Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

 
 

Сайт электрика

Электрик Инфо » Интересные электротехнические новинки

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.

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.

Суперконденсатор DH5U308W60138TH фирмы SAMWHA ELECTRIC

Рис. 1. Суперконденсатор DH5U308W60138TH фирмы SAMWHA ELECTRIC

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

Суперконденсаторные автомобильные модули

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


Сейчас самое время поделиться статьей и добавить ее в закладки!


Тематические разделы: Электрик Инфо » Интересные электротехнические новинки

Другие статьи:

  • Графеновые аккумуляторы - технология, которая изменит мир
  • Алюминиевые аккумуляторы
  • Аккумуляторы MNB Battery
  • Электролитические конденсаторы
  • Графеновая электроника – чудо 21 века
  • Аккумулятор из древесных отходов

  •  
      Комментарии:

    #1 написал: Caps | [цитировать]

     
     

    "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 | [цитировать]

     
     

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

      Комментарии:

    #3 написал: Виктор | [цитировать]

     
     

    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 | [цитировать]

     
     

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

      Комментарии:

    #5 написал: дмитрий | [цитировать]

     
     

    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 | [цитировать]

     
     

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

      Комментарии:

    #7 написал: Виталий | [цитировать]

     
     

    В Новосибирске выпускают. 

      Комментарии:

    #8 написал: няшмашкрьімнаш | [цитировать]

     
     

    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.

    Добавление комментария
    Имя:*
    E-Mail:
    Комментарий:
    Введите код: *

    Электрика дома  | Электрообзоры  | Энергосбережение
    Секреты электрика | Источники света | Делимся опытом
    Домашняя автоматика | Электрика для начинающих
    Электромастерская | Электротехнические новинки

    Электрик Инфо - электротехника и электроника, домашняя автоматизация, статьи про устройство и ремонт домашней электропроводки, розетки и выключатели, провода и кабели, источники света, обзоры электротехнических новинок, интересные факты и многое другое для электриков и домашних мастеров.
    Copyright © 2008-2016 electrik.info
    Е-mail: electroby@mail.ru Сайт в Google+
    Вся информация на сайте Электрик Инфо предоставлена в ознакомительных и познавательных целях. За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет. Сайт может содержать материалы 12+
    Перепечатка материалов сайта запрещена.

    Полезное

    Светодиодные лампы и светильники IEK