Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Схемы подключения | Принципиальные схемы | Электроснабжение
Розетки и выключатели | Автоматы защиты | Кабель и провод | Монтаж электропроводки Ремонт электротехники | Молодому электрику

Электрик Инфо » Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные электротехнические новинки » Что такое суперконденсаторы
Количество просмотров: 48444
Комментарии к статье: 12


Что такое суперконденсаторы


Ионисторы, суперконденсаторы, ультраконденсаторы - история создания и развития технологии

Что такое суперконденсаторы7 июня 1962 года, Роберт Райтмаер, химик американской компании Standard Oil Company (SOHIO), располагавшейся в городе Кливленд, штата Огайо, подал заявку на получение патента, где подробно описывался механизм сохранения электрической энергии в конденсаторе, обладающем «двойным электрическим слоем».

Если в обычном конденсаторе алюминиевые обкладки, традиционно, были изолированы слоем диэлектрика, то в предлагаемом изобретателем варианте акцент делался непосредственно на материал обкладок. Электроды должны были иметь различную проводимость: один электрод должен был обладать ионной проводимостью, а другой – электронной.

Таким образом, в процессе заряда конденсатора происходило бы разделение электронов и положительных центров в электронном проводнике, и разделение катионов и анионов в ионном проводнике.

Электронный проводник предлагалось сделать из пористого углерода, тогда ионным проводником мог бы быть водный раствор серной кислоты. Заряд в таком случае сохранялся бы на границе раздела этих особых проводников (тот самый двойной слой). Разность потенциалов этих первых ионисторов могла достигать значения в 1 вольт, а емкость – единиц фарад, ведь теперь расстояние между обкладками было меньше 5 нанометров.

В 1971 году лицензия была передана японской компании NEC, занимающейся к тому моменту всеми направлениями электронной коммуникации. Японцам удалось успешно продвинуть технологию на рынок электроники под названием «Суперконденсатор».

Спустя семь лет, в 1978 году, компания Panasonic, в свою очередь, выпустила «Золотой конденсатор» («Gold Cap»), так же завоевавший успех на этом рынке. Успех был обеспечен удобством применения ионисторов для питания энергозависимой памяти SRAM. Однако эти ионисторы обладали высоким внутренним сопротивлением, которое ограничивало возможность быстрого извлечения энергии, а значит, сильно сужала диапазон сфер применения.

В 1982 году специалисты американского Научно-исследовательского Института Pinnacle (PRI), расположенного в городе Лос-Гатос, штат Калифорния, работая над улучшением материалов электродов и электролитов, разработали ионисторы с чрезвычайно высокой плотностью энергии, которые появились на рынке под названием «PRI Ultracapacitor».

Спустя 10 лет, в 1992 году, компания Maxwell Laboratories (позже сменившая название на Maxwell Technologies, г. Сан-Диего, штат Калифорния, США) начала развивать технологию PRI под названием "Boost Caps". Целью теперь стало создание конденсаторов высокой емкости с низким сопротивлением, чтобы получить возможность питания мощного электрооборудования.

Суперконденсатор DH5U308W60138TH фирмы SAMWHA ELECTRIC

Рис. 1. Суперконденсатор DH5U308W60138TH фирмы SAMWHA ELECTRIC

В 1999 году тайванская компания UltraCap Technologies Corp. также начала сотрудничество с PRI, которые разработали к тому времени электродную керамику чрезвычайно большой площади, и к 2001 году на рынок вышел первый высокоемкостной ультраконденсатор производства Тайваня. С этого момента началось активное развитие технологии во многих НИИ мира.

На Российском рынке тоже присутствуют свои игроки, так компания «Ультраконденсаторы Феникс» (ООО "УКФ") является инжиниринговой компанией, специализирующейся на проектировании, разработке, производстве и практическом применении решений и систем на базе суперконденсаторов/ионисторов. Компания работает в плотной связке с лучшими мировыми производителями и активно перенимает их опыт. 

Применение ионисторов

Ионисторы на единицы фарад получили заслуженное применение в качестве источников резервного питания во множестве устройств. Начиная с питания таймеров телевизоров и СВЧ-печей, и заканчивая сложными медицинскими приборами. На платах памяти, как правило, установлены ионисторы.

При смене батареи в видео или фотокамере, ионистор поддерживает питание схем памяти, отвечающих за настройки, это же касается музыкальных центров, компьютеров и другой подобной техники. Телефоны, электронные счетчики электроэнергии, охранные системы сигнализации, электронные измерительные приборы и приборы медицинского применения – везде нашли применение суперконденсаторы.

Суперконденсаторы (ионисторы)

Рис. 2. Суперконденсаторы (ионисторы)

Малые ионисторы на основе органических электролитов обладают максимальным напряжением около 2,5 вольт. Для получения более высоких допустимых напряжений, ионисторы соединяют в батареи, обязательно применяя шунтирующие резисторы.

К преимуществам ионисторов относится: высокая скорость заряда-разряда, устойчивость к сотням тысяч циклов перезаряда по сравнению с аккумуляторами, малый вес по сравнению с электролитическими конденсаторами, низкий уровень токсичности, допустимость разряда до нуля.

Источник бесперебойного питания на суперконденсаторах

Рис. 3. Источник бесперебойного питания на суперконденсаторах

Рис. 4. Суперконденсаторные автомобильные модули

Перспективы

При разработке ионисторов все более и более повышается их удельная емкость, и по всей вероятности, рано или поздно это приведет к полной замене аккумуляторов на суперконденсаторы во многих технических сферах.

Последние исследования группы ученых Калифорнийского университета в Риверсайде показали, что новый тип ионисторов на основе пористой структуры, где частицы оксида рутения нанесены на графен, превосходят лучшие аналоги почти в два раза.

Исследователи обнаружили, что поры «графеновой пены» обладают наноразмерами, подходящими для удержания частиц оксидов переходных металлов. Суперконденсаторы на основе оксида рутения теперь являются самым перспективным из вариантов. Безопасно работающие на водном электролите, они обеспечивают увеличение запасаемой энергии и повышают допустимую силу тока вдвое по сравнению с самыми лучшими из доступных на рынке ионисторов.

Они запасают больше энергии на каждый кубический сантиметр своего объёма, поэтому ими целесообразно будет заменить аккумуляторы. Прежде всего, речь идёт о носимой и имплантируемой электронике, но в перспективе новинка может обосноваться и на персональном электротранспорте.

На частицы никеля послойно осаживают графен, выступающий опорой для углеродных нанотрубок, которые вместе с графеном формируют пористую углеродную структуру. В полученные нанопоры последней из водного раствора проникают частицы оксида рутения диаметром менее 5 нм. Удельная ёмкость ионистора на основе полученной структуры составляет 503 фарад на грамм, что соответствует удельной мощности 128 кВт/кг.

Зарядное устройство на графеновом суперконденсаторе

Рис. 4. Зарядное устройство на графеновом суперконденсаторе

Возможность масштабирования этой структуры уже положила начало и создала основу на пути создания идеального средства хранения энергии. Ионисторы на основе «графеновой пены» прошли успешно первые тесты, где показали способность к перезаряду более восьми тысяч раз без ухудшения характеристик.

Андрей Повный

Популярные публикации:

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные электротехнические новинки

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика 



Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Новые перспективные технологии хранения энергии, которые могут быть внедрен ...
  • Графеновые аккумуляторы - технология, которая изменит мир
  • Алюминиевые аккумуляторы
  • Углеродные аккумуляторы приходят на смену литиевым
  • Источники постоянного тока
  • Электролитические конденсаторы: устройство, виды, особенности эксплуатации, ...
  • Различные подходы к хранению энергии: аккумуляторы, суперконденсаторы, топл ...
  • Аккумуляторы MNB Battery
  • Графеновая электроника – чудо 21 века
  • Проточные аккумуляторы - устройство, принцип работы, перспективы использова ...
  • Категория: Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные электротехнические новинки

    Аккумулирование энергии, Инновации, Бесперебойное питание, Емкость, Андрей Повный – все статьи

      Комментарии:

    #1 написал: Caps |

    "503 фарад на грамм, что соответствует удельной мощности 128 кВт/кг." Думаю, что это сравнение не допустимо. Во втором параметре должно быть время.

      Комментарии:

    #2 написал: Валерий |

    Всё это хорошо. Вопрос сколько стоит в сравнении с аналогичными по количеству запасаемой энергии изделиями по традиционным технологиям.

      Комментарии:

    #3 написал: Виктор |

    Интересно, а зачем при сборке ионисторов в батарею нужно обязательно их (видимо каждый элемент) шунтировать резисторами? А в батарею их придётся собирать, а то 2,5V как то уж очень ограничивает область применения.

      Комментарии:

    #4 написал: AlMiO |

    Caps,
    Время присутствует в Работе, а не в Мощности.

      Комментарии:

    #5 написал: дмитрий |

    Прекрасная статья. И ионисторы тоже результат многолетних экспериментов. Но вот цены кусаются. И успеть бы воспользоваться конечным продуктом. А то не дадут сильные.

      Комментарии:

    #6 написал: Василий |

    Caps, очевидно, имеется ввиду кВт-часов/кг. Суть ясна. 

      Комментарии:

    #7 написал: Виталий |

    В Новосибирске выпускают. 

      Комментарии:

    #8 написал: няшмашкрьімнаш |

    Валерий,

    столько стоит, что пока не интересно таким заниматься.
    Можно применять как дополнение к аккумуляторам, которое дает большой ток за короткое время, тем самым как-бы помогая основным батареям.
    Хотя в Тайване тралики ездят на суперконденсаторах.

      Комментарии:

    #9 написал: Алексей |

    Суперконденсаторы представляют собой новые устройства хранения энергии, которые обладают такими уникальными характеристиками, как высокая емкость, высокая плотность мощности и длительный цикл. Суперконденсаторы образованы двумя инертными пористыми электродами, а электроды погружены в электролитическую среду и электрически изолированы мембраной, которая является достаточно пористой, чтобы обеспечить миграцию ионов из среды. Суперконденсатор и сверхпроводящий накопитель магнитной энергии (SMES) - две дополнительные технологии для хранения энергии в форме электромагнитной энергии. Суперконенсатор имеет гораздо большую емкость, более высокий КПД, более длительный срок службы и более высокую плотность энергии, чем обычные конденсаторы. Чрезвычайно низкое внутреннее сопротивление приводит к быстрой зарядке и разрядке суперконденсатора. Следовательно, он применим для сглаживания возобновляемой энергии при микромасштабных вариациях и выравнивании мощности.

      Комментарии:

    #10 написал: Дмитрий Коновалов |

    Ультраконденсаторы имеют емкость на единицу объема, которая на много порядков больше, чем у обычных конденсаторов. Как по удельной энергии (энергия, запасенная на единицу массы), так и по удельной мощности ультраконденсаторы находятся на полпути между обычными конденсаторами и свинцово-кислотными батареями (мощность на единицу массы). Свинцово-кислотные батареи имеют относительно низкую удельную мощность (менее 100 Вт / кг), тогда как ультраконденсаторы имеют большую удельную мощность (1000 Вт / кг), но низкую плотность энергии. Ультраконденсаторы обычно хранят в десятки или сотни раз больше энергии на единицу объема или массы, чем электролитические конденсаторы, и энергия накапливается в электрическом поле, а не в химическом процессе. Их можно заряжать и разряжать намного быстрее, чем аккумуляторы, и они могут выдерживать гораздо больше циклов зарядки и разрядки. Ультраконденсаторы - превосходные устройства для обеспечения короткого скачка напряжения, поскольку они могут быстро захватывать и отдавать энергию. Кроме того, они не представляют риска теплового разгона и не содержат токсичных элементов обычных аккумуляторов, таких как свинец, литий или кобальт. Единственный недостаток, если таковой имеется, заключается в том, что в настоящее время они не обеспечивают электричеством чрезвычайно длительные периоды времени (плотность энергии остается доступной для чего-то в течение минуты или меньше). 

      Комментарии:

    #11 написал: Павел Петрович |

    Суперконденсаторы (supercapacitors, ultracapacitors, ulracaps, goldcaps и др. — терминология еще не устоялась, большинство используемых терминов также являются зарегистрированными товарными знаками) основаны на двойном электрическом слое. Они не содержат никакого классического изолятора. Электроды изолированы от электролита только электрохимическим потенциалом. Поэтому их выпускают только на низкие напряжения, чаще всего 2-3 В. По этой причине в одном корпусе обычно несколько штук, соединенных последовательно. Основным преимуществом является чрезвычайно высокая емкость, которая обеспечивается как чрезвычайно тонкой изолирующей поверхностью, так и пористыми электродами с большой площадью поверхности. Суперконденсаторы боятся высоких температур. Производители обычно указывают максимально допустимую температуру 60, 65 или 70°C. Они также очень чувствительны к скачкам напряжения. Это большая проблема.

      Комментарии:

    #12 написал: Сергей |

    Суперконденсатор - это электрохимический элемент, который способен накапливать и отдавать большое количество энергии за короткое время. Они используются в различных устройствах, таких как электромобили, ноутбуки, смартфоны и другие электронные устройства. Суперконденсаторы обладают высокой плотностью энергии и могут быстро заряжаться и разряжаться, что делает их идеальными для использования в устройствах с высоким энергопотреблением. Однако они имеют ограниченный срок службы и могут терять свою емкость со временем. 

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Электрик Инфо на Яндекс Дзен

     

    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки
    Андрей Повный - все статьи автора



    Copyright © 2009-2024 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.