Innovationer i superkapacitetsudvikling: fortid, nutid og fremtid

Den magt elektronikindustrien har været på en opadgående spiral og viser ingen tegn på at aftage, da tendensen til elektrificering trænger en bredere vifte af industrielle domæner og indebærer kravet om højteknologiske power elektroniske enheder. I de senere år har der været en markant stigning i behovet for avancerede løsninger til ellagring, udløst af det væsentlige ved hurtigere lagring, effektiv strømstyring og energioptimering.

Anvendelsesdrevet naturelektronikindustri har spillet en vigtig rolle i udviklingen af ​​elektricitetslagringsløsninger, såsom kondensatorer. Relativ tidseffektivitet i opladning af kondensatorer har ført til, at de blev implementeret i mange forskellige strømlagringsenheder. Der er dog stadig potentiale for forbedring af kondensatorernes kapacitet til lagring af elektricitet, hvilket igen har ført udviklingen af ​​superkondensatorer - også kendt som ultrakondensatorer eller elektrokemiske kondensatorer (EC'er).

Fokus på effektiv energilagring udløste fremkomsten af ​​superkondensatorer

Da den industrielle udvikling begyndte at dreje sig om elektrificeringstrenden, øgede innovationer i superkondensatorernes design tempoet. Globale giganter, herunder General Electric, gennemførte eksperimenter dedikeret til designforbedringer i superkondensatorer i et forsøg på at udnytte den voksende efterspørgsel efter superkondensatorer i industrier som en vigtig elektrificeringsaktivator. NEC Corporation var blandt de første få virksomheder, der kommercielt introducerede superkondensatorer til verden; Standard Oil Company of Ohio (SOHIO) tilskrives hovedsageligt opfindelsen.

Efter fremkomsten af ​​superledere som en mere effektiv løsning til energilagring steg EF-teknologiens popularitet med det samme. Superkondensatorernes design har udviklet sig gennem flere generationer lige siden deres første kommercielle lancering. Forskningsorganisationer og førende virksomheder i kraftelektronikindustrien fokuserer stadig på innovation omkring fremstillingsmetoder og materialer for yderligere at forbedre superkondensatorers omkostningseffektivitet og ydeevne.

Forskningsinstitutter opdagede innovative fremstillingsprocedurer for superkapacitorer

På trods af fremragende kapacitetsegenskaber ved superkondensatorer kæmper producenterne stadig med at kontrollere høje produktionsomkostninger og lavere kapacitet til energilagring af superkondensatorer sammenlignet med batterier. Også holdbarhedsrelaterede bekymringer for superkondensatorer har i et vist omfang begrænset dets anvendelse i industrielle applikationer. Som svar på disse bekymringer har producenter af superkapacitorer investeret meget i forskning og udvikling (F&U) for at designe en mere overlegen version af superkapacitorer.

Nogle af de forskningsbaserede innovationer, der har formet markedet for superkapacitor i de sidste fem år, er:

• I februar 2013 opdagede forskere ved University of California i Los Angeles en banebrydende og omkostningseffektiv fabrikationsmetode til fremstilling af superkondensatorer i mikroskala ved hjælp af en LightScribe DVD-brænder af forbrugerkvalitet. Disse mikrosuperkondensatorer består af et atom-tykt lag grafitisk kulstof og kan let integreres i miniaturiserede elektroniske enheder. Med brugen af ​​et todimensionelt ark grafen i kombination med den nye fabrikationsteknik kunne forskere reducere produktionsomkostningerne i høj grad og udvide anvendelsesområdet for superkondensatorer.
• I juli 2013 udviklede forskere fra Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) en innovativ metode til masseproduktion af 3-dimensionel mesoporøs grafenanokugle (MGB), der kan bruges til fremstilling af superkondensatorer. Forskerne forventede, at egenskaberne af mesoporøs grafen forbedrer skalerbarheden, kvaliteten og omkostningseffektiviteten af ​​superkondensatorer og udvider anvendelsesområdet for deres elektriske køretøjer.
• I august 2014 udviklede ingeniører ved Monash University i Australien en ny metode til produktion af grafen inde i superkondensatorer for at forbedre deres energitæthed 10 gange mere end kommercielle enheder. Ingeniørerne skabte et makroskopisk grafenmateriale gennem en proces svarende til den traditionelle papirfremstillingsmetode. Derudover bekræftede de yderligere, at ved at reducere det opløsningsbaserede kemiske - grafitoxid i grafen, kunne ingeniørerne åbne nye veje til kommercialisering af grafen og 10x energi tættere superkapacitorer.
• En gruppe forskere i Sydkorea opdagede et usædvanligt innovativt, men alligevel særdeles velegnet alternativt materiale til superkondensatorelektroder i august 2014. De udtænkte en måde at bruge cigaretfiltre på i superkondensatorer, som kan omdannes til et højtydende kulstofbaseret materiale med høj effekt tætheder. Forskere kunne med succes bruge brugte cigaretfiltre til at gemme mere elektrisk energi end kommercielt tilgængeligt kulstof.

Fokus på udvikling af superkapacitormaterialer allestedsnærværende

Bevægelsen mod udvikling af højtydende materialer har fået fuldstændig håndgribelighed blandt superkondensatorproducenterne med den stadigt voksende efterspørgsel efter superkondensatorer i forskellige industrielle applikationer, såsom bærbar forbrugerelektronik og elektriske køretøjer. Selvom grafen stadig er et af de egnede materialer til superkapacitorer, antyder igangværende forskningsaktiviteter væsentlige ændringer i superkapacitormarkedets landskab.

En gruppe kemikere fra Amsterdams Van't Hoff Institut for Molekylærvidenskab opfandt et nyt materiale til superkondensator, mens de gennemførte eksperimenterne til deres brændselscelleprojekt. Forskerne fandt ud af, at det meget porøse superkapacitormateriale er billig, let og ikke-giftigt og kan bruges i potentielle kommercielle anvendelser af superkapacitorer, såsom transport-, elektronik- og energilagringsenheder.

En anden gruppe forskere ved UC Santa Cruz og Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) brugte ultrahurtig 3D-trykt grafen til at reducere tykkelser i størrelsesordenen millimeter og forbedre superkondensatorers ydeevneegenskaber inklusive effekttætheder og kapacitansretention.

En foldbar superkapacitor blev lavet af almindeligt papir af ingeniører fra Georgia Tech og Korea University, der kunne gemme mere energi i længere tid, især i bærbare elektroniske produkter, da den er fleksibel. Forskere, ingeniører og forskere rundt omkring i verden fokuserer hovedsageligt på at afbalancere superkapacitorers effekttæthed og energitæthed for at undgå strømtab på én gang.

Den seneste udvikling og innovationer inden for materialer, der anvendes til fremstilling af superkondensatorer, fokuserer primært på at reducere muligheden for selvafladning eller kortslutning. Interessenter på markedet for superkondensatorer sigter mod at udnytte forskellige ydeevneegenskaber for pseudokondensatorer og hybridkondensatorer, hvilket kan afspejle højere energitæthed end nogen anden type superkondensatorer.

Mens efterspørgslen efter elektriske dobbeltlagskondensatorer forbliver størst på markedet for superkondensatorer, er hybridkondensatorer vidne til en stigning i efterspørgslen i forskellige industrielle applikationer.

Bilindustri - Nøglevækstpotentialeområde for superkapacitorproducenter

Automobilsektoren er i øjeblikket det potentielle område med høj vækst for producenter af energilagringsenheder af høj kvalitet, såsom superkondensatorer. I 2013 automotive applikationer af supercapacitors tegnede sig for mindre end 1/5 ^th af omsætningen andel af superkapacitanser markedet. Men med den nylige udvikling inden for bilindustrien er biler blevet en af ​​de vigtigste anvendelser af superkondensatorer.

Med bilfabrikanter, der fokuserer på at reducere afhængigheden af ​​olieindustrien, og styrende organer, der pålægger strenge miljøregler, forventes vækstudsigterne for elbiler at være lovende. Dette har ført superkondensatorproducenterne til at se lønsomme muligheder i den hurtigt udviklende bilindustri.

Udvikling af superkondensatorer, der er egnede til elbiler eller hybridelektriske køretøjer, er en af ​​de vigtigste forretningsstrategier for producenter af superkapacitorproducenter. På den anden side er bilproducenter også i løbet af at rulle de mest effektive elektriske køretøjer ud, hvilket berettigede deres jagt efter energilagringssystemer af høj kvalitet. Dette afspejler i sidste ende i det stadigt voksende muligheder for innovationer i superkondensatorer i den hurtigt voksende bilindustri.

I februar 2019 meddelte Tesla Inc. - global kæmpe inden for bil- og energibranchen - at de har købt Maxwell Technologies Inc. - et førende batteriteknologiselskab - for cirka 218 millioner dollars. Virksomheden har til formål at udnytte lukrative muligheder for elektriske køretøjer, og med denne erhvervelse planlægger den at tilføje ekspertise inden for superkondensatorer, der kan fremskynde kapaciteten til bilopladning.

I maj 2018 indgik Rolls-Royce - verdens førende producent af luksusbiler - en samarbejdsaftale med Superdielectrics Ltd - en britisk-baseret teknologi-start-up, undersøge potentialet i superkondensatorer og skabe en avanceret højenergilagring teknologi. Med dette partnerskab har Roll-Royce til formål at kombinere sin ekspertise inden for materialevidenskab med Superdielectrics 'hydrofile polymerer til udvikling af superkondensatorbatteriapplikationer i verdensklasse.

Lamborghini er en anden førende bilproducent, der slutter sig til pakken med bilfirmaer, der planlægger at udnytte superkondensatorers ekstraordinære egenskaber under elektrificering af bilindustrien. Virksomhedens Chief Technical Officer erklærede for nylig, at virksomheden tidligere har brugt superkondensatorer i Lamborghini Aventador til startbatteriet. Eksperter forudsiger, at Aventadors efterfølger muligvis bruger de samme superkondensatorer.

Den konstant udviklende bilindustri har skabt et meget spændende konkurrencepræget miljø for superkondensatorproducenter. Søgen efter konstante fremskridt inden for superkapacitorers ydeevne vil sandsynligvis udløse nogle banebrydende innovationer på superkapacitormarkedet i de kommende år.

Rollen af ​​superkapacitorer i udsigterne til elektronik og energi & kraftindustrier

Bil- og transportindustrien forventes at tegne sig for mere end en tredjedel af omsætningsandelen for superkondensatormarkedet i det kommende årti. Trods den glorificerede fremtid for superkondensatorer i den nye tidsalder bilindustri, vil forbrugerelektronik og energi & kraftindustrien sandsynligvis have en største andel i udviklingen af ​​markedet for superkondensatorer.

Superkondensatorer udråbes som arbejdshest for ethvert elektronisk produkt, der fungerer på batterier eller energilagringssystemer. I de kommende år er superkondensatorer sandsynligvis vidne til allestedsnærværende accept i forskellige branchevertikaler. Fremtiden for markedet for superkondensatorer vil sandsynligvis være vidne til fremkomsten af ​​EF'er, der vil styrke fremtiden for moderne bærbare produkter og elektroniske forbrugerprodukter. Solsuperkondensatorer er også en ting fra fremtiden, som forventes at have et stort salgspotentiale i det bærbare sensorlandskab, især i bærbare sundhedsudstyr.

De igangværende forskningsaktiviteter og udviklingen i kraftelektronikindustrien antyder fortsat superkondensatorer, der udskifter batterier i den nærmeste fremtid. Med stigende anvendelser af superkondensatorer i forskellige industrisektorer, såsom elektronik, energi og magt, militær og forsvar og luftfart, forventes det globale marked for superkondensatorer at overstige 5,5 mia. Dollars inden 2028. Den eksponentielle vækstrate på markedet for superkondensatorer er forventes at forstærke lukrative muligheder for forskere, producenter og andre interessenter i landskabet.

Aditi Yadwadkar er en erfaren forfatter af markedsundersøgelser og har skrevet udførligt om elektronik- og halvlederindustrien. Hos Future Market Insights (FMI) arbejder hun tæt sammen med forskningsholdet Electronics and Semiconductor for at imødekomme kundernes behov fra hele verden. Disse indsigter er baseret på en rapport om Supercapacitors Market af FMI.