Jauninājumi superkondensatoru attīstībā: pagātne, tagadne un nākotne

Power electronics nozare ir bijusi augšupejošo spirāli, un nekas neliecina par samazinājušies, jo tendence elektrifikācijas iekļūst plašāku rūpniecības jomās, un ir saistīta ar prasību par augsto tehnoloģiju jaudas elektronisko ierīču. Pēdējos gados ir ievērojami palielinājusies vajadzība pēc moderniem elektroenerģijas uzglabāšanas risinājumiem, ko izraisījusi ātrākas uzglabāšanas, efektīvas enerģijas pārvaldības un enerģijas optimizācijas būtība.

Spēka elektronikas nozares pielietojumam ir bijusi liela nozīme elektroenerģijas uzglabāšanas risinājumu, piemēram, kondensatoru, izstrādē. Relatīvā laika efektivitāte kondensatoru uzlādē ir pamudinājusi tos ieviest daudzās enerģijas uzglabāšanas ierīcēs. Tomēr kondensatoru elektroenerģijas uzkrāšanas spēju uzlabošana joprojām ir iespējama, kas savukārt ir veicinājis superkondensatoru attīstību, kas pazīstama arī kā ultracapacitors vai elektroķīmiskie kondensatori (EC).

Koncentrējieties uz efektīvu enerģijas uzglabāšanu, kas izraisīja superkondensatoru parādīšanos

Kad rūpniecības attīstība sāka griezties ap elektrifikācijas tendenci, jauninājumi superkondensatoru konstrukcijās paātrināja tempu. Globālie giganti, tostarp General Electric, veica eksperimentus, lai uzlabotu superkondensatoru dizainu, cenšoties gūt labumu no pieaugošā pieprasījuma pēc superkondensatoriem nozarēs kā galvenajiem elektrifikācijas veicinātājiem. NEC korporācija bija starp pirmajiem uzņēmumiem, kas komerciāli ieviesa superkondensatorus pasaulē; izgudrojumam galvenokārt tiek piedēvēta Ohaio naftas kompānija (SOHIO).

Pēc supravadītāju parādīšanās kā efektīvāka enerģijas uzglabāšanas risinājuma EK tehnoloģijas popularitāte palielinājās uzreiz. Kopš pirmās komerciālās palaišanas superkondensatoru dizains ir attīstījies vairākās paaudzēs. Pētniecības organizācijas un vadošie spēka elektronikas nozares uzņēmumi joprojām koncentrējas uz jauninājumiem ap ražošanas metodēm un materiāliem, lai vēl vairāk uzlabotu superkondensatoru rentabilitāti un veiktspēju.

Pētniecības institūti atklāja novatoriskas superkondensatoru ražošanas procedūras

Neskatoties uz superkondensatoru izcilajām darbības īpašībām, ražotāji joprojām cenšas kontrolēt augstās kondensatoru augstās ražošanas izmaksas un zemākas enerģijas uzkrāšanas iespējas, salīdzinot ar akumulatoriem. Turklāt ar izturību saistītas problēmas ar superkondensatoru apropos zināmā mērā ierobežo tā ieviešanu rūpnieciskos nolūkos. Atbildot uz šīm bažām, superkondensatoru ražošanas uzņēmumi ir ieguldījuši lielus ieguldījumus pētniecībā un attīstībā (R&D), lai izstrādātu augstāka līmeņa superkondensatoru versiju.

Daži no pētījumiem balstītiem jauninājumiem, kas pēdējos piecos gados veidoja superkondensatoru tirgu, ir:

• Kalifornijas Universitātes, Losandželosas, pētnieki 2013. gada februārī atklāja revolucionāru un rentablu ražošanas metodi, lai ražotu mikromēroga superkondensatorus, izmantojot plaša patēriņa klases LightScribe DVD rakstītāju. Šie mikro superkondensatori sastāv no viena atoma bieza grafīta oglekļa slāņa un tos var viegli integrēt miniaturizētās elektroniskās ierīcēs. Izmantojot divdimensiju grafēna loksni kopā ar jauno ražošanas tehniku, pētnieki varētu ievērojami samazināt ražošanas izmaksas un paplašināt superkondensatoru izmantošanas iespējas.
• 2013. gada jūlijā Ulsanas Nacionālā zinātnes un tehnoloģijas institūta (UNIST) pētnieki izstrādāja novatorisku metodi trīsdimensiju mezoporiskas grafēna nanobumbas (MGB) masveida ražošanai, ko var izmantot superkondensatoru ražošanā. Pētnieki prognozēja, ka mezoporainā grafēna īpašības uzlabos superkondensatoru mērogojamību, kvalitāti un rentabilitāti, paplašinot to pielietojuma jomu elektriskajos transportlīdzekļos.
• 2014. gada augustā Austrālijas Monaša universitātes inženieri izstrādāja jaunu metodi grafēna ražošanai superkondensatoros, lai uzlabotu to enerģijas blīvumu 10 reizes vairāk nekā komerciālās ierīces. Inženieri izveidoja makroskopisku grafēna materiālu, izmantojot procesu, kas līdzīgs tradicionālajai papīra ražošanas metodei. Turklāt viņi vēl vairāk apstiprināja, ka, samazinot uz šķīdumu balstītu ķīmisko vielu - grafīta oksīdu grafēnā, inženieri varētu pavērt jaunas iespējas grafēna un 10x enerģijas blīvāku superkondensatoru komercializēšanai.
• Dienvidkorejas pētnieku grupa 2014. gada augustā atklāja neparasti novatorisku, tomēr ļoti piemērotu alternatīvu materiālu superkondensatoru elektrodiem. Viņi izdomāja veidu, kā superkondensatoros izmantot cigarešu filtrus, kurus var pārveidot par augstas veiktspējas oglekļa bāzes materiālu ar lielu jaudu. blīvums. Pētnieki varētu veiksmīgi izmantot izlietoto cigarešu filtrus, lai uzkrātu vairāk elektriskās enerģijas nekā komerciāli pieejamais ogleklis.

Koncentrēšanās uz visur esošo superkondensatoru materiālu attīstību

Virzība uz augstas veiktspējas materiālu izstrādi superkondensatoru ražotāju vidū ir guvusi pilnīgu taustāmību, arvien pieaugot pieprasījumam pēc superkondensatoriem dažādās rūpniecības lietojumprogrammās, piemēram, valkājamā plaša patēriņa elektronikā un elektriskajos transportlīdzekļos. Lai gan grafēns joprojām ir viens no superkondensatoru piemērotajiem materiāliem, notiekošās pētniecības darbības norāda uz būtiskām izmaiņām superkondensatoru tirgus ainavā.

Amsterdamas Universitātes Van't Hoff molekulāro zinātņu institūta ķīmiķu grupa, veicot eksperimentus savam kurināmā elementu projektam, izgudroja jaunu materiālu superkondensatoram. Pētnieki atklāja, ka ļoti porainais superkondensatora materiāls ir lēts, viegls un netoksisks, un to var izmantot potenciālajos superkondensatoru komerciālajos pielietojumos, piemēram, transportā, elektronikā un enerģijas uzglabāšanas ierīcēs.

Cita zinātnieku grupa UC Santakrūzā un Lorensa Livermoras Nacionālajā laboratorijā (LLNL) izmantoja īpaši ātru 3D drukātu grafēnu, lai samazinātu biezumu par milimetriem un uzlabotu superkondensatoru veiktspējas īpašības, ieskaitot jaudas blīvumu un kapacitātes noturību.

Salokāms supercapacitor bija no parasta papīra, ko inženieri no Gruzijas Tech un Korejas universitātē, kas varētu saglabāt vairāk enerģijas ilgāk, jo īpaši valkājamo elektronisko produktu, kā tas ir elastīga. Zinātnieki, inženieri un pētnieki visā pasaulē galvenokārt koncentrējas uz superkondensatoru jaudas blīvuma un enerģijas blīvuma līdzsvarošanu, lai vienlaikus izvairītos no jaudas zuduma.

Jaunākie materiāli, kas izmantoti superkondensatoru ražošanā, jaunākie sasniegumi un jauninājumi galvenokārt ir vērsti uz pašizlādes vai īssavienojuma samazināšanu. Ieinteresēto personu superkondensatoru tirgū mērķis ir izmantot dažādus pseidokondensatoru un hibrīdkondensatoru veiktspējas raksturlielumus, kas var atspoguļot lielāku enerģijas blīvumu nekā jebkura cita veida superkondensatori.

Kaut arī superkondensatoru tirgū pieprasījums pēc elektriskiem divslāņu kondensatoriem joprojām ir visaugstākais, hibrīdkondensatoriem ir raksturīgs pieprasījuma pieaugums dažādos rūpnieciskos pielietojumos.

Automobiļu rūpniecība - galvenā izaugsmes potenciāla zona superkondensatoru ražotājiem

Automobiļu sektors šobrīd ir augstas izaugsmes potenciālais apgabals augstas kvalitātes enerģijas uzglabāšanas ierīču, piemēram, superkondensatoru, ražotājiem. 2013. gadā, automobiļu pieteikumi Supercapacitors veidoja mazāk nekā 1/5 ^th no ieņēmumu daļas Supercapacitors tirgū. Tomēr, ņemot vērā nesenos notikumus automobiļu rūpniecībā, automobiļi ir kļuvuši par vienu no vissvarīgākajiem superkondensatoru pielietojumiem.

Tā kā automobiļu ražotāji koncentrējas uz atkarības mazināšanu no naftas nozares un pārvaldes institūcijas, kas nosaka stingrus vides aizsardzības noteikumus, elektrisko transportlīdzekļu izaugsmes iespējas ir daudzsološas. Tas ir licis superkondensatoru ražotājiem pievērsties ienesīgām iespējām strauji attīstošajā automobiļu nozarē.

Superkondensatoru, kas piemēroti elektrotransportam vai hibrīdiem elektrotransportlīdzekļiem, izstrāde ir viena no vissvarīgākajām superkondensatoru ražošanas uzņēmumu biznesa stratēģijām. No otras puses, arī automobiļu ražotāji cenšas ieviest visefektīvākos elektriskos transportlīdzekļus, kas attaisnoja viņu medības pēc augstas kvalitātes enerģijas uzkrāšanas sistēmām. Tas galu galā atspoguļojas arvien paplašinātajā jaunievedumu jomā superkondensatoros strauji attīstošajā automobiļu nozarē.

2019. gada februārī Tesla Inc. - pasaules mēroga gigants automobiļu un enerģētikas nozarē - paziņoja, ka ir iegādājies Maxwell Technologies Inc. - vadošo akumulatoru tehnoloģiju uzņēmumu - par aptuveni 218 miljoniem ASV dolāru. Uzņēmuma mērķis ir gūt labumu no ienesīgām iespējām elektriskajiem transportlīdzekļiem, un līdz ar šo iegādi plāno pievienot zināšanas superkondensatoru jomā, kas varētu paātrināt automašīnu uzlādes iespējas.

2018. gada maijā Rolls-Royce - pasaules vadošais luksusa automobiļu ražotājs - noslēdza sadarbības līgumu ar Superdielectrics Ltd - Lielbritānijā dibinātu tehnoloģiju jaunizveidotu uzņēmumu, izpēta superkondensatoru potenciālu un izveido mūsdienīgu augstas enerģijas krātuvi. tehnoloģija. Ar šo partnerību Roll-Royce mērķis ir apvienot savas zināšanas materiālu zinātnē ar Superdielectrics hidrofilajiem polimēriem, lai izstrādātu pasaules klases superkondensatoru akumulatoru lietojumus.

Lamborghini ir vēl viens vadošais autoražotājs, kas pievienojas to automobiļu kompāniju pulkam, kuras plāno izmantot superkondensatoru ārkārtas īpašības automobiļu rūpniecības elektrifikācijas laikā. Uzņēmuma galvenais tehniskais darbinieks nesen paziņoja, ka uzņēmums startera akumulatoram iepriekš ir izmantojis superkondensatorus Lamborghini Aventador. Eksperti prognozē, ka Aventador pēctecis varētu izmantot identiskos superkondensatorus.

Automobiļu rūpniecība, kas nepārtraukti attīstās, superkondensatoru ražotājiem ir radījusi daudz aizraujošu konkurences vidi . Mēģinājumi pastāvīgi uzlabot superkondensatoru veiktspēju, iespējams, nākamajos gados izraisīs dažus novatoriskus jauninājumus superkondensatoru tirgū.

Superkondensatoru loma elektronikas un enerģētikas un enerģētikas nozarēs

Paredzams, ka nākamās desmitgades laikā automobiļu un transporta nozare veidos vairāk nekā vienu trešdaļu no superkondensatoru tirgus ieņēmumu daļas. Neskatoties uz superkondensatoru slavēto nākotni jaunā laikmeta automobiļu rūpniecībā, plaša patēriņa elektronika, kā arī enerģētikas un enerģētikas nozare, visticamāk, ieņems lielu daļu superkondensatoru tirgus attīstībā.

Superkondensatori tiek reklamēti kā jebkura elektroniska izstrādājuma darba zirgs, kas darbojas uz baterijām vai enerģijas uzkrāšanas sistēmām. Turpmākajos gados superkondensatori, iespējams, liecinās par visuresošu pieņemšanu dažādās nozares vertikālēs. Superkondensatoru tirgus nākotne, visticamāk, liecinās par tādu EK parādīšanos, kas ietekmēs mūsdienu valkājamo ierīču un plaša patēriņa elektronisko izstrādājumu nākotni. Saules superkondensatori ir arī nākotnes lieta, kurai paredzams milzīgs pārdošanas potenciāls valkājamo sensoru ainavā, it īpaši valkājamu veselības ierīču jomā.

Pašreizējie pētījumi un attīstība elektroelektronikas nozarē turpina domāt par superkondensatoriem, kas tuvākajā nākotnē nomaina baterijas. Tā kā arvien vairāk superkondensatoru tiek pielietoti dažādās rūpniecības nozarēs, piemēram, elektronikā, enerģētikā un enerģētikā, militārajā un aizsardzības jomā, kā arī kosmosā, paredzams, ka superkondensatoru globālais tirgus līdz 2028. gadam pārsniegs 5,5 miljardus ASV dolāru. Superkondensatoru tirgus eksponenciālais pieauguma temps ir paredzams, ka pētniekiem, ražotājiem un citām ainavas ieinteresētajām pusēm būs izdevīgas iespējas.

Aditi Yadwadkar ir pieredzējis tirgus pētījumu autors un daudz rakstījis par elektronikas un pusvadītāju nozari. Nākotnes tirgus ieskatā (FMI) viņa cieši sadarbojas ar elektronikas un pusvadītāju pētījumu komandu, lai apkalpotu klientu vajadzības no visas pasaules. Šīs atziņas ir balstītas uz FMI ziņojumu par superkondensatoru tirgu.