Иновации в развитието на суперкондензатори: минало, настояще и бъдеще

В индустрията силова електроника е на възходяща спирала и показва признаци на отслабване, като тенденцията на електрификация прониква по-широк кръг индустриални области и води до изискването на хай-тек силови електронни устройства. През последните години се забелязва значително нарастване на необходимостта от усъвършенствани решения за съхранение на електроенергия, предизвикани от същественото значение на по-бързото съхранение, ефективното управление на енергията и оптимизацията на енергията.

Управляваният от приложения характер на силовата електроника играе важна роля в разработването на решения за съхранение на електричество, като кондензатори. Относителната ефективност на времето при зареждането на кондензатори подтиква тяхното внедряване в множество устройства за съхранение на енергия. Все още обаче има потенциал за подобряване на способността за съхранение на електричество на кондензаторите, които от своя страна са довели до разработването на суперкондензатори - известни също като ултракондензатори или електрохимични кондензатори (ЕК).

Фокусът върху ефективното съхранение на енергия предизвика появата на суперкондензатори

Тъй като индустриалните разработки започнаха да се въртят около тенденцията на електрификация, иновациите в дизайна на суперкондензатори ускориха темпото. Глобалните гиганти, включително General Electric, проведоха експерименти, насочени към подобрения в дизайна на суперкондензаторите, в опит да се възползват от нарастващото търсене на суперкондензатори в индустриите като ключов фактор за електрификация. Корпорацията NEC беше сред първите няколко компании, които комерсиално представиха суперкондензатори в света; Стандартната петролна компания от Охайо (SOHIO) се приписва основно за изобретението.

След появата на свръхпроводниците като по-ефективно решение за съхранение на енергия, популярността на технологията на ЕС нарасна незабавно. Дизайнът на суперкондензаторите напредва през няколко поколения още от първото им стартиране на пазара. Изследователските организации и водещите компании в индустрията на силовата електроника все още се фокусират върху иновации около производствените методи и материали, за да подобрят допълнително разходната ефективност и производителността на суперкондензаторите.

Изследователски институти откриха иновативни производствени процедури за суперкондензатори

Въпреки отличните експлоатационни характеристики на суперкондензаторите, производителите все още се борят да контролират високите производствени разходи и по-ниската способност за съхранение на енергия на суперкондензаторите в сравнение с батериите. Също така свързаните с дълготрайността опасения относно суперкондензаторите ограничават до известна степен приемането му в промишлени приложения. В отговор на тези опасения компаниите за производство на суперкондензатори инвестират сериозно в научноизследователска и развойна дейност (R&D), за да проектират по-добра версия на суперкондензаторите.

Някои от изследователските иновации, които са оформили пазара на суперкондензатори през последните пет години са,

• През февруари 2013 г. изследователи от Калифорнийския университет в Лос Анджелис откриха новаторски и рентабилен метод на производство за производство на суперкондензатори от микромащаб чрез използване на потребителска DVD горелка LightScribe. Тези микрокондензатори се състоят от дебел един атом слой графитен въглерод и могат лесно да бъдат интегрирани в миниатюризирани електронни устройства. С използването на двуизмерен лист графен в комбинация с новата техника на производство, изследователите могат да намалят до голяма степен производствените разходи и да разширят обхвата на приложения за суперкондензатори.
• През юли 2013 г. изследователи от Националния институт за наука и технологии в Улсан (UNIST) разработиха иновативен метод за масово производство на триизмерна мезопореста графенова нано-топка (MGB), която може да се използва при производството на суперкондензатори. Изследователите прогнозираха, че свойствата на мезопорестия графен ще подобрят мащабируемостта, качеството и ефективността на разходите на суперкондензаторите, разширявайки обхвата на техните приложения в електрическите превозни средства.
• През август 2014 г. инженерите от университета Monash в Австралия разработиха нов метод за производство на графен в суперкондензаторите, за да подобрят енергийната си плътност 10 пъти повече от търговските устройства. Инженерите създадоха макроскопичен графенов материал чрез процес, подобен на традиционния метод за производство на хартия. В допълнение, те допълнително потвърдиха, че чрез намаляване на химическия разтвор - графитен оксид в графен, инженерите могат да открият нови пътища за комерсиализиране на графен и 10 пъти по-плътни суперкондензатори.
• Група изследователи от Южна Корея откриха необичайно иновативен, но изключително подходящ алтернативен материал за суперкондензаторни електроди през август 2014 г. Те измислиха начин за използване на цигарени филтри в суперкондензатори, които могат да бъдат трансформирани в високоефективен материал на основата на въглерод с голяма мощност плътности. Изследователите биха могли успешно да използват филтри за употребявани цигари, за да съхраняват повече електрическа енергия от наличния в търговската мрежа въглерод.

Фокусът върху материалите за суперкондензатор е повсеместен

Придвижването към разработването на високоефективни материали придоби пълна осезаемост сред производителите на суперкондензатори, с непрекъснато нарастващото търсене на суперкондензатори в различни индустриални приложения, като потребителска електроника за носене и електрически превозни средства. Въпреки че графенът остава един от подходящите материали за суперкондензатори, текущите изследователски дейности намекват за значителни трансформации в пейзажа на пазара на суперкондензатори.

Група химици от Университета на Амстердам в Института за молекулярни науки Вант Хоф изобретиха нов материал за суперкондензатор, докато провеждаха експериментите за своя проект за горивни клетки. Изследователите установиха, че високопорестият суперкондензаторен материал е евтин, лек и нетоксичен и може да се използва в потенциални търговски приложения на суперкондензатори като транспорт, електроника и устройства за съхранение на енергия.

Друга група учени от UC Santa Cruz и Националната лаборатория на Лорънс Ливърмор (LLNL) използваха свръхбърз 3D отпечатан графен, за да намалят дебелината от порядъка на милиметри и да подобрят характеристиките на производителността на суперкондензаторите, включително плътността на мощността и запазването на капацитета.

А сгъваема суперкондензатор е направена от обикновена хартия с инженери от Georgia Tech и Корея университет, които могат да се съхраняват повече енергия за по-дълго, по-специално в носими електронни продукти, тъй като е гъвкав. Учените, инженерите и изследователите по целия свят се фокусират основно върху балансирането на плътността на мощността и енергийната плътност на суперкондензаторите, за да се избегне загуба на мощност наведнъж.

Последните разработки и иновации в материалите, използвани в производството на суперкондензатори, се съсредоточават главно върху намаляването на възможността за саморазряд или късо съединение. Заинтересованите страни на пазара на суперкондензатори се стремят да се възползват от различни работни характеристики на псевдокондензатори и хибридни кондензатори, които могат да отразяват по-висока енергийна плътност от всеки друг тип суперкондензатори.

Докато търсенето на електрически двуслойни кондензатори остава най-високо на пазара на суперкондензатори, хибридните кондензатори са свидетели на нарастване на търсенето в различни индустриални приложения.

Автомобилната индустрия - ключова потенциална зона за растеж за производителите на суперкондензатори

Понастоящем автомобилният сектор е потенциалът за голям растеж за производителите на висококачествени устройства за съхранение на енергия, като суперкондензатори. През 2013 г. в автомобилната промишленост на суперкондензатори представляват по-малко от 1/5 ^тата на дял от приходите на пазара на суперкондензатори. С последните разработки в автомобилната индустрия обаче автомобилите се превърнаха в едно от най-важните приложения на суперкондензаторите.

Тъй като автомобилните производители се фокусират върху намаляването на зависимостта от петролната индустрия и ръководните органи, налагащи строги екологични разпоредби, перспективите за растеж на електрическите превозни средства се очаква да бъдат обещаващи. Това накара производителите на суперкондензатори да видят изгодни възможности в бързо развиващата се автомобилна индустрия.

Разработването на суперкондензатори, подходящи за електрически превозни средства или хибридни електрически превозни средства, е една от най-важните бизнес стратегии на компаниите за производство на суперкондензатори. От друга страна, автомобилните производители също са в надпреварата да пуснат на пазара най-ефективните електрически превозни средства, което оправдава техния лов за висококачествени системи за съхранение на енергия. Това в крайна сметка се отразява в непрекъснато разширяващия се обхват за иновации в суперкондензаторите в бързо развиващата се автомобилна индустрия.

През февруари 2019 г. Tesla Inc. - световният гигант в автомобилната и енергийната индустрия - обяви, че е придобила Maxwell Technologies Inc. - водеща компания за батерийни технологии - за около 218 милиона щатски долара. Компанията има за цел да се възползва от доходоносните възможности за електрически превозни средства и с това придобиване планира да добави опит в областта на суперкондензаторите, които биха могли да ускорят възможностите за зареждане на автомобили.

През май 2018 г. Rolls-Royce - водещият производител на луксозни автомобили в света - сключи споразумение за сътрудничество със Superdielectrics Ltd - базирано в Обединеното кралство технологично стартиране, изследва потенциала на суперкондензаторите и създава съвременно високоенергийно хранилище технология. С това партньорство Roll-Royce има за цел да комбинира своя опит в областта на материалознанието с хидрофилните полимери на Superdielectrics за разработване на приложения от суперкондензаторни батерии от световна класа.

Lamborghini е друг водещ автомобилен производител, който се присъединява към пакета автомобилни компании, които планират да използват изключителните характеристики на суперкондензаторите по време на електрификацията на автомобилната индустрия. Главният технически директор на компанията наскоро заяви, че преди това компанията е използвала суперкондензатори в Lamborghini Aventador за стартерна батерия. Експертите прогнозират, че наследникът на Aventador може да използва еднакви суперкондензатори.

Непрекъснато развиващата се автомобилна индустрия създаде много вълнуваща конкурентна среда за производителите на суперкондензатори. Стремежът към постоянен напредък в работата на суперкондензаторите вероятно ще предизвика някои новаторски иновации на пазара на суперкондензатори през следващите години.

Роля на суперкондензаторите в перспективите на електрониката и енергетиката и енергетиката

Очаква се автомобилната и транспортната индустрия да представляват повече от една трета от дела на приходите на пазара на суперкондензатори през следващото десетилетие. Въпреки прославеното бъдеще на суперкондензаторите в автомобилната индустрия от ново време, потребителската електроника и енергетиката и енергетиката вероятно ще имат лъвски дял в развитието на пазара на суперкондензатори.

Суперкондензаторите се рекламират като работната сила на всеки електронен продукт, който работи на батерии или системи за съхранение на енергия. През следващите години суперкондензаторите вероятно ще станат свидетели на повсеместно приемане в различни индустриални вертикали. Бъдещето на пазара на суперкондензатори вероятно ще бъде свидетел на появата на ЕС, които ще задвижват бъдещето на съвременните носими и потребителски електронни продукти. Слънчевите суперкондензатори също са нещо от бъдещето, което се очаква да има огромен потенциал за продажби в пейзажа на носимите сензори, особено в носимите здравни устройства.

Текущите изследователски дейности и разработки в индустрията на силовата електроника продължават да намекват за суперкондензатори, които да заменят батериите в близко бъдеще. С нарастващите приложения на суперкондензатори в различни индустриални сектори, като електроника, енергетика и енергетика, военна и отбранителна и космическа индустрия, се очаква глобалният пазар на суперкондензатори да надмине 5,5 милиарда щатски долара до 2028 г. Експоненциалният темп на растеж на суперкондензаторите е се очаква да разшири доходоносните възможности за изследователи, производители и други заинтересовани страни в ландшафта.

Aditi Yadwadkar е опитен писател на пазарни проучвания и е писал много за индустрията на електрониката и полупроводниците. В Future Market Insights (FMI) тя работи в тясно сътрудничество с изследователския екип по електроника и полупроводници, за да обслужва нуждите на клиенти от цял ​​свят. Тези прозрения се основават на доклад за пазара на суперкондензатори от FMI.