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¿Qué son los supercondensadores?
Ionistores, supercondensadores, ultracondensadores: la historia de la creación y el desarrollo de la tecnología.
El 7 de junio de 1962, Robert Reitmayer, químico de la American Standard Oil Company (SOHIO) en Cleveland, Ohio, presentó una solicitud de patente que detalla el mecanismo para almacenar energía eléctrica en un condensador de doble capa.
Si en condensador convencional Como las placas de aluminio se aislaron tradicionalmente con una capa dieléctrica, en la realización propuesta por el inventor, el énfasis se puso directamente en el material de las placas. Los electrodos tenían que tener una conductividad diferente: un electrodo tenía que tener conductividad iónica y el otro, electrónico.
Por lo tanto, en el proceso de carga de un condensador, habría una separación de electrones y centros positivos en el conductor electrónico, y una separación de cationes y aniones en el conductor iónico.
Se propuso que el conductor electrónico estuviera hecho de carbono poroso, luego el conductor iónico podría ser una solución acuosa de ácido sulfúrico. En este caso, la carga se almacenaría en la interfaz de estos conductores especiales (la misma doble capa). La diferencia de potencial de estos primeros ionistores podría alcanzar un valor de 1 voltio, y la capacitancia, unidades de faradios, porque ahora la distancia entre las placas era inferior a 5 nanómetros.
En 1971, la licencia se transfirió a la empresa japonesa NEC, que en ese momento se dedicaba a todas las áreas de comunicación electrónica. Los japoneses tuvieron éxito en la promoción de la tecnología en el mercado de la electrónica llamada "Supercondensador".
Siete años más tarde, en 1978, Panasonic, a su vez, lanzó el Gold Capacitor, que también tuvo éxito en este mercado. El éxito fue asegurado por la conveniencia de usar ionistores para alimentar la memoria volátil SRAM. Sin embargo, estos ionistores tenían una alta resistencia interna, lo que limitaba la capacidad de extraer energía rápidamente y, por lo tanto, reducía considerablemente el rango de aplicaciones.
En 1982, especialistas en el American Pinnacle Research Institute (PRI), ubicado en Los Gatos, California, trabajando en la mejora de los electrodos y materiales electrolíticos, desarrollaron ionizadores de densidad de energía extremadamente alta que aparecieron en el mercado bajo el nombre de "Ultracondensador PRI" .
Después de 10 años, en 1992, Maxwell Laboratories (más tarde cambió su nombre a Maxwell Technologies, San Diego, California, EE. UU.) Comenzó a desarrollar la tecnología PRI llamada "Boost Caps". El objetivo ahora era crear condensadores de alta capacidad con baja resistencia para poder alimentar equipos eléctricos potentes.
Fig. 1. Supercondensador eléctrico SAMWHA DH5U308W60138TH
En 1999, la compañía taiwanesa UltraCap Technologies Corp. También comenzó a colaborar con PRI, que había desarrollado una cerámica de electrodos de área extremadamente grande para entonces, y en 2001 se lanzó el primer ultracondensador de alta capacidad de Taiwán. A partir de este momento, el desarrollo activo de la tecnología comenzó en muchos institutos de investigación del mundo.
También hay jugadores en el mercado ruso, por lo que la empresa Ultracapacitors Phoenix (UKF LLC) es una empresa de ingeniería especializada en el diseño, desarrollo, producción y aplicación práctica de soluciones y sistemas basados en supercondensadores / ionizadores. La compañía trabaja en estrecha colaboración con los mejores fabricantes mundiales y asume activamente su experiencia.
El uso de ionistores
Los ionizadores por unidades de faradios han recibido un merecido uso como fuentes de energía de respaldo en muchos dispositivos.Comenzando con el poder de los temporizadores de televisores y hornos de microondas, y terminando con dispositivos médicos complejos. Como regla, los ionistores se instalan en las tarjetas de memoria.
Al cambiar la batería de un video o cámara, el ionistor admite la potencia de los circuitos de memoria responsables de la configuración, lo mismo se aplica a los centros de música, computadoras y otros equipos similares. Teléfonos medidores electrónicos de electricidad, sistemas de alarma de seguridad, instrumentos de medición electrónicos y dispositivos médicos: los supercondensadores han encontrado aplicación en todas partes.
Fig. 2. Supercondensadores (ionistores)
Los pequeños ionistores de electrolitos orgánicos tienen un voltaje máximo de aproximadamente 2.5 voltios. Para obtener voltajes permisibles más altos, los ionistores están conectados a baterías, necesariamente usando resistencias de derivación.
Las ventajas de los ionistores incluyen: alta tasa de carga-descarga, resistencia a cientos de miles de ciclos de recarga en comparación con baterías, bajo peso en comparación con condensadores electrolíticos, baja toxicidad, tolerancia de descarga a cero.
Fig. 3. Fuente de alimentación ininterrumpida en supercondensadores
Fig. 4. Módulos de auto supercondensador
Perspectivas
En el desarrollo de los ionistores, su capacidad específica aumenta cada vez más, y con toda probabilidad, tarde o temprano, esto conducirá al reemplazo completo de baterías con supercondensadores en muchos campos técnicos.
Estudios recientes de un equipo de científicos de la Universidad de California en Riverside han demostrado que un nuevo tipo de ionistor se basa en una estructura porosa, donde se depositan partículas de óxido de rutenio en grafenosuperior a sus mejores contrapartes casi dos veces.
Los investigadores han descubierto que los poros de la "espuma de grafeno" tienen nanoescalos adecuados para contener partículas de óxidos de metales de transición. Los supercondensadores de óxido de rutenio son ahora la opción más prometedora. Seguros de operar con un electrolito acuoso, proporcionan un aumento en la energía almacenada y aumentan el amperaje permitido en un factor de dos en comparación con los mejores ionistores disponibles en el mercado.
Almacenan más energía por cada centímetro cúbico de su volumen, por lo que sería aconsejable reemplazar las baterías con ellas. En primer lugar, estamos hablando de dispositivos electrónicos portátiles e implantables, pero en el futuro, la novedad también puede basarse en vehículos eléctricos personales.
El grafeno se deposita capa por capa sobre partículas de níquel, que actúa como soporte para los nanotubos de carbono, que junto con el grafeno forman una estructura de carbono porosa. Las partículas de óxido de rutenio con un diámetro de menos de 5 nm penetran en los nanoporos obtenidos de este último desde una solución acuosa. La capacidad específica del ionistor basada en la estructura resultante es de 503 faradios por gramo, lo que corresponde a una potencia específica de 128 kW / kg.
Fig. 4. Cargador en un supercondensador de grafeno.
La capacidad de escalar esta estructura ya ha sentado las bases y sentó las bases para crear los medios ideales para almacenar energía. Los ionizadores basados en “espuma de grafeno” pasaron con éxito las primeras pruebas, donde mostraron la capacidad de recargarse más de ocho mil veces sin deterioro.
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