Inovații în dezvoltarea supercapacitorului: trecut, prezent și viitor

Industria electronice de putere a fost pe o spirală ascendentă și nu prezintă semne de reducere, deoarece tendința de electrificare pătrunde într-o gamă mai largă de domenii industriale și implică cerința de dispozitive electronice de putere de înaltă tehnologie. În ultimii ani, a existat o creștere semnificativă a nevoii de soluții avansate de stocare a energiei electrice, declanșată de esențialitatea stocării mai rapide, a gestionării eficiente a energiei și a optimizării energiei.

Natura bazată pe aplicații a industriei electronice de putere a jucat un rol important în dezvoltarea soluțiilor de stocare a energiei electrice, cum ar fi condensatoarele. Eficiența relativă a timpului în încărcarea condensatoarelor a determinat implementarea acestora într-o multitudine de dispozitive de stocare a energiei. Cu toate acestea, există încă potențial de îmbunătățire a capacității de stocare a energiei electrice a condensatoarelor, care la rândul lor au condus la dezvoltarea supercondensatorilor - cunoscuți și sub denumirea de ultracondensatori sau condensatori electrochimici (EC).

Concentrarea pe stocarea eficientă a energiei a declanșat apariția supercondensatorilor

Pe măsură ce evoluțiile industriale au început să se învârtă în jurul tendinței de electrificare, inovațiile în proiectarea supercondensatorilor au luat ritmul. Gigantii mondiali, inclusiv General Electric, au efectuat experimente dedicate imbunatatirilor de proiectare a supercondensatorilor, in incercarea de a valorifica cererea tot mai mare de supercondensatori din industrii ca un factor cheie de electrificare. NEC Corporation a fost printre primele companii care au introdus în lume comercial supercondensatoare; Standard Oil Company of Ohio (SOHIO) este atribuită în principal pentru invenție.

După apariția supraconductoarelor ca o soluție mai eficientă de stocare a energiei, popularitatea tehnologiei CE a crescut instantaneu. Proiectele supercondensatoarelor au avansat de-a lungul mai multor generații de la prima lor lansare comercială. Organizațiile de cercetare și companiile de top din industria electronică de putere se concentrează încă pe inovarea în jurul metodelor și materialelor de fabricație pentru a îmbunătăți în continuare eficiența costurilor și performanța supercondensatorilor.

Institutele de cercetare au descoperit proceduri inovatoare de fabricație pentru supercondensatoare

În ciuda caracteristicilor operaționale excelente ale supercondensatorilor, producătorii încă se luptă să controleze costurile ridicate de fabricație și capacitatea mai mică de stocare a energiei supercondensatorilor, în comparație cu bateriile. De asemenea, preocupările legate de durabilitate legate de supercondensatoare au restricționat într-o anumită măsură adoptarea acestuia în aplicații industriale. Ca răspuns la aceste îngrijorări, companiile producătoare de supercondensatoare au investit mult în cercetare și dezvoltare (R&D) pentru a proiecta o versiune mai superioară a supercondensatorilor.

Unele dintre inovațiile bazate pe cercetare care au modelat piața supercondensatorilor în ultimii cinci ani sunt:

• În februarie 2013, cercetătorii de la Universitatea din California, Los Angeles au descoperit o metodă de fabricație revoluționară și eficientă din punct de vedere al costurilor pentru fabricarea supercondensatorilor la scară mică utilizând un arzător DVD LightScribe de consum. Acești micro-supercondensatori constau dintr-un strat gros de un atom de carbon grafitic și pot fi ușor integrați în dispozitive electronice miniaturizate. Utilizând o foaie bidimensională de grafen în combinație cu noua tehnică de fabricație, cercetătorii ar putea reduce într-o mare măsură costurile de fabricație și extindând domeniul de aplicare al supercondensatorilor.
• În iulie 2013, cercetătorii de la Institutul Național de Știință și Tehnologie Ulsan (UNIST) au dezvoltat o metodă inovatoare pentru a produce în masă nano-bilă de grafen mezopor tridimensional (MGB) care poate fi utilizată la fabricarea supercondensatorilor. Cercetătorii au proiectat că proprietățile grafenului mezoporos vor îmbunătăți scalabilitatea, calitatea și rentabilitatea supercondensatorilor, extinzând sfera aplicațiilor lor în vehiculele electrice.
• În august 2014, inginerii de la Universitatea Monash din Australia au dezvoltat o metodă nouă de metodă de producere a grafenului în interiorul supercondensatorilor pentru a-și îmbunătăți densitatea energetică de 10 ori mai mult decât dispozitivele comerciale. Inginerii au creat un material grafen macroscopic printr-un proces similar cu metoda tradițională de fabricație a hârtiei. În plus, au afirmat în continuare că, prin reducerea substanței chimice pe bază de soluție - oxidul de grafit în grafen, inginerii ar putea deschide noi căi de comercializare a grafenului și a supercondensatorilor cu densitate de energie de 10 ori mai mare.
• Un grup de cercetători din Coreea de Sud a descoperit un material alternativ neobișnuit de inovator, dar foarte potrivit pentru electrozii supercondensatorului, în august 2014. Au conceput o modalitate de a folosi filtrele de țigări în supercondensatori, care pot fi transformați într-un material pe bază de carbon performant, cu putere mare. densități. Cercetătorii ar putea folosi cu succes filtrele pentru țigări uzate pentru a stoca mai multă energie electrică decât carbonul disponibil comercial.

Concentrarea pe dezvoltarea materialelor supercondensatorilor este omniprezentă

Trecerea către dezvoltarea de materiale performante a câștigat o palpabilitate absolută în rândul producătorilor de supercondensatoare, odată cu cererea tot mai mare de supercondensatoare în diverse aplicații industriale, cum ar fi electronice de consumabile și vehicule electrice. Deși grafenul rămâne unul dintre materialele potrivite pentru supercondensatoare, activitățile de cercetare în desfășurare fac aluzie la transformări semnificative în peisajul pieței supercondensatorilor.

Un grup de chimiști de la Institutul de Științe Moleculare Van't Hoff de la Universitatea din Amsterdam a inventat un nou material pentru supercondensator în timp ce desfășurau experimentele pentru proiectul lor de pile de combustie. Cercetătorii au descoperit că materialul supercondensator extrem de poros este ieftin, ușor și netoxic și poate fi utilizat în aplicații comerciale potențiale ale supercondensatorilor, cum ar fi transportul, electronica și dispozitivele de stocare a energiei.

Un alt grup de oameni de știință de la UC Santa Cruz și Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) au folosit grafen ultra-tipărit 3D pentru a reduce grosimile de ordinul milimetrilor și pentru a îmbunătăți caracteristicile de performanță ale supercondensatorilor, inclusiv densitățile de putere și reținerea capacității.

Un supercondensator pliabil a fost fabricat din hârtie obișnuită de ingineri de la Georgia Tech și Universitatea Coreea, care ar putea stoca mai multă energie pentru mai mult timp, mai ales în produsele electronice purtabile, deoarece este flexibil. Oamenii de știință, inginerii și cercetătorii din întreaga lume se concentrează în principal pe echilibrarea densității de putere și a densității de energie a supercondensatorilor, pentru a evita pierderea de energie simultan.

Dezvoltările și inovațiile recente în materialele utilizate în fabricarea supercondensatorilor se concentrează în principal pe reducerea posibilității de auto-descărcare sau scurtcircuit. Părțile interesate de pe piața supercondensatorilor își propun să valorifice diverse caracteristici de performanță ale pseudo-condensatoarelor și condensatoarelor hibride, care pot reflecta o densitate de energie mai mare decât orice alte tipuri de supercondensatoare.

În timp ce cererea de condensatori electrici cu strat dublu rămâne cea mai mare pe piața supercondensatorilor, condensatorii hibrizi asistă la o creștere a cererii în diferite aplicații industriale.

Industria auto - Domeniul potențial cheie de creștere pentru producătorii de supercondensatoare

Sectorul auto este zona cu potențial de creștere ridicată pentru producătorii de dispozitive de stocare a energiei de înaltă calitate, cum ar fi supercondensatorii, în prezent. În 2013, industria automobilelor de supercapacitorilor au reprezentat mai puțin de 1/5 ^mii de cota de venituri de piață supercapacitorilor. Cu toate acestea, odată cu evoluțiile recente din industria auto, automobilele au devenit una dintre cele mai importante aplicații ale supercondensatorilor.

Având în vedere că producătorii de automobile se concentrează pe reducerea dependenței de industria petrolieră și organismele de conducere care impun reglementări stricte de mediu, perspectivele de creștere pentru vehiculele electrice s-au prevăzut a fi promițătoare. Acest lucru i-a determinat pe producătorii de supercondensatori să urmărească oportunități profitabile în industria auto în evoluție rapidă.

Dezvoltarea supercondensatoarelor potrivite pentru vehicule electrice sau vehicule electrice hibride este una dintre cele mai importante strategii de afaceri ale companiilor producătoare de supercondensatoare. Pe de altă parte, producătorii de automobile sunt, de asemenea, în cursa pentru lansarea celor mai eficiente vehicule electrice, ceea ce a justificat căutarea lor pentru sisteme de stocare a energiei de înaltă calitate. Acest lucru se reflectă în sfera în continuă extindere a inovațiilor în supercondensatoare din industria auto în evoluție rapidă.

În februarie 2019, Tesla Inc. - gigant global în industria auto și a energiei - a anunțat că a achiziționat Maxwell Technologies Inc. - o companie de top în domeniul tehnologiei bateriilor - pentru aproximativ 218 milioane USD. Compania își propune să valorifice oportunitățile profitabile pentru vehiculele electrice și, cu această achiziție, intenționează să adauge expertiză în domeniul supercondensatorilor care ar putea accelera capacitățile de încărcare a mașinilor.

În mai 2018, Rolls-Royce - principalul producător mondial de mașini de lux - a încheiat un acord de colaborare cu Superdielectrics Ltd - un start-up de tehnologie din Marea Britanie, explorează potențialul supercondensatorilor și creează un stoc de înaltă energie de ultimă generație tehnologie. Cu acest parteneriat, Roll-Royce își propune să combine expertiza sa în știința materialelor cu polimerii hidrofili ai Superdielectrics pentru dezvoltarea aplicațiilor de baterii supercondensatoare de nivel mondial.

Lamborghini este un alt producător auto care se alătură pachetului de companii de automobile care intenționează să valorifice caracteristicile extraordinare ale supercondensatorilor în timpul electrificării industriei auto. Directorul tehnic al companiei a declarat recent că compania a folosit anterior supercondensatoare în Lamborghini Aventador pentru bateria de pornire. Experții prezic că succesorul lui Aventador ar putea utiliza supercondensatorii identici.

Industria auto în continuă dezvoltare a creat un mediu competitiv mult mai interesant pentru producătorii de supercondensatoare. Căutarea unor progrese constante în performanța supercondensatorilor va declanșa probabil unele inovații revoluționare pe piața supercondensatorilor în următorii ani.

Rolul supercondensatorilor în perspectivele industriilor electronice și ale energiei și puterii

Se preconizează că industria automobilelor și transporturilor va reprezenta mai mult de o treime din cota de venituri a pieței supercondensatorilor în următorul deceniu. În ciuda viitorului glorificat al supercondensatorilor din industria auto din epoca nouă, este probabil ca industria electronică de consum și a energiei și a energiei să dețină o parte a leului în dezvoltarea pieței supercondensatorilor.

Supercondensatoarele sunt considerate calul de lucru al oricărui produs electronic care funcționează pe baterii sau sisteme de stocare a energiei. În anii următori, este probabil ca supercondensatorii să asiste la acceptarea omniprezentă în diferite verticale ale industriei. Viitorul pieței supercondensatorilor va asista probabil la apariția CE care va alimenta viitorul portabilelor moderne și al produselor electronice de consum. Supercondensatoarele solare sunt, de asemenea, un lucru din viitor, care se așteaptă să aibă un potențial imens de vânzări în peisajul senzorilor purtabili, în special în dispozitivele de sănătate purtabile.

Activitățile de cercetare în curs și evoluțiile din industria electronică de putere continuă să sugereze că supercondensatoarele vor înlocui bateriile în viitorul apropiat. Odată cu creșterea aplicațiilor supercondensatoarelor în diverse sectoare industriale, precum electronice, energie și energie electrică, militare și de apărare și aerospațială, se așteaptă ca piața mondială a supercondensatorilor să depășească 5,5 miliarde USD până în 2028. Rata de creștere exponențială a pieței supercondensatorilor este de se așteaptă să amplifice oportunitățile profitabile pentru cercetători, producători și alte părți interesate din peisaj.

Aditi Yadwadkar este un scriitor cu experiență în cercetarea pieței și a scris mult pe industria electronică și a semiconductorilor. La Future Market Insights (FMI), ea colaborează îndeaproape cu echipa de cercetare în domeniul electronicii și semiconductorilor pentru a satisface nevoile clienților din întreaga lume. Aceste informații se bazează pe un raport despre piața supercondensatorilor de către FMI.