9k
8 лет назад · 8 фото · 17951 просмотров · 75 комментариев
Суперконденсаторы (8 фото)
Ионисторы, суперконденсаторы, ультраконденсаторы.
7 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».
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 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.
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.
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.
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, такими, как дефибрилляторы и рентгенаппараты.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
На фото - использование суперкондесаторов в качестве пусковой батареи при разряженной (неисправной) штатной.
В условиях участившихся в Украине перебоев с электричеством я заинтересовался.Тем более, что с каждым годом те кирпичи, которые китайцы по недоразумению все еще называют аккумуляторами, дохнут через 10-15 циклов разряда (контролируемого, заметьте, разряда). Но... 500Ф на 2,7В стоит у нас примерно 500 грн. Батарея из 5 шт. последовательно (меня как раз устроят 13,5 В) будет стоить 2500, а время разряда до 5 В при токе 250мА - 850 секунд...
Короче - не мой случай применения.
Ё мобиль не поехал... Видно Сколково с Рыжим не смогли купить ионисторы в китае...
Опять рутений...
челябинск снова впереди всех
на последней фотке батарея от Теслы. при чем тут конденсаторы?
Видимо, намёк на то, что ск для транспорта ещё очень долго будут непригодны - за исключением маршрутного, подзаряжающегося на каждой остановке. Там, заодно, их изрядная масса не так вредит. Впрочем, и это - уже хорошо.
Встречал ионисторы во всяких устройствах, обычно где есть часы реального времени. С виду обычный конденсатор, удивляет только ёмкость, я когда впервые увидел, поначалу даже не поверил глазам :), потом вспомнил, что где то, давно читал статью про суперкондесаторы с ёмкостью 1 фарад и более, и понял что это оно и есть.
На первой фотке вижу 2,25 микро фарад.
поправка: 0,25
Ну так там обычный МБМ конденсатор (металл-бумага-метал).
очередной Маск?
*экономически не эффективны*, "в основном падают", "КПД хуже паровоза" - почему эти вопросы беспокоят всех, только не Маска? А всё потому, что ЗАВИСТЬ. Один человек находит и силы и время и деньги, и на космос и на машины и на поезда и на батарейки... А Россия, с её возможностями, с её лучшей в мире базой, скоро отдаст и космос. А у Маска всё получится, ждать не долго осталось.
Это ты вопросы можешь например Мавроди задать. Он тоже презрел все законы экономики и наобещал 300% годовых. И кому то даже выплатил. :) Детка - чудес не бывает. Если бы было экономически выгодно запускать ракеты и потом ее возвращать - то все бы только и думали как такое сделали. Но почему же проект с Бураном и с Шатлами канули в лету?
Вот опять просрали ракету, упала в Ледовитый, так что отдали космос.
спроси у Маска - он - ГЕНИЙ же! Или нет?
То что сдвиги в этом направлении есть, это хорошо. Минус лишь в том, что подобных статей за последний десяток лет - навалом. Про конденсаторы, аккумуляторы и тому подобное. То графен, то нанотрубки, то водородные топливные элементы или еще что то каждый в сотни раз надежнее, дешевле, эффективнее и т.д., уже проводятся испытания, и вот-вот заживем в светлом будущем, с кучей новых медицинских приборов, где телефоны и ноутбуки можно будет заряжать раз в месяц, не говоря уже про "вечные" электромобили и более серьезные сферы применения типа космоса и робототехники. Но что-то все эти инновации так и остаются в статьях, а лежащем рядом со мной смартфоне до сих пор стоит литиевый аккумулятор, которого хватает максимум на двое суток.
Бизнес мать его ити... Если сделать все сразу и как надо - п...да мировой экономике! А там и до войны рукой подать. Поэтому все дозированно и долго... Создается иллюзия "прогресса".
Н.Носов <<Незнайка на Луне>>.Можно достать семена,они "рукой подать",а можно бабла насобирать,и пошло оно подальше "рукой подать".Мне-то с баблом уже хорошо.У руля Жулио Бандитто.
С суперконденсаторами для телефонов (да и для электромобилей) - не выгорит на всё обозримое время. Плотность энергии ещё очень долго будет ниже, чем у аккумуляторов, а это означает в разы бОльшую массу, да и стоимость.
С аккумуляторами вроде бы вышли на то, что через пару лет в серию пойдут "твердотельные", которые обеспечат раза в два-три (для начала) бОльшую ёмкость. Причём заявления эти идут, прежде всего, от автомобильных компаний вроде Фискера и Тойоты.
Но - оставь мечты о том, чтобы твоего смартфона хватало больше, чем на пару суток. Как только повысят ёмкость аккумуляторов - навесят ещё пару ядер, сделают гибкий 4к экран и ещё пару ништяков, которые весь этот запас и сожрут. :-)
про топливные элементы уже лет двадцать слышу. Сейчас, правда, почти не говорят. И что телефоны можно будет спиртом заправлять тоже читал. Когда-то даже пытался поискать для автономного питания аппаратуры. Нашел где-то за бугром стоимостью в килобаксы. Где обещанное будущее?
Хорошая тема. Вопрос надежности. Внутренний пробой заряженного суперконденсатора - дуга и взрыв.
литий-ион тоже малость опасен
Именно. Но у любого современного аккумулятора расстояние между электродами - миллиметры или десятые доли миллиметра. У скперконденсатора же - микроны и (обещают) даже нанометры. Слабо себе представляю, как можно обеспечить гарантированную надёжность такой штуки.
Раньше танталовые были, потом пошли таки - сверхвысокоемкие. Да, уже сейчас делают системы запуска дизеля. Для огромного движка тракторного, мощного внедорожника вместо огромных акб - ставиться кондер и мотоциклетный акб и заводится в 50 раз лучше и надежнее.
и прочее и прочее. Вот только в статье кроме есмкости не указывали еще два важнейших параметра - ток утечки (как быстро саморазрядится) и цена.
выживешь, братан!
на драйве есть статейка на тему
https://www.drive2.com/b/459823735269007551/https://www.drive2.com/b/459823735269007551/
А вот это уже реально бомба...
Фарады не переводятся в киловатты. Размерность не совпадает. Автор двоечник. А вы повторяете.
Не понял смысла вашего комментария. Вы согласны со мной, что некорректно сравнивать фарады (емкость) и киловатты (мощность)? Или наоборот, хотите мою мысль опровергнуть?
там следует читать кВт*ч/кг
рутений - не пойдёт в промышленность. Мало его, не хватит на всех.
И этта, что вы слышали, было глупой истерикой. Обманка, не обращайте внимания.