Иновације у развоју суперкондензатора: прошлост, садашњост и будућност

Индустрија енергетске електронике кренула је узлазном спиралом и не показује знакове попуштања, јер тренд електрификације продире у шири спектар индустријских домена и повлачи за собом захтеве за високотехнолошким електроенергетским уређајима. Последњих година приметан је пораст потребе за напредним решењима за складиштење електричне енергије, потакнут суштином бржег складиштења, ефикасног управљања напајањем и оптимизације енергије.

Природа погонске индустрије енергетске електронике играла је важну улогу у развоју решења за складиштење електричне енергије, попут кондензатора. Релативна временска ефикасност пуњења кондензатора подстакла је њихову примену у мноштву уређаја за складиштење енергије. Међутим, још увек постоји потенцијал за побољшање способности складиштења електричне енергије кондензатора, што је заузврат довело до развоја суперкондензатора - такође познатих као ултракондензатори или електрохемијски кондензатори (ЕЦ).

Фокус на ефикасном складиштењу енергије покренуо је појаву суперкондензатора

Како су се индустријски развоји почели окретати око тренда електрификације, иновације у дизајну суперкондензатора убрзале су темпо. Глобални гиганти, укључујући Генерал Елецтриц, спровели су експерименте посвећене побољшању дизајна у суперкондензаторима, у покушају да капитализују све већу потражњу за суперкондензаторима у индустријама као кључном покретачу електрификације. Корпорација НЕЦ била је међу првих неколико компанија које су комерцијално увеле суперкондензаторе у свет; за проналазак се углавном приписује Стандардна нафтна компанија из Охаја (СОХИО).

Након појаве суперпроводника као ефикаснијег решења за складиштење енергије, популарност ЕЦ технологије одмах је порасла. Дизајн суперкондензатора напредовао је кроз неколико генерација од њиховог првог комерцијалног лансирања. Истраживачке организације и водеће компаније у индустрији енергетске електронике и даље се фокусирају на иновације око производних метода и материјала како би даље побољшали економичност и перформансе суперкондензатора.

Истраживачки институти открили су иновативне производне поступке за суперкондензаторе

Упркос одличним оперативним карактеристикама суперкондензатора, произвођачи се још увек боре да контролишу високе производне трошкове и смањену способност складиштења енергије суперкондензатора у поређењу са батеријама. Такође, брига у вези са трајношћу због суперкондензатора у одређеној мери ограничава његово усвајање у индустријским применама. Као одговор на ове забринутости, компаније за производњу суперкондензатора улажу велика средства у истраживање и развој (Р&Д) како би дизајнирале супериорнију верзију суперкондензатора.

Неке од иновација заснованих на истраживању које су обликовале тржиште суперкондензатора у последњих пет година су,

• У фебруару 2013. истраживачи са Универзитета у Калифорнији у Лос Анђелесу открили су револуционарну и економичну методу израде за производњу суперкондензатора микроразмера помоћу потрошача ЛигхтСцрибе ДВД горионика. Ови микро-супер кондензатори се састоје од једног атома дебелог слоја графичког угљеника и могу се лако интегрисати у минијатурне електронске уређаје. Коришћењем дводимензионалног листа графена у комбинацији са новом техником израде, истраживачи би у великој мери могли смањити производне трошкове и проширити опсег примене за суперкондензаторе.
• У јулу 2013. истраживачи са Националног института за науку и технологију Улсан (УНИСТ) развили су иновативну методу за масовну производњу тродимензионалне мезопорозне нано-куглице графена (МГБ) која се може користити у производњи суперкондензатора. Истраживачи су предвидели да ће својства мезопорозног графена побољшати скалабилност, квалитет и економичност суперкондензатора, проширујући обим њихове примене у електричним возилима.
• У августу 2014. године инжењери са Универзитета Монасх у Аустралији развили су нову методу за производњу графена у суперкондензаторима како би побољшали густину енергије 10 пута више од комерцијалних уређаја. Инжењери су створили макроскопски графенски материјал кроз поступак сличан традиционалној методи производње папира. Поред тога, даље су потврдили да би смањивањем хемикалије графита на бази раствора у графену, инжењери могли отворити нове путеве за комерцијализацију графена и 10к енергетски гушћих суперкондензатора.
• Група истраживача у Јужној Кореји открила је необично иновативан, али изузетно погодан алтернативни материјал за суперкондензаторске електроде у августу 2014. Осмислили су начин за употребу цигаретних филтера у суперкондензаторима, који се могу трансформисати у материјал на бази угљеника високих перформанси са великом снагом густине. Истраживачи би могли успешно да користе филтере за коришћене цигарете за складиштење више електричне енергије од комерцијално доступног угљеника.

Фокус на развој материјала од суперкондензатора свеприсутан

Прелазак на развој материјала високих перформанси стекао је крајњу опипљивост међу произвођачима суперкондензатора, са све већом потражњом за суперкондензаторима у разним индустријским применама, попут носиве потрошачке електронике и електричних возила. Иако графен остаје један од прикладних материјала за суперкондензаторе, текуће истраживачке активности алудирају на значајне трансформације у пејзажу тржишта суперкондензатора.

Група хемичара са Универзитета у Амстердаму, Ван'т Хофф института за молекуларне науке, изумела је нови материјал за суперкондензатор док је спроводила експерименте за свој пројекат горивих ћелија. Истраживачи су открили да је високопорозни суперкондензаторски материјал јефтин, лаган и нетоксичан и да се може користити у потенцијалним комерцијалним применама суперкондензатора, као што су транспорт, електроника и уређаји за складиштење енергије.

Друга група научника из УЦ Санта Цруз и Националне лабораторије Лоренс Ливермор (ЛЛНЛ) користила је ултрабрзи 3Д одштампани графен за смањење дебљина реда величине милиметара и побољшање карактеристика перформанси суперкондензатора, укључујући густину снаге и задржавање капацитета.

Преклопни суперцапацитор је направљена од обичног папира од инжењера из Георгиа Тецх и Кореа Универзитета да би складиште више енергије дуже, нарочито у носиве електронске производе као што је флексибилан. Научници, инжењери и истраживачи широм света углавном се фокусирају на балансирање густине снаге и густине енергије суперкондензатора како би се избегао губитак снаге одједном.

Најновији развој и иновације у материјалима који се користе у производњи суперкондензатора углавном су усмерени на смањење могућности самопражњења или кратког споја. Заинтересоване стране на тржишту суперкондензатора желе да искористе различите карактеристике перформанси псеудо-кондензатора и хибридних кондензатора, које могу одражавати већу густину енергије од било које друге врсте супер-кондензатора.

Иако је потражња за електричним двослојним кондензаторима и даље највећа на тржишту суперкондензатора, хибридни кондензатори су сведоци пораста потражње у разним индустријским применама.

Аутомобилска индустрија - кључно потенцијално подручје за раст произвођача кондензатора

Аутомобилски сектор тренутно је подручје потенцијалног раста за произвођаче висококвалитетних уређаја за складиштење енергије, попут суперкондензатора. У 2013. години, ауто апликације Суперцапациторс чине мање од 1/5 ^ог удела прихода тржишта Суперцапациторс. Међутим, са недавним развојем у аутомобилској индустрији, аутомобили су постали једна од најважнијих примена суперкондензатора.

Будући да се произвођачи аутомобила фокусирају на смањење зависности од нафтне индустрије и управљачка тела која намећу строге еколошке прописе, предвиђа се да ће изгледи за раст електричних возила бити обећавајући. То је произвођаче суперкондензатора навело да увиде профитабилне могућности у аутомобилској индустрији која се брзо развија.

Развој суперкондензатора погодних за електрична возила или хибридна електрична возила једна је од најважнијих пословних стратегија компанија за производњу суперкондензатора. С друге стране, произвођачи аутомобила такође су у трци да избаце најефикаснија електрична возила, што је оправдало њихов лов на висококвалитетне системе за складиштење енергије. Ово се на крају одражава у све ширем опсегу иновација у суперкондензаторима у аутомобилској индустрији која се брзо развија.

У фебруару 2019. године Тесла Инц., глобални гигант у аутомобилској и енергетској индустрији, објавио је да је купио Маквелл Тецхнологиес Инц., водећу компанију за батеријску технологију, за приближно 218 милиона америчких долара. Компанија тежи да искористи уносне могућности за електрична возила, а овом аквизицијом планира да дода стручност у пољу суперкондензатора који би могли убрзати могућности пуњења аутомобила.

У мају 2018. године Роллс-Роице - водећи светски произвођач луксузних аутомобила - склопио је споразум о сарадњи са Супердиелецтрицс Лтд - започетом технологијом са седиштем у Великој Британији, истражити потенцијал суперкондензатора и створити врхунско складиште високе енергије технологија. Овим партнерством, Ролл-Роице жели да комбинује своју стручност у науци о материјалу са хидрофилним полимерима Супердиелецтрицс-а за развој светске класе суперкондензаторских батерија.

Ламборгхини је још један од водећих произвођача аутомобила који се придружио пакету аутомобилских компанија које планирају да искористе изванредне карактеристике суперкондензатора током електрификације аутомобилске индустрије. Главни технички директор компаније недавно је изјавио да је компанија раније користила суперкондензаторе у Ламборгхини Авентадор-у за почетну батерију. Стручњаци предвиђају да би наследник Авентадора могао да користи идентичне суперкондензаторе.

Аутомобилска индустрија која се непрекидно развија створила је узбудљиво конкурентно окружење за произвођаче суперкондензатора. Потрага за сталним напретком у перформансама суперкондензатора вероватно ће покренути неке револуционарне иновације на тржишту суперкондензатора у наредним годинама.

Улога суперкондензатора у перспективама електронике и енергетике и енергетске индустрије

Очекује се да ће аутомобилска и транспортна индустрија у наредној деценији чинити више од једне трећине удела у приходу на тржишту суперкондензатора. Упркос прослављеној будућности суперкондензатора у модерној аутомобилској индустрији, потрошачка електроника и индустрија енергије и енергије вероватно ће имати лавовски удео у развоју тржишта суперкондензатора.

Суперкондензатори се рекламирају као радна снага сваког електронског производа који ради на батеријама или системима за складиштење енергије. У наредним годинама суперкондензатори ће вероватно бити сведоци свеприсутног прихватања у различитим индустријским вертикалима. Будућност тржишта суперкондензатора вероватно ће бити сведок појаве ЕК који ће покретати будућност модерних носивих уређаја и потрошачких електронских производа. Соларни суперкондензатори такође су ствар из будућности, за коју се очекује да ће имати огроман продајни потенцијал у пределу носивих сензора, посебно у носивим здравственим уређајима.

Текуће истраживачке активности и развој у индустрији енергетске електронике настављају да наговештавају суперкондензаторе који замењују батерије у блиској будућности. Са све већом применом суперкондензатора у разним индустријским секторима, као што су електроника, енергетика и енергетика, војска и одбрана и ваздухопловство, очекује се да ће глобално тржиште суперкондензатора премашити 5,5 милијарди америчких долара до 2028. године. Експоненцијална стопа раста тржишта суперкондензатора је очекује се да ће повећати уносне могућности за истраживаче, произвођаче и друге заинтересоване стране у пределу.

Адити Иадвадкар је искусни писац истраживања тржишта и пуно је писао о индустрији електронике и полупроводника. У компанији Футуре Маркет Инсигхтс (ФМИ) блиско сарађује са истраживачким тимом за електронику и полупроводнике како би задовољила потребе клијената из целог света. Ови увиди се заснивају на извештају ФМИ-а о тржишту суперкондензатора.