Superkondensaattorikehityksen innovaatiot: menneisyys, nykyisyys ja tulevaisuus

Teho elektroniikkateollisuudessa on ollut ylöspäin kierre ja ei osoita mitään merkkejä laantumisen, koska suuntaus sähköistyksen tunkeutuu laajempaa teollisuuden aloilla ja edellyttää vaatimus high-tech-teho elektronisia laitteita. Viime vuosina kehittyneiden sähkön varastointiratkaisujen tarve on lisääntynyt huomattavasti nopeamman varastoinnin, tehokkaan virranhallinnan ja energian optimoinnin välttämättömyyden vuoksi.

Tehoelektroniikkateollisuuden sovelluslähtöisellä luonteella on ollut tärkeä rooli sähkön varastointiratkaisujen, kuten kondensaattoreiden, kehittämisessä. Suhteellinen aikatehokkuus kondensaattoreiden latauksessa on saanut aikaan niiden toteuttamisen monissa virtalähteissä. Kondensaattoreiden sähkön varastointikapasiteetissa on kuitenkin edelleen parantamismahdollisuuksia, mikä puolestaan ​​on johtanut superkondensaattoreiden - tunnetaan myös ultrakondensaattoreina tai sähkökemiallisina kondensaattoreina (EC) - kehittämiseen.

Keskittyminen tehokkaaseen virransäästöön laukaisi superkondensaattoreiden esiintymisen

Kun teollisuuskehitys alkoi pyöriä sähköistystrendin ympärillä, superkondensaattoreiden innovaatiot vauhdittivat. Maailmanlaajuiset jättiläiset, General Electric mukaan lukien, tekivät kokeita, joiden tarkoituksena oli parantaa superkondensaattoreiden suunnittelua, hyödyntääkseen superkondensaattoreiden kasvavaa kysyntää teollisuudessa tärkeimpänä sähköistyksen mahdollistajana. NEC Corporation oli ensimmäisten joukossa yrityksiä, jotka esittivät kaupallisesti superkondensaattoreita maailmalle; Ohio Standard Oil Company (SOHIO) johtuu pääasiassa keksinnöstä.

Kun suprajohteet ilmestyvät tehokkaammaksi energian varastointiratkaisuksi, EY-tekniikan suosio kasvoi välittömästi. Superkondensaattoreiden malli on edennyt useiden sukupolvien ajan ensimmäisestä kaupallisesta lanseerauksesta lähtien. Tutkimusorganisaatiot ja johtavat sähkö-elektroniikkateollisuuden yritykset keskittyvät edelleen innovaatioihin valmistusmenetelmien ja materiaalien ympärillä superkondensaattoreiden kustannustehokkuuden ja suorituskyvyn parantamiseksi.

Tutkimuslaitokset löysivät innovatiivisia valmistusmenetelmiä superkondensaattoreille

Huolimatta superkondensaattoreiden erinomaisista käyttöominaisuuksista, valmistajat kamppailevat edelleen parantaakseen korkeita valmistuskustannuksia ja superkondensaattoreiden pienempää energian varastointikykyä verrattuna akkuihin. Myös superkondensaattoreiden kestävyyteen liittyvät huolenaiheet ovat rajoittaneet sen käyttöä teollisissa sovelluksissa jossain määrin. Vastauksena näihin huolenaiheisiin superkondensaattoreita valmistavat yritykset ovat investoineet voimakkaasti tutkimukseen ja kehitykseen (T & K) superkondensaattoreiden korkeamman version suunnittelemiseksi.

Jotkut tutkimuskeskeisistä innovaatioista, jotka ovat muokanneet superkondensaattorimarkkinoita viimeisen viiden vuoden aikana, ovat

• Kalifornian yliopiston Los Angelesin tutkijat löysivät helmikuussa 2013 uraauurtavan ja kustannustehokkaan valmistusmenetelmän mikrotason superkondensaattoreiden valmistamiseksi käyttämällä kuluttajalaatuista LightScribe-DVD-poltinta. Nämä mikro-superkondensaattorit koostuvat yhden atomin paksuisesta grafiittisen hiilen kerroksesta ja ne voidaan helposti integroida miniatyroituihin elektronisiin laitteisiin. Kun kaksiulotteista grafeeniarkkia käytetään yhdessä uuden valmistustekniikan kanssa, tutkijat voivat vähentää valmistuskustannuksia huomattavasti ja laajentaa superkondensaattoreiden sovellusalaa.
• Heinäkuussa 2013 Ulsanin kansallisen tiede- ja teknologiainstituutin (UNIST) tutkijat kehittivät innovatiivisen menetelmän kolmiulotteisen mesohuokoisen grafeeninanopallon (MGB) massatuotantoon, jota voidaan käyttää superkondensaattoreiden valmistuksessa. Tutkijat ennustivat, että mesohuokoisen grafeenin ominaisuudet parantavat superkondensaattoreiden skaalautuvuutta, laatua ja kustannustehokkuutta laajentamalla niiden soveltamisalaa sähköajoneuvoissa.
• Elokuussa 2014 Australian Monashin yliopiston insinöörit kehittivät uuden menetelmän grafeenin tuottamiseksi superkondensaattoreiden sisällä parantamaan niiden energiatiheyttä 10 kertaa enemmän kuin kaupalliset laitteet. Insinöörit loivat makroskooppisen grafeenimateriaalin perinteisen paperinvalmistusmenetelmän kaltaisella prosessilla. Lisäksi he vahvistivat, että vähentämällä liuospohjaista kemikaalia - grafiittioksidia grafeenissa, insinöörit voisivat avata uusia tapoja grafeenin ja 10x energiatiheämmän superkondensaattorin kaupallistamiseen.
• Etelä-Korean tutkimusryhmä löysi elokuussa 2014 epätavallisen innovatiivisen, mutta erittäin sopivan vaihtoehdon superkondensaattorielektrodeille. He keksivät tavan käyttää savukkasuodattimia superkondensaattoreissa, jotka voidaan muuntaa tehokkaaksi hiilipohjaiseksi materiaaliksi, jolla on suuri teho tiheydet. Tutkijat voisivat menestyksekkäästi käyttää käytettyjen savukkeiden suodattimia varastoimaan enemmän sähköenergiaa kuin kaupallisesti saatavilla oleva hiili.

Painopiste superkondensaattoreiden materiaalikehityksessä, joka on läsnä kaikkialla

Siirtyminen kohti korkean suorituskyvyn materiaalien kehittämistä on saanut superkondensaattoreiden valmistajilta täydellisen tuntuman, ja superkondensaattoreiden kysyntä kasvaa jatkuvasti erilaisissa teollisissa sovelluksissa, kuten puettavassa kulutuselektroniikassa ja sähköajoneuvoissa. Vaikka grafeeni on edelleen yksi superkondensaattoreiden sopivista materiaaleista, käynnissä oleva tutkimustoiminta viittaa merkittäviin muutoksiin superkondensaattorimarkkinoiden maisemissa.

Ryhmä kemistejä Amsterdamin yliopiston Van't Hoffin molekyylitieteiden instituutista keksi uuden materiaalin superkondensaattorille suorittaessaan kokeita polttokennoprojektilleen. Tutkijat havaitsivat, että erittäin huokoinen superkondensaattorimateriaali on edullista, kevyttä ja myrkytöntä ja sitä voidaan käyttää superkondensaattoreiden kaupallisissa sovelluksissa, kuten kuljetus-, elektroniikka- ja energianvarastointilaitteissa.

Toinen UC Santa Cruzin ja Lawrence Livermoren kansallisen laboratorion (LLNL) tutkijoiden ryhmä käytti ultranopeaa 3D-painettua grafeenia pienentääkseen paksuutta millimetriluokassa ja parantamaan superkondensaattoreiden suorituskykyominaisuuksia, mukaan lukien tehotiheydet ja kapasitanssin säilyminen.

Taitettava Supercapacitor tehtiin tavanomaisesta paperin insinöörejä Georgia Tech ja Korean yliopisto, joka voisi tallentaa enemmän energiaa pidempään, erityisesti puettavat elektronisten tuotteiden koska se on joustava. Tutkijat, insinöörit ja tutkijat ympäri maailmaa keskittyvät lähinnä superkondensaattoreiden tehotiheyden ja energiatiheyden tasapainottamiseen, jotta vältetään tehohäviöt kerralla.

Superkondensaattoreiden valmistuksessa käytettyjen materiaalien viimeaikainen kehitys ja innovaatiot keskittyvät pääasiassa itsepurkautumisen tai oikosulun mahdollisuuden vähentämiseen. Sidosryhmät superkondensaattorimarkkinoilla pyrkivät hyödyntämään pseudokondensaattoreiden ja hybridikondensaattoreiden erilaisia ​​suorituskykyominaisuuksia, jotka voivat heijastaa suurempaa energiatiheyttä kuin minkä tahansa muun tyyppiset superkondensaattorit.

Vaikka kaksikerroksisten sähkökondensaattoreiden kysyntä on edelleen suurinta superkondensaattorimarkkinoilla, hybridikondensaattoreiden kysyntä on lisääntynyt useissa teollisissa sovelluksissa.

Autoteollisuus - keskeinen kasvupotentiaalialue superkondensaattoreiden valmistajille

Autoteollisuus on tällä hetkellä korkean kasvun potentiaalialue korkealaatuisten energian varastointilaitteiden, kuten superkondensaattoreiden, valmistajille. Vuonna 2013 autoteollisuuden sovelluksissa superkondensaattorien osuus oli alle 1/5 ^{: nnen} tulojen osuus superkondensaattorien markkina. Autoteollisuuden viimeaikaisen kehityksen myötä autoista on kuitenkin tullut yksi superkondensaattoreiden tärkeimmistä sovelluksista.

Kun autoteollisuuden valmistajat keskittyvät vähentämään riippuvuutta öljyteollisuudesta ja hallintoelimet asettavat tiukat ympäristömääräykset, sähköajoneuvojen kasvunäkymät ovat olleet lupaavat. Tämä on saanut superkondensaattorivalmistajat näkemään kannattavia mahdollisuuksia nopeasti kehittyvässä autoteollisuudessa.

Sähköajoneuvoille tai hybridisähköajoneuvoille soveltuvien superkondensaattoreiden kehittäminen on yksi superkondensaattoreita valmistavien yritysten tärkeimmistä liiketoimintastrategioista. Toisaalta autoteollisuuden valmistajat kilpailevat myös tehokkaimpien sähköajoneuvojen markkinoille saattamisesta, mikä oikeutti heidän etsimisensä korkealaatuisiin energian varastointijärjestelmiin. Tämä heijastuu viime kädessä superkondensaattoreiden jatkuvasti laajeneviin innovaatioihin nopeasti kehittyvässä autoteollisuudessa.

Helmikuussa 2019 Tesla Inc. - maailmanlaajuinen auto- ja energiateollisuuden jättiläinen - ilmoitti ostaneensa johtavan akkutekniikkayrityksen Maxwell Technologies Inc: n noin 218 miljoonalla dollarilla. Yhtiön tavoitteena on hyödyntää sähköajoneuvojen tuottavia mahdollisuuksia, ja tämän hankinnan myötä se aikoo lisätä asiantuntemusta superkondensaattoreista, jotka voisivat nopeuttaa autojen latausmahdollisuuksia.

Toukokuussa 2018 Rolls-Royce - maailman johtava luksusautojen valmistaja - teki yhteistyösopimuksen Superdielectrics Ltd: n kanssa, joka on brittiläinen teknologiayritys, tutki superkondensaattoreiden potentiaalia ja luo huipputeknologian korkean energian varastoon tekniikkaa. Tämän kumppanuuden avulla Roll-Royce pyrkii yhdistämään materiaalitieteellisen osaamisensa Superdielectricsin hydrofiilisiin polymeereihin maailmanluokan superkondensaattoriakkujen kehittämiseksi.

Lamborghini on toinen johtava autovalmistaja, joka liittyy autoyrityksiin, jotka aikovat hyödyntää superkondensaattoreiden erikoisominaisuuksia autoteollisuuden sähköistyksen aikana. Yhtiön tekninen johtaja ilmoitti äskettäin, että yhtiö on aiemmin käyttänyt käynnistysakun superkondensaattoreita Lamborghini Aventadorissa. Asiantuntijat ennustavat, että Aventadorin seuraaja saattaa käyttää identtisiä superkondensaattoreita.

Jatkuvasti kehittyvä autoteollisuus on luonut paljon jännittävän kilpailuympäristön superkondensaattoreiden valmistajille. Pyrkimys jatkuvaan kehitykseen superkondensaattoreiden suorituskyvyssä todennäköisesti laukaisee joitain uraauurtavia innovaatioita superkondensaattoreiden markkinoilla tulevina vuosina.

Superkondensaattoreiden rooli elektroniikan sekä energia- ja sähköteollisuuden näkymissä

Auto- ja kuljetusalan odotetaan tulevan vuosikymmenen aikana muodostavan yli kolmanneksen superkondensaattorimarkkinoiden tulo-osuudesta. Huolimatta superkondensaattorien kirkastetusta tulevaisuudesta uuden aikakauden autoteollisuudessa kulutuselektroniikalla sekä energia- ja sähköteollisuudella on todennäköisesti leijonanosa superkondensaattorimarkkinoiden kehityksessä.

Superkondensaattoreita mainostetaan kaikkien elektronisilla tuotteilla, jotka toimivat paristoilla tai energian varastointijärjestelmillä. Tulevina vuosina superkondensaattorit ovat todennäköisesti todistamassa yleistä hyväksyntää eri toimialoilla. Superkondensaattorimarkkinoiden tulevaisuus on todennäköisesti todistamassa sellaisten EC: iden syntymistä, jotka vaikuttavat nykyaikaisten puettavien ja kulutuselektroniikkatuotteiden tulevaisuuteen. Aurinkosähkökondensaattorit ovat myös tulevaisuuden asia, jolla odotetaan olevan valtavat myyntimahdollisuudet puettavien anturien maisemissa, erityisesti kannettavissa terveydenhuollon laitteissa.

Käynnissä oleva tutkimustoiminta ja tehoelektroniikkateollisuuden kehitys viittaavat edelleen superkondensaattoreihin, jotka korvaavat paristot lähitulevaisuudessa. Superkondensaattoreiden käytön lisääntyessä useilla teollisuuden aloilla, kuten elektroniikka, energia ja voima, armeija, puolustus ja ilmailu, superkondensaattoreiden maailmanmarkkinoiden odotetaan ylittävän 5,5 miljardia dollaria vuoteen 2028 mennessä. odotetaan lisäävän tuottoisia mahdollisuuksia tutkijoille, valmistajille ja muille sidosryhmille maisemassa.

Aditi Yadwadkar on kokenut markkinatutkija ja kirjoittanut laajasti elektroniikka- ja puolijohdeteollisuudesta. Future Market Insights (FMI) -tutkimuksessa hän tekee tiivistä yhteistyötä elektroniikan ja puolijohteiden tutkimusryhmän kanssa palvellakseen asiakkaiden tarpeita ympäri maailmaa. Nämä oivallukset perustuvat FMI: n raporttiin superkondensaattorimarkkinoista.