаха способността да се презареждат повече от осем хиляди пъти без влошаване.