Η Επανάσταση του Δέντρου Καρμπονάδερου Αυξάνει τη Διάρκεια Ζωής των Υπερχωρητών

Οι μπαταρίες είναι μεταξύ των πιο δημοφιλών συσκευών αποθήκευσης ενέργειας. Αυτές οι ηλεκτροχημικές συσκευές μπορούν να φορτιστούν και να αποφορτιστούν πολλές φορές χωρίς ζημιά. Προσφέρουν πολυάριθμα οφέλη, όπως μειωμένο κόστος ενέργειας, αυξημένη ενεργειακή ανεξαρτησία, βελτιωμένη σταθερότητα του δικτύου και υποστήριξη για ενσωμάτωση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.

Αλλά υπάρχει μια άλλη ηλεκτροχημική συσκευή αποθήκευσης ενέργειας που διαθέτει πολύ μεγαλύτερες δυνατότητες από τις μπαταρίες. Αυτή η συσκευή είναι ένας υπερχωρητής, επίσης γνωστός ως υπερπυκνωτής ή ηλεκτροχημικός πυκνωτής.

Μια συσκευή αποθήκευσης ενέργειας υψηλής χωρητικότητας, ο υπερχωρητής, γεφυρώνει το χάσμα μεταξύ μπαταριών και συμβατικών πυκνωτών.

Αυτή η συσκευή εμφανίζει υψηλή πυκνότητα ισχύος, περίπου χίλιες φορές μεγαλύτερη από αυτή των επαναφορτιζόμενων μπαταριών. Επίσης αποθηκεύει περισσότερη φόρτιση από έναν πυκνωτή και φορτίζει και αποφορτίζει πιο γρήγορα από τις μπαταρίες.

Εκτός από τη μακρά κυκλική σταθερότητα, οι υπερχωρητές διαθέτουν γρήγορη αποδοτικότητα φόρτισης/αποφόρτισης, καθιστώντας τους κατάλληλους για εφαρμογές που απαιτούν γρήγορες εκρήξεις ισχύος. Σήμερα, οι υπερχωρητές χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο σε μια σειρά εφαρμογών, όπως λέιζερ, φορητές πηγές ενέργειας, εξοπλισμός φωτοφλας κάμερας, γεννήτριες παλμικής φωτεινότητας, συστήματα ανανεώσιμης ενέργειας, υβριδικά ηλεκτρικά οχήματα και βιομηχανική εφεδρεία ενέργειας.

Τώρα, ένας υπερχωρητής αποτελείται από δύο ηλεκτρόδια, ηλεκτρονικούς αγωγούς συνδεδεμένους στο εξωτερικό κύκλωμα, που χωρίζονται από ηλεκτρολύτη, έναν ιονικό αγωγό, και έναν διαχωριστή, ο οποίος είναι μια μεμβράνη που τα ηλεκτρώματα διαχωρίζει ηλεκτρικά ώστε να μην δημιουργείται βραχυκύκλωμα, ενώ επιτρέπει σε ορισμένα ιόντα να περνούν διαμέσου του για να αποτραπεί ανοιχτό κύκλωμα στο σύστημα.

Λόγω της υψηλής πυκνότητας ισχύος του και της φιλικότητας προς το περιβάλλον, όπως η δυνατότητα ανακύκλωσης, ο υπερχωρητής είναι ένα από τα πιο ευρέως και ενεργά ερευνημένα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας.

Σε έναν υπερχωρητή, η αντίδραση ελεγχόμενη από την επιφάνεια καθορίζει κυρίως τη χωρητικότητά του. Συνεπώς, μια σταθερή διεπαφή μεταξύ ηλεκτροδίου και ηλεκτρολύτη είναι το κλειδί για την επίτευξη υψηλής απόδοσης και τη διασφάλιση σταθερής ηλεκτροχημικής απόδοσης.

Οι ιδιότητες της διεπαφής είναι κρίσιμες για τη διασφάλιση υψηλής ηλεκτροχημικής απόδοσης, γι’ αυτό οι ερευνητές έχουν αναπτύξει διαφορετικές μεθόδους για τη βελτίωση και την υπέρβαση των προβλημάτων που σχετίζονται με αυτές.

Ωστόσο, όλες αυτές οι προσπάθειες αντιμετωπίζουν σημαντικούς περιορισμούς όπως η κλιμακωσιμότητα, το κόστος, η φιλικότητα προς το περιβάλλον και τα πολλά βήματα που απαιτούνται στην επεξεργασία. Έτσι, είναι ζωτικής σημασίας να βρεθεί μια βιώσιμη λύση που να πληροί αυτά τα κριτήρια και να μπορεί ακόμη να επιτύχει υψηλή ενεργειακή/ισχύος πυκνότητα του υπερχωρητή για μακροπρόθεσμη λειτουργία.

Έτσι, μια ομάδα ερευνητών από τρία διαφορετικά ιδρύματα συνεργάστηκε για να εισαγάγει ένα νέο πρόσθετο ηλεκτρολύτη, το οποίο αποτελείται από ένα συζευγμένο βιοπολυμερές του χυμού δέντρου (gum kondagogu) ή του νατριού αλγινικού (KS). Αυτό το χυμό δέντρου δεν είναι μόνο ευρέως διαθέσιμο αλλά και ανακυκλώσιμο.

Η εισαγωγή του χυμού δέντρου δημιούργησε ένα προστατευτικό στρώμα στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου, το οποίο απέτρεψε το σχηματισμό παραπροϊόντων ενώ επέτρεψε την εύκολη ιοντική/ηλεκτρονική μεταφορά. Σημαντικό είναι ότι η χρήση αυτής της νέας έννοιας πρόσθετου στο σύστημα υπερχωρητών οδηγεί σε βελτιωμένη ηλεκτροχημική αξιοπιστία.

Ακόμη και σε μικρή συγκέντρωση KS, δηλαδή 5 mg/ml, η διατήρηση της χωρητικότητας βελτιώθηκε κατά 35% έως εντυπωσιακά 93% για 30.000 κύκλους σε πυκνότητα ρεύματος 4,0 mA/cm². Αυτό είναι απλώς «σημαντικό» δεδομένης της χρήσης όξιου ηλεκτρολύτη H2SO4 και ηλεκτροδίου βασισμένου σε άνθρακα.

Η μελέτη το αποκαλεί «την πιο πρώιμη αναφορά» για σημαντική βελτίωση στη μακροπρόθεσμη λειτουργία του υπερχωρητή με την εισαγωγή ενός βιοπολυμερούς συζευγμένου πρόσθετου ηλεκτρολύτη. Αυτή η λύση, χάρη στην απλότητά της, το χαμηλό κόστος και τη φιλικότητα προς το περιβάλλον, έχει τη δυνατότητα να εμπορευματοποιηθεί.

Ο Ρόλος του Δέντρου Καρμπονάδερου στις Επόμενες Γενιές Υπερχωρητών

Οι ερευνητές από Πανεπιστήμια στη Σκωτία, Νότια Κορέα και¹ Ινδία πραγματοποίησαν την έρευνα, η οποία δημοσιεύτηκε αυτόν τον μήνα στο Energy Storage Materials.

Αυτό περιλαμβάνει το Πανεπιστήμιο του Γλασκώβης, το Πανεπιστήμιο Chung-Ang, το Πανεπιστήμιο Ajou, το Πανεπιστήμιο Amrita και το Πανεπιστήμιο Myongji, τα οποία μαζί σχεδίασαν τη δομή του συσσωματωμένου KS για έναν εξαιρετικά σταθερό υπερχωρητή που προσφέρει βιοσυμβατότητα και εξαιρετική ηλεκτροχημική αξιοπιστία.

Το απόβλητο χυμό που χρησιμοποιείται εδώ παράγεται από δέντρα στην Ινδία. Τα χυμοί δέντρων έχουν ευρείες χρήσεις σε βιομηχανίες όπως η τροφή, τα καλλυντικά και τα φαρμακευτικά προϊόντα. Ωστόσο, αυτός ο συγκεκριμένος χυμός δεν έχει πολλές πρακτικές χρήσεις.

Στην πραγματικότητα, οι χυμοί που χρησιμοποιούνται είναι «μια μικρή ταλαιπωρία για την ινδική κυβέρνηση να απορρίψει», σημείωσε ο αντίστοιχος συγγραφέας της μελέτης, Δρ. Jun Young Cheong από τη Σχολή Μηχανικής James Watt του Πανεπιστημίου Γλασκώβης. Πρόσθεσε:

«Με αυτή την έρευνα, βρήκαμε έναν τρόπο να δημιουργήσουμε κάτι πραγματικά σημαντικό από αυτόν τον χυμό, δημιουργώντας ένα βιοδιασπώμενο, ανακυκλώσιμο βιοπολυμερές που επιτρέπει αξιοσημείωτη απόδοση και θα μπορούσε να επεκτείνει δραματικά τη χρηστική ζωή των υπερχωρητών.»

Η χρήση όξινων ηλεκτρολυτών επηρεάζει τη μακροπρόθεσμη απόδοση των υπερχωρητών. Προκαλώντας ανεπιθύμητες παρενέργειες με τα μεταλλικά ηλεκτρόδια τους, μειώνουν την ικανότητά τους να διατηρούν πλήρη φόρτιση με την πάροδο του χρόνου.

Στη συνέχεια υπάρχει το πρόβλημα της αντικατάστασης, της ανακύκλωσης και της απόρριψης των υπερχωρητών στο τέλος της ζωής τους. Αυτό συμβάλλει στο γρήγορα αυξανόμενο πρόβλημα των ηλεκτρονικών αποβλήτων, που παρουσιάζει σημαντικούς περιβαλλοντικούς και υγειονομικούς κινδύνους.

Έτσι, η ομάδα χρησιμοποίησε το χυμό kondagogu, ένα πολυσακχαρίτη (σύνθετο βιομόριο) που παράγεται από το φλοιό του δέντρου Cochlospermum Gossypium ή Kondagogu (KO). Οι ερευνητές το συνδύασαν με νατριού αλγινικό για να παραγάγουν ένα σφουγγαρόμορφο βιοπολυμερές με την ονομασία «KS».

Η προσθήκη αυτού του βιοπολυμερούς στον όξινο ηλεκτρολύτη δημιούργησε ένα προστατευτικό στρώμα στα άνθρακα ηλεκτρόδια, το οποίο βοήθησε στην πρόληψη της φυσικής φθοράς των ηλεκτροδίων. Αυτή η προστασία παρείχε χωρίς να επηρεάζει τη διαδικασία της ιοντικής μεταφοράς, επιτρέποντας στον υπερχωρητή να φορτίζει και να αποφορτίζει.

Ο βελτιωμένος ηλεκτρολύτης ενίσχυσε σημαντικά την απόδοση του υπερχωρητή.

«Στο εργαστήριο, έχουμε δείξει εξαιρετική απόδοση σε 30.000 κύκλους. Αν εκτελούσαμε έναν κύκλο την ημέρα, ο υπερχωρητής θα μπορούσε θεωρητικά να διαρκέσει πάνω από 80 χρόνια χωρίς να χάσει σημαντική απόδοση, κάτι που θα σήμαινε ότι οι υπερχωρητές θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε συσκευές πολύ περισσότερο χωρίς αντικατάσταση.»

– Δρ. Cheong

Η έρευνα βασίζεται στην συνεχιζόμενη έρευνα του Δρ. Cheong για τη χρήση βιοαποβλήτων σε μπαταρίες. Η έρευνά του έχει επίσης δείξει την αποτελεσματικότητα χρήσης χυμών ως δεσμευτικών ουσιών, διαλυτών στο νερό, σε γραφίτινους άνοδος σε μπαταρίες Li-ion.

Η «ερευνητική εργασία για δεσμευτικούς χυμούς βιοαποβλήτων διαλυτούς στο νερό για φυσικό γραφίτιο άνοδο σε μπαταρίες λιθίου-ιόντων» δημοσιεύθηκε² το περασμένο καλοκαίρι, η οποία συζητούσε την αντικατάσταση του συμβατικού πολυβινυλιδενίου φθοριούχου (PVdF), που χρησιμοποιεί το περιβαλλοντικά επιβλαβές N-Methyl-2-pyrrolidone, με έναν δεσμευτικό διαλυτό στο νερό.

Η μελέτη περιέγραψε την κατασκευή ανόδων βασισμένων σε φυσικό γραφίτιο χρησιμοποιώντας PVdF και βιοαποβλήτων δεσμευτικούς (W-SB) διαλυτούς στο νερό από το χυμό του δέντρου Cochlospermum gossypium. Και τα δύο χρησιμοποιούσαν 10% βάρους δεσμευτικού.

Το ηλεκτρόδιο NG-W-SB παρουσίασε καλές μηχανικές ιδιότητες και διατήρησε τη δομική ακεραιότητα μετά την κυκλοφορία, προάγοντας χαμηλή αντίσταση μεταφοράς φόρτισης στο ηλεκτρόδιο. Επίσης έδειξε υψηλές κορυφές ρεύματος στον πρώτο κύκλο, υποδεικνύοντας βελτιωμένη ηλεκτροχημική απόδοση, σε αντίθεση με τις ελαφρώς χαμηλότερες κορυφές του ηλεκτροδίου NG-PVdF, το οποίο υπέστη περαιτέρω μείωση χωρητικότητας μόλις μετά από 200 κύκλους. Το NG-W-SB, εν τω μεταξύ, έχει υψηλότερη σταθερή διατήρηση χωρητικότητας που φτάνει έως 360 κύκλους.

«Γενικά, οι δεσμευτικοί W-SB παρουσίασαν σημαντικά ενισχυμένα χαρακτηριστικά διατήρησης κατά την κυκλοφορία, συγκρίσιμες δυνατότητες ρυθμού και χαμηλότερη αντίσταση του ηλεκτροδίου, ανοίγοντας ένα νέο μονοπάτι για την υιοθέτηση βιοαποβλήτων (χυμού) ως λειτουργικού δεσμευτικού διαλυτού στο νερό για εφαρμογές LIB», σημείωσε η μελέτη.

Άλλη έρευνα του Δρ. Cheong³ περιλαμβάνει, «Ενεργός άνθρακας προερχόμενος από οργανικό υλικό για οικολογικό υπερχωρητή από χαρτί mulberry», όπου ο ενεργός άνθρακας (AC) παρασκευάστηκε χρησιμοποιώντας φλούδα πορτοκαλιού (OP), ένα κοινό απόβλητο, το οποίο στη συνέχεια επενδύθηκε σε χαρτί mulberry (MP), το οποίο δείχνει υδρόφιλία, υψηλή περιεκτικότητα σε ολόκυτταρο, και ισχυρή σύνδεση με το ενεργό υλικό. Μια άλλη επίστρωση πολυ(3,4-εθειδενοδιοξυθειόφεν) πολυστυρενικού θειικού (PEDOT:PSS) χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή ενός διπλού επενδυμένου MP για τον υπερχωρητή εδώ.

Άλλες Εξελίξεις στον Χώρο των Υπερχωρητών

Απευθέμενη Θεραπεία για Βελτίωση της Χωρητικότητας

Μόλις νωρίτερα αυτόν τον μήνα, επιστήμονες στο Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας Σκόλκοβο (Skoltech) της Ρωσίας παρουσίασαν μια απευθέμενη θεραπεία που μπορεί να διπλασιάσει τη χωρητικότητα των υπερχωρητών.

Η ομάδα, σύμφωνα με τον κύριο ερευνητή της μελέτης, Αναπληρωτή Καθηγητή Stanislav Evlashin, εξετάζει τρόπους βελτίωσης της απόδοσης των υπερχωρητών «με το να παίζει με το υλικό βασισμένο σε άνθρακα που χρησιμοποιείται στα ηλεκτρόδια τους».

Υπάρχουν δύο τρόποι για να αυξηθεί η ποσότητα ενέργειας που αποθηκεύει ένας υπερχωρητής, εξήγησε ο Evlashin:

«Είτε ενισχύετε την αποτελεσματική επιφάνεια των ηλεκτροδίων με περίπλοκο σχεδιασμό επιφάνειας, είτε εισάγετε ξένα άτομα στο υλικό άνθρακα των ηλεκτροδίων.»

Η μελέτη τους επικεντρώθηκε στην επίδραση της εισαγωγής ξένων ατόμων στο υλικό άνθρακα των ηλεκτροδίων του υπερχωρητή μέσω απευθέμενης θεραπείας.

Η ομάδα έπεισε την επίδραση της απευθέμενης θεραπείας με έξι διαφορετικές χημικές συνθέσεις στη χωρητικότητα των ανθρακικών νάνων τοίχων, αλλά μόνο η απευθέμενη θεραπεία που αποτελείτο από μίγμα αζώτου και αργού δείχνει σημαντική βελτίωση.

«Βρήκαμε ότι το πρώτο που συμβαίνει είναι ότι ο αμοιβαίος άνθρακας που απομένει μετά την ανάπτυξη των δομών νάνων τοίχου άνθρακα αφαιρείται. Ακολουθεί η δημιουργία νέων ελαττωμάτων και η ενσωμάτωση ετεροατόμων στη δομή του υλικού άνθρακα. Ο αμοιβαίος άνθρακας, μαζί με τα ετεροάτομα του αζώτου, συμβάλλει στην εμφάνιση ψευδοχωρητικότητας.»

– Evlashin

Βελτίωση της Απόδοσης μέσω Μηχανικής Ηλεκτροδίου & Υλικού

Σχεδίασαν προσανατολισμό ηλεκτρο-κρυστάλλωσης⁴ καθώς και ενεργοποίηση επιφάνειας υπό ευρύ φάσμα θερμοκρασιών ZHSCs ή ζινοϊόντων υπερχωρητών.

Όπως σημειώθηκε στη μελέτη, η αντιστοίχιση της χωρητικότητας του άνοδο και του καθόδου είναι απαραίτητη για τη μεγιστοποίηση της απόδοσης του ηλεκτροχημικού κελιού. Συνεπώς, παρουσίασαν δύο προσεγγίσεις για την εξισορρόπηση της χρήσης των ηλεκτροδίων σε ZHSCs.

Αυτό περιλαμβάνει τη μείωση του σχηματισμού ντεντρικών, που αυξάνει τη διάρκεια κύκλου, τροποποιώντας τον συλλέκτη ρεύματος του άνοδο με χαλκόνια νανοσωματίδια. Η άλλη στρατηγική ήταν η αύξηση της χωρητικότητας του καθόδου από ενεργοποιημένο άνθρακα μέσω μιας αντίδρασης του ηλεκτρολύτη.

Το πλήρες κύτταρο διατήρησε το 84% της χωρητικότητάς του ακόμη και μετά από 50.000 πλήρεις κύκλους φόρτισης-αποφόρτισης έως 2 V. Η συνολική του χωρητικότητα, εν τω μεταξύ, ήταν 19,8 Ah cm−2, που υπερβαίνει τα ZHSCs, καθιστώντας αυτό το σχεδιασμό συσκευής «επαγγελματικό για εφαρμογές υψηλής αντοχής, συμπεριλαμβανομένων των αδιάλειπτων τροφοδοσιών και των συστημάτων συλλογής ενέργειας που απαιτούν συχνή κυκλική λειτουργία», όπως δηλώθηκε.

Μία μελέτη από τον περασμένο μήνα, εν τω μεταξύ, συστήριξε⁵ την τροποποίηση της ανιόνικής δομής του οξειδίου λιθίου-κόβαλτ για τη βελτίωση της ενεργειακής πυκνότητας και της ικανότητας αποθήκευσης φόρτισης των υπερχωρητών.

Για αυτό, το οξείδιο λιθίου-κόβαλτ τροποποιήθηκε σε LiCoO1.6(F0.8Cl0.2)0.4, το οποίο παρουσίασε εντυπωσιακά χαρακτηριστικά απόδοσης, συμπεριλαμβανομένης χωρητικότητας 512 F g−1 και απόδοσης coulombic λίγο πάνω από 92% μετά από 4000 κύκλους σε πυκνότητα ρεύματος 2 A g−1. Η ηλεκτροχημική σταθερότητα του τροποποιημένου υλικού σε αυξημένα ρεύματα, καθώς και η χαμηλή ισοδύναμη σειρά αντίστασης, όπως αναφέρει η μελέτη, «το τοποθετεί ως σημαντικό υποψήφιο για μελλοντικές προόδους στην τεχνολογία των υπερχωρητών».

Πλαστικοί Υπερχωρητές για Μεγαλύτερη Αποθήκευση Ενέργειας

Οι ερευνητές χρησιμοποιούν ακόμη και πλαστικό για τη βελτίωση των υπερχωρητών. Χημικοί του UCLA ανάπτυξαν υφασμένες, τριχωτές νάνες PEDOT με περισσότερη επιφάνεια αποθήκευσης φόρτισης και ανώτερη ηλεκτρική αγωγιμότητα.

Το PEDOT ή πολυ(3,4-εθειδενοδιοξυθειόφεν) είναι μια διαφανής και ευέλικτη μεμβράνη που εφαρμόζεται στις επιφάνειες ηλεκτρονικών εξαρτημάτων και φωτογραφικών φιλμ για την προστασία τους από στατική ηλεκτρισμό. Η δυνατότητά του για αποθήκευση ενέργειας είναι περιορισμένη, καθώς τα υλικά PEDOT δεν διαθέτουν την ηλεκτρική αγωγιμότητα και την επιφάνεια που απαιτούνται για τη συγκράτηση μεγάλων ποσοτήτων ενέργειας.

Ωστόσο, χρησιμοποιώντας μια καινοτόμο μέθοδο, οι χημικοί έλεγξαν τη μορφολογία του PEDOT για να αναπτύξουν νάνες ακριβώς. Η διαδικασία ανάπτυξης σε φάση ατμού δημιούργησε κάθετες νάνες PEDOT που έμοιαζαν με πυκνό γρασίδι που αναπτύσσεται προς τα πάνω.

«Η μοναδική κάθετη ανάπτυξη του υλικού μας επιτρέπει να δημιουργήσουμε ηλεκτρόδια PEDOT που αποθηκεύουν πολύ περισσότερη ενέργεια από το παραδοσιακό PEDOT.»

– Ο αντίστοιχος συγγραφέας, UCLA materials scientist Maher El-Kady

Η ομάδα δημιούργησε στη συνέχεια έναν υπερχωρητή χρησιμοποιώντας δομές PEDOT που αποθήκευσαν σχεδόν δέκα φορές περισσότερη φόρτιση από το συμβατικό PEDOT και διήρκεσαν σχεδόν 100.000 κύκλους φόρτισης.

Σύμφωνα με τον αντίστοιχο συγγραφέα, Richard Kaner, ο οποίος είναι καθηγητής χημείας, καθώς και επιστήμης και μηχανικής υλικών:

«Η εξαιρετική απόδοση και ανθεκτικότητα των ηλεκτροδίων μας δείχνει μεγάλο δυναμικό για τη χρήση του graphene PEDOT σε υπερχωρητές που μπορούν να βοηθήσουν την κοινωνία μας να καλύψει τις ενεργειακές της ανάγκες.»

Κάντε κλικ εδώ για να μάθετε όλα για τους αυτό-φορτιζόμενους υπερχωρητές.

Προσθήκη Υπερχωρητών σε Μπαταρίες για Επιτάχυνση της Φόρτισης

Στο πλαίσιο όλων αυτών των ερευνών, ακόμη και η γερμανική αυτοκινητοβιομηχανία BMW έχει υποβάλει αίτηση για δίπλωμα υπερχωρητή που θα φορτίζει υβριδικά αγωνιστικά αυτοκίνητα μέσα σε ένα λεπτό.

Η εταιρεία εξερευνά τη δυνατότητα προσθήκης ενός υπερχωρητή ειδικά για τον μηχανοκίνητο αθλητισμό στις μπαταρίες, προκειμένου να μειώσει σημαντικά το χρόνο φόρτισης. Σύμφωνα με την αίτηση, η σύνδεση ενός υβριδικού σούπερ αυτοκινήτου με χωρητικότητα πάνω από 20kWh σε ένα υπάρχον σύστημα βασισμένο σε μπαταρίες θα βοηθήσει στην υπέρβαση ορισμένων βασικών μειονεκτημάτων και των δύο συστημάτων.

Η BMW εκτιμά ότι «για έναν πελάτη που θέλει να οδηγεί το όχημα στο στίβο, αυτό μπορεί να προσφέρει τη δυνατότητα συνεχούς οδήγησης στα φυσικά όρια με σύντομες διακοπές».

Ο ανταγωνιστής της, Volkswagen Group, εν τω μεταξύ, χρησιμοποιεί ήδη έναν υπερχωρητή στο Lamborghini Sian. Ο υπερχωρητής αποθηκεύει ηλεκτρική ενέργεια, η οποία στη συνέχεια τροφοδοτεί έναν ηλεκτρικό κινητήρα. Το Sian διαθέτει κινητήρα 25kW ενσωματωμένο στο κιβώτιο ταχυτήτων για να παρέχει e-boost στον 577kW 6,5 λίτρων V12 ή να τον τροφοδοτεί εξ ολοκλήρου με ηλεκτρισμό κατά τη διάρκεια χαμηλής ταχύτητας.

Καινοτόμες Εταιρείες στον Τομέα

Το μέγεθος της παγκόσμιας αγοράς υπερχωρητών ανέρχεται σε δισεκατομμύρια δολάρια, ενισχυόμενο από την αυξανόμενη ζήτηση για βιώσιμες και ενεργειακά αποδοτικές λύσεις αποθήκευσης ενέργειας. Συνεπώς, πολλές εταιρείες, όπως η Panasonic Corporation και η Skeleton Technologies, εργάζονται για τη βελτίωση της τεχνολογίας.

Ένα εξέχον όνομα σε αυτόν τον χώρο είναι η AVX Corporation, η οποία εξαγοράστηκε από τον ιαπωνικό κατασκευαστή ηλεκτρονικών Kyocera Corporation το 2020, με αποτέλεσμα το κοινό της μετοχών AVX να σταματήσει το εμπόριο στο NYSE. Οι μετοχές της Kyocera, εν τω μεταξύ, διαπραγματεύονται στην αγορά OTC (KYOCF:OTCPK) στα $10,70, με κεφαλαιοποίηση αγοράς $15,85 δισεκατομμύρια. Πληρώνει απόδοση μερίσματος 3,12%.

Η KEMET Corporation είναι επίσης γνωστή για την προσφορά μιας ευρείας γκάμας υπερχωρητών με υψηλές επιδόσεις που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως δευτερεύουσες μπαταρίες όταν εφαρμόζονται σε κύκλωμα DC. Σύμφωνα με την επίσημη ιστοσελίδα της, οι συσκευές είναι ιδανικές για εφαρμογές χαμηλής τάσης, DC hold-up. Αρχικά μια αμερικανική εταιρεία που εισήχθη στο NYSE το 1990, η KEMET εξαγοράστηκε από την ταϊβανέζικη εταιρεία Yageo Corporation το 2020.

Η Maxwell Technologies είναι ακόμη ένας εξέχων κατασκευαστής υπερπυκνωτών. Η Tesla (TSLA ) την εξαγόρασε το 2019, μόνο για να την πουλήσει στην UCAP Power το 2021. Παρά την πώληση της Maxwell, η εταιρεία ηλεκτρικών οχημάτων και μπαταριών με κεφαλαιοποίηση $817,34 δισεκατομμύρια διατήρησε τη διαδικασία κατασκευής ξηρών ηλεκτροδίων, η οποία βασίζεται στην τεχνολογία των πυκνωτών της. Οι μετοχές TSLA είναι αυτή τη στιγμή κάτω κατά πάνω από 37% YTD καθώς διαπραγματεύονται στα $248,80.

Στη συνέχεια υπάρχει η αυστραλιανή CAP-XX, η οποία κατασκευάζει λεπτούς, πρισματικούς υπερχωρητές για χρήση σε καταναλωτικές φορητές συσκευές, εμπορικά και βιομηχανικά ηλεκτρονικά, και εφαρμογές καθαρής ενέργειας. Είναι εισηγμένη στην αγορά AIM του London Stock Exchange.

Οι υπερχωρητές της CAP-XX διαθέτουν υψηλή ενεργειακή πυκνότητα, υψηλή τάση κυψέλης και εξαιρετικά χαμηλό ρεύμα διαρροής. Με τη βοήθεια των υπερχωρητών της, οι κατασκευαστές μπορούν να μειώσουν το μέγεθος, το βάρος και το κόστος της μπαταρίας, τον αριθμό και το κόστος των εξαρτημάτων που εμπλέκονται, καθώς και το περιβαλλοντικό τους αποτύπωμα.

Συμπέρασμα

Ενώ οι μπαταρίες έχουν κερδίσει την προσοχή, οι υπερχωρητές κερδίζουν έδαφος καθώς γίνονται ένα από τα πιο κρίσιμα στοιχεία στο παγκόσμιο ενεργειακό οικοσύστημα. Τελικά, μπορούν να προσφέρουν υψηλή αποδοτικότητα, μακρά διάρκεια κύκλου και άμεση παροχή ισχύος.

Προς το παρόν, οι υπερχωρητές συμπληρώνουν τον τομέα αποθήκευσης ενέργειας για εφαρμογές όπως καταναλωτικά ηλεκτρονικά, εξομάλυνση ανανεώσιμης ενέργειας, υβριδικά EV και εφεδρική ενέργεια, που απαιτούν γρήγορους κύκλους φόρτισης-αποφόρτισης και μακρά διάρκεια λειτουργίας.

Έτσι, η ευρύτερη υιοθέτηση των υπερχωρητών εξακολουθεί να περιορίζεται από το κόστος, τα υλικά και τις περιβαλλοντικές ανησυχίες. Ωστόσο, προσεγγίσεις όπως τα βιοπολυμερή βασισμένα σε χυμό δέντρου αντιμετωπίζουν αυτές τις προκλήσεις, υποδεικνύοντας ένα υποσχόμενο μέλλον για τους υπερχωρητές. Η εμπορευματοποίηση θα πάρει χρόνο, αλλά μόλις ενταθεί, οι υπερχωρητές μπορούν να γίνουν κυρίαρχοι και να διαδραματίσουν κεντρικό ρόλο σε βιώσιμα ενεργειακά συστήματα.

Κάντε κλικ εδώ για μια λίστα με τις κορυφαίες μετοχές μπαταριών.

Μελέτες Αναφοράς:

1. ​Lee, S., Park, J. Y., Yoon, H., Park, J., Lee, J., Hwang, B., Padil, V. V. T., Cheong, J. Y., & Yun, T. G. (2025). Μακράς διάρκειας υπερχωρητής με σταθερή διεπαφή ηλεκτροδίου-ηλεκτρολύτη, ενεργοποιημένη από βιοπολυμερή συζευγμένο πρόσθετο ηλεκτρολύτη. Energy Storage Materials, 67, 104195. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2025.104195

2. Chang, J. H., Pin, M. W., Msalilwa, L. R., Shin, S. H., Han, C., Yu, H., Chandio, Z. A., Padil, V. V. T., Kim, Y., & Cheong, J. Y. (2024). Δεσμευτικοί χυμοί βιοαποβλήτων διαλυτοί στο νερό για φυσικό γραφίτιο άνοδο σε μπαταρίες λιθίου-ιόντων. Journal of Electroanalytical Chemistry, 967, 118467. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2024.118467

3. Han, Y., Yoon, H., Cheong, J. Y., & Hwang, B. (2025). Ενεργός άνθρακας προερχόμενος από οργανικό υλικό για οικολογικό υπερχωρητή από χαρτί mulberry. International Journal of Energy Research, 2025, 8791702. https://doi.org/10.1155/er/8791702

4. Yao, L., Koripally, N., Shin, C., et al. (2025). Μηχανική προσανατολισμού ηλεκτρο-κρυστάλλωσης και ενεργοποίησης επιφάνειας σε ζινοϊοντικούς υπερχωρητές ευρείας θερμοκρασίας. Nature Communications, 16, 3597. https://doi.org/10.1038/s41467-025-58857-5

5. Hashemzadeh, S. M., Khorshidi, A., & Arvand, M. (2025). Μηχανική ανιόντων στο οξείδιο λιθίου-κόβαλτ για εφαρμογή σε υπερχωρητές υψηλής απόδοσης. Scientific Reports, 15, 10064. https://doi.org/10.1038/s41598-025-95338-7