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Cosa sono i supercondensatori
Ionizzatori, supercondensatori, ultracondensatori: la storia della creazione e dello sviluppo della tecnologia
Il 7 giugno 1962, Robert Reitmayer, chimico dell'American Standard Oil Company (SOHIO) a Cleveland, Ohio, presentò una domanda di brevetto che descriveva in dettaglio il meccanismo per immagazzinare energia elettrica in un condensatore a doppio strato.
Se dentro condensatore convenzionale Poiché le lastre di alluminio erano tradizionalmente isolate con uno strato dielettrico, nella forma di realizzazione proposta dall'inventore, l'enfasi era posta direttamente sul materiale delle lastre. Gli elettrodi dovevano avere conduttività diversa: un elettrodo doveva avere conducibilità ionica e l'altro - elettronico.
Pertanto, nel processo di carica di un condensatore, vi sarebbe una separazione di elettroni e centri positivi nel conduttore elettronico e una separazione di cationi e anioni nel conduttore ionico.
Il conduttore elettronico è stato proposto per essere fatto di carbonio poroso, quindi il conduttore ionico potrebbe essere una soluzione acquosa di acido solforico. In questo caso, la carica verrebbe memorizzata nell'interfaccia di questi conduttori speciali (lo stesso doppio strato). La differenza potenziale di questi primi ionistori potrebbe raggiungere un valore di 1 volt e la capacità - unità di farad, perché ora la distanza tra le piastre era inferiore a 5 nanometri.
Nel 1971, la licenza fu trasferita alla società giapponese NEC, che a quel tempo era impegnata in tutte le aree della comunicazione elettronica. I giapponesi hanno avuto successo nel promuovere la tecnologia nel mercato dell'elettronica chiamato "Supercapacitor".
Sette anni dopo, nel 1978, Panasonic, a sua volta, pubblicò il condensatore d'oro, che ottenne anche successo in questo mercato. Il successo è stato assicurato dalla comodità di utilizzare ionizzatori per alimentare la memoria volatile SRAM. Tuttavia, questi ionistori presentavano un'elevata resistenza interna, che limitava la capacità di estrarre rapidamente energia e quindi riduceva notevolmente il campo di applicazione.
Nel 1982, gli specialisti dell'American Pinnacle Research Institute (PRI), con sede a Los Gatos, in California, lavorando sul miglioramento dei materiali degli elettrodi e degli elettroliti, hanno sviluppato ionizzatori a densità di energia estremamente elevata che sono apparsi sul mercato con il nome di "PRI Ultracapacitor" .
Dopo 10 anni, nel 1992, Maxwell Laboratories (che in seguito cambiò il nome in Maxwell Technologies, San Diego, California, USA) iniziò a sviluppare la tecnologia PRI chiamata "Boost Caps". L'obiettivo ora era quello di creare condensatori ad alta capacità con bassa resistenza per poter alimentare potenti apparecchiature elettriche.
Fig. 1. SAMWHA ELECTRIC supercapacitor DH5U308W60138TH
Nel 1999, la società taiwanese UltraCap Technologies Corp. Ha anche iniziato a collaborare con PRI, che a quel tempo aveva sviluppato una ceramica per elettrodi ad area estremamente ampia, e dal 2001 è stato lanciato il primo ultracapacitor ad alta capacità di Taiwan. Da questo momento, lo sviluppo attivo della tecnologia è iniziato in molti istituti di ricerca del mondo.
Ci sono anche attori sul mercato russo, quindi la società Ultracapacitors Phoenix (UKF LLC) è una società di ingegneria specializzata nella progettazione, sviluppo, produzione e applicazione pratica di soluzioni e sistemi basati su supercondensatori / ionizzatori. L'azienda lavora in stretta collaborazione con i migliori produttori mondiali e acquisisce attivamente la loro esperienza.
L'uso di ionistori
Gli ionisti per unità farad hanno ricevuto un meritato utilizzo come fonti di energia di backup in molti dispositivi.A partire dalla potenza dei timer di TV e forni a microonde, e termina con dispositivi medici complessi. Di norma, gli ionistori sono installati su schede di memoria.
Quando si cambia la batteria in un video o una fotocamera, lo ionistor supporta la potenza dei circuiti di memoria responsabili delle impostazioni, lo stesso vale per i centri musicali, i computer e altre apparecchiature simili. telefoni, contatori elettrici elettronici, sistemi di allarme di sicurezza, strumenti elettronici di misura e dispositivi medici: i supercondensatori hanno trovato applicazione ovunque.
Fig. 2. Supercapacitor (ionistori)
I piccoli ionizzatori di elettroliti organici hanno una tensione massima di circa 2,5 volt. Per ottenere tensioni più elevate consentite, gli ionistori sono collegati alle batterie, utilizzando necessariamente resistenze shunt.
I vantaggi degli ionistori includono: alto tasso di carica-scarica, resistenza a centinaia di migliaia di cicli di ricarica rispetto alle batterie, peso ridotto rispetto ai condensatori elettrolitici, bassa tossicità, tolleranza di scarica a zero.
Fig. 3. Alimentazione continua su supercondensatori
Fig. 4. Moduli per auto Supercapacitor
prospettive
Nello sviluppo degli ionistori, la loro capacità specifica sta aumentando sempre di più e, con ogni probabilità, prima o poi questo porterà alla completa sostituzione delle batterie con supercondensatori in molti campi tecnici.
Recenti studi condotti da un team di scienziati dell'Università della California a Riverside hanno dimostrato che un nuovo tipo di ionistore si basa su una struttura porosa, su cui si depositano particelle di ossido di rutenio grafenesuperiore alle sue migliori controparti quasi due volte.
I ricercatori hanno scoperto che i pori della "schiuma di grafene" hanno nanosize adatti per trattenere particelle di ossidi di metalli di transizione. I supercondensatori di ossido di rutenio sono ora l'opzione più promettente. Lavorando in sicurezza su un elettrolita acquoso, forniscono un aumento dell'energia immagazzinata e aumentano l'amperaggio ammissibile di un fattore due rispetto ai migliori ionizzatori disponibili sul mercato.
Conservano più energia per ogni centimetro cubo del loro volume, quindi sarebbe consigliabile sostituire le batterie con esse. Prima di tutto, stiamo parlando di elettronica indossabile e impiantabile, ma in futuro la novità può essere basata anche su veicoli elettrici personali.
Il grafene viene depositato strato per strato su particelle di nichel, che fungono da supporto per i nanotubi di carbonio, che insieme al grafene formano una struttura di carbonio porosa. Le particelle di ossido di rutenio con un diametro inferiore a 5 nm penetrano nei nanopori ottenuti da quest'ultimo da una soluzione acquosa. La capacità specifica dello ionistore basata sulla struttura risultante è di 503 farad per grammo, che corrisponde a una potenza specifica di 128 kW / kg.
Fig. 4. Caricabatterie su un supercondensatore al grafene
La capacità di ridimensionare questa struttura ha già gettato le basi e gettato le basi per la creazione dei mezzi ideali per immagazzinare energia. Gli ionisti a base di "schiuma di grafene" hanno superato con successo i primi test, in cui hanno mostrato la capacità di ricaricare più di ottomila volte senza deterioramento.
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