सुपरकैपेसिटर विकास में नवाचार: अतीत, वर्तमान और भविष्य

बिजली इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग, एक ऊपर की ओर सर्पिल और शो abating के कोई संकेत पर किया गया विद्युतीकरण प्रवेश औद्योगिक डोमेन की एक व्यापक रेंज की प्रवृत्ति के रूप में और उच्च तकनीक बिजली इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की आवश्यकता जरूरत पर जोर देता है। हाल के वर्षों में, उन्नत बिजली भंडारण समाधानों की आवश्यकता में तेजी से वृद्धि हुई है, जो तेजी से भंडारण, कुशल बिजली प्रबंधन और ऊर्जा अनुकूलन की अनिवार्यता से शुरू होता है।

पावर इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग के अनुप्रयोग-संचालित प्रकृति ने कैपेसिटर जैसे बिजली भंडारण समाधानों के विकास में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है। कैपेसिटर की चार्जिंग में सापेक्ष समय-प्रभावशीलता बिजली भंडारण उपकरणों की भीड़ में उनके कार्यान्वयन को प्रेरित कर रही है। हालांकि, कैपेसिटर की बिजली भंडारण क्षमता में सुधार की अभी भी संभावना है, जिसके कारण सुपरकैपेसिटर का विकास हुआ है - जिसे अल्ट्राकैकेटर या इलेक्ट्रोकेमिकल कैपेसिटर (ईसी) के रूप में भी जाना जाता है।

सुपरकैपेसिटर के उभरने से कुशल बिजली भंडारण पर ध्यान केंद्रित किया

जैसे-जैसे औद्योगिक विकास ने विद्युतीकरण की प्रवृत्ति के इर्द-गिर्द घूमना शुरू किया, सुपरकैपेसिटर के डिजाइन में नवाचारों ने गति पकड़ ली। ग्लोबल इलेक्ट्रिक, जनरल इलेक्ट्रिक सहित, ने एक प्रमुख विद्युतीकरण एनबलर के रूप में उद्योगों में सुपरकैपेसिटर की बढ़ती मांग को भुनाने के लिए सुपरकैपेसिटर में डिजाइन सुधार के लिए समर्पित प्रयोगों का आयोजन किया। एनईसी निगम दुनिया में सुपरकैपेसिटर को व्यावसायिक रूप से पेश करने वाली पहली कुछ कंपनियों में से था; स्टैण्डर्ड ऑयल कंपनी ऑफ़ ओहियो (SOHIO) मुख्य रूप से आविष्कार के लिए जिम्मेदार है।

सुपरकंडक्टर्स के उद्भव को एक अधिक कुशल ऊर्जा भंडारण समाधान के रूप में पोस्ट करें, ईसी तकनीक की लोकप्रियता तुरंत बढ़ गई। सुपरकैपेसिटर के डिजाइन कई पीढ़ियों के माध्यम से उन्नत हुए हैं, जब से वे अपने पहले व्यावसायिक लॉन्च के बाद से। अनुसंधान संगठन और बिजली इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में अग्रणी कंपनियां अभी भी सुपरकैपेसिटर की लागत-दक्षता और प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए विनिर्माण विधियों और सामग्रियों के आसपास नवाचार करने पर ध्यान केंद्रित कर रही हैं।

अनुसंधान संस्थानों ने सुपरकैपेसिटर के लिए अभिनव विनिर्माण प्रक्रियाओं की खोज की

सुपरकैपेसिटर की उत्कृष्ट परिचालन विशेषताओं के बावजूद, निर्माता अभी भी उच्च विनिर्माण लागत को नियंत्रित करने के लिए संघर्ष कर रहे हैं, और बैटरी की तुलना में सुपरकैपेसिटर की कम ऊर्जा भंडारण क्षमता। इसके अलावा, सुपरकैपेसिटर के टिकाऊपन से संबंधित चिंताएं औद्योगिक अनुप्रयोगों में इसके अपनाने को कुछ हद तक प्रतिबंधित कर रही हैं। इन चिंताओं के जवाब में, सुपरकैपेसिटर निर्माण कंपनियां सुपरकैपिटर्स के अधिक बेहतर संस्करण को डिजाइन करने के लिए अनुसंधान और विकास (आरएंडडी) में भारी निवेश कर रही हैं।

पिछले पांच वर्षों में सुपरकैपेसिटर बाजार को आकार देने वाले कुछ शोध आधारित नवाचार हैं,

• फरवरी 2013 में, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, लॉस एंजिल्स के शोधकर्ताओं ने एक उपभोक्ता-श्रेणी लाइटस्विट डीवीडी बर्नर का उपयोग करके माइक्रो-स्केल सुपरकैपेसिटर के निर्माण के लिए एक शानदार और लागत प्रभावी निर्माण विधि की खोज की। इन सूक्ष्म सुपरकैपेसिटरों में ग्रेफाइटिक कार्बन की एक-परमाणु-मोटी परत होती है और इसे आसानी से लघु इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में एकीकृत किया जा सकता है। नई निर्माण तकनीक के साथ संयोजन में ग्राफीन की एक दो-आयामी शीट का उपयोग करने के साथ, शोधकर्ता निर्माण लागत को काफी हद तक कम कर सकते हैं और सुपरकैपेसिटर के लिए अनुप्रयोगों के दायरे का विस्तार कर सकते हैं।
• जुलाई 2013 में, उल्सान नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी (UNIST) के शोधकर्ताओं ने बड़े पैमाने पर 3-आयामी मेसोपोरस ग्राफीन नैनो-बॉल (MGB) का उत्पादन करने के लिए एक नवीन विधि विकसित की, जिसका उपयोग सुपरकैपेसिटर के निर्माण में किया जा सकता है। शोधकर्ताओं ने अनुमान लगाया कि मेसोपोरस ग्राफीन के गुणों से इलेक्ट्रिक वाहनों में अपने अनुप्रयोगों के दायरे का विस्तार करते हुए सुपरकैपेसिटर की मापनीयता, गुणवत्ता और लागत दक्षता में सुधार होगा।
• अगस्त 2014 में, ऑस्ट्रेलिया में मोनाश विश्वविद्यालय के इंजीनियरों ने व्यावसायिक उपकरणों की तुलना में 10 गुना अधिक अपनी ऊर्जा घनत्व में सुधार करने के लिए सुपरकैपेसिटर के अंदर ग्राफीन के उत्पादन की एक विधि विकसित की। इंजीनियरों ने पारंपरिक पेपर निर्माण विधि के समान एक प्रक्रिया के माध्यम से एक मैक्रोस्कोपिक ग्राफीन सामग्री बनाई। इसके अलावा, उन्होंने आगे पुष्टि की कि ग्रेफीन में समाधान-आधारित रासायनिक - ग्रेफाइट ऑक्साइड को कम करके, इंजीनियर ग्राफीन और 10x ऊर्जा सघन सुपरकैपेसिटर के व्यावसायीकरण के लिए नए रास्ते खोल सकते हैं।
• दक्षिण कोरिया में शोधकर्ताओं के एक समूह ने अगस्त 2014 में सुपरकैपेसिटर इलेक्ट्रोड के लिए एक असामान्य रूप से नवीन अभी तक अत्यधिक उपयुक्त वैकल्पिक सामग्री की खोज की। उन्होंने सुपरकैपेसिटर में सिगरेट फिल्टर का उपयोग करने का एक तरीका तैयार किया, जो उच्च शक्ति के साथ उच्च प्रदर्शन वाले कार्बन-आधारित सामग्री में परिवर्तित हो सकता है। घनत्व। शोधकर्ता व्यावसायिक रूप से उपलब्ध कार्बन की तुलना में अधिक विद्युत ऊर्जा को संग्रहीत करने के लिए सफलतापूर्वक उपयोग किए गए-सिगरेट फिल्टर का उपयोग कर सकते हैं।

सुपरकैपेसिटर मटेरियल डेवलपमेंट्स पर फोकस सर्वव्यापी

उच्च-प्रदर्शन सामग्री के विकास की दिशा में सुपरकैपेसिटर निर्माताओं के बीच विभिन्न औद्योगिक अनुप्रयोगों, जैसे पहनने योग्य उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स और इलेक्ट्रिक वाहनों की बढ़ती मांग के साथ अत्यधिक तालमेल मिला है। हालांकि ग्राफीन सुपरकैपेसिटर के लिए उपयुक्त सामग्रियों में से एक बनी हुई है, फिर भी चल रही अनुसंधान गतिविधियाँ सुपरकैपेसिटर बाजार के परिदृश्य में महत्वपूर्ण बदलाव लाती हैं।

एम्स्टर्डम के वानट हॉफ इंस्टीट्यूट फॉर मॉलिक्यूलर साइंसेज के विश्वविद्यालय के रसायनज्ञों के एक समूह ने अपने ईंधन कोशिकाओं परियोजना के लिए प्रयोगों का संचालन करते हुए सुपरकैपेसिटर के लिए एक नई सामग्री का आविष्कार किया । शोधकर्ताओं ने पाया कि अत्यधिक झरझरा सुपरकैपेसिटर सामग्री कम लागत वाली, हल्की और गैर विषैली है, और इसका उपयोग सुपरकैपेसिटर के संभावित वाणिज्यिक अनुप्रयोगों में किया जा सकता है, जैसे परिवहन, इलेक्ट्रॉनिक्स और ऊर्जा भंडारण उपकरण।

UC सांता क्रूज़ और लॉरेंस लिवरमोर नेशनल लेबोरेटरी (LLNL) के वैज्ञानिकों के एक अन्य समूह ने मिलीमीटर के आदेश पर मोटाई कम करने और बिजली घनत्व और समाई प्रतिधारण सहित सुपरकैपेसिटर के प्रदर्शन विशेषताओं में सुधार करने के लिए अल्ट्राफास्ट 3 डी-मुद्रित ग्रेफीन का उपयोग किया ।

जॉर्जिया टेक और कोरिया विश्वविद्यालय के इंजीनियरों द्वारा एक मुड़ा हुआ सुपरकैपेसिटर साधारण कागज से बनाया गया था, जो अधिक समय तक अधिक ऊर्जा संग्रहित कर सकता है, विशेष रूप से पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों में क्योंकि यह लचीला है। दुनिया भर के वैज्ञानिक, इंजीनियर और शोधकर्ता मुख्य रूप से एक बार में बिजली के नुकसान से बचने के लिए सुपरकैपेसिटर की शक्ति घनत्व और ऊर्जा घनत्व को संतुलित करने पर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं।

सुपरकैपेसिटर निर्माण में प्रयुक्त सामग्रियों में हाल के विकास और नवाचार मुख्य रूप से आत्म-निर्वहन या शॉर्ट सर्किट की संभावना को कम करने पर केंद्र हैं। सुपरकैपेसिटर बाजार में हितधारक छद्म कैपेसिटर और हाइब्रिड कैपेसिटर की विभिन्न प्रदर्शन विशेषताओं को भुनाने का लक्ष्य रखते हैं, जो किसी भी अन्य प्रकार के सुपरकैपेसिटर की तुलना में उच्च ऊर्जा घनत्व को प्रतिबिंबित कर सकते हैं।

सुपरकैपेसिटर मार्केट में जहां इलेक्ट्रिकल डबल लेयर कैपेसिटर की मांग सबसे अधिक है, वहीं हाइब्रिड कैपेसिटर विभिन्न औद्योगिक अनुप्रयोगों में मांग में उतार-चढ़ाव देख रहे हैं।

ऑटोमोटिव उद्योग - सुपरकैपेसिटर निर्माताओं के लिए प्रमुख विकास संभावित क्षेत्र

ऑटोमोटिव सेक्टर वर्तमान में सुपरकैपेसिटर जैसे उच्च-गुणवत्ता वाले ऊर्जा भंडारण उपकरणों के निर्माताओं के लिए उच्च-विकास संभावित क्षेत्र है। 2013 में, supercapacitors के ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों कम से कम 1/5 के लिए जिम्मेदार ^वें supercapacitors बाजार की आय में भागीदारी की। हालांकि, मोटर वाहन उद्योग में हाल के घटनाक्रम के साथ, ऑटोमोबाइल सुपरकैपेसिटर के सबसे महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में से एक बन गए हैं।

मोटर वाहन निर्माता तेल उद्योग पर निर्भरता को कम करने और सख्त पर्यावरण नियमों को लागू करने वाले निकायों पर ध्यान केंद्रित करने के साथ, इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए विकास की संभावनाओं का वादा कर रहे हैं। इसने सुपरकैपेसिटर निर्माताओं को तेजी से विकसित होने वाले ऑटोमोटिव उद्योग में लाभदायक अवसरों के लिए प्रेरित किया है।

इलेक्ट्रिक वाहनों या हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए उपयुक्त सुपरकैपेसिटर का विकास करना सुपरकैपेसिटर निर्माण कंपनियों की सबसे महत्वपूर्ण व्यावसायिक रणनीतियों में से एक है। दूसरी ओर, मोटर वाहन निर्माता भी सबसे कुशल इलेक्ट्रिक वाहनों को रोल करने की दौड़ में हैं, जिन्होंने उच्च गुणवत्ता वाले ऊर्जा भंडारण प्रणालियों के लिए अपने शिकार को सही ठहराया। यह अंततः तेजी से विकसित होने वाले ऑटोमोटिव उद्योग में सुपरकैपेसिटर में नवाचारों के लिए कभी-विस्तार की गुंजाइश को दर्शाता है।

फरवरी 2019 में, टेस्ला इंक - ऑटोमोटिव और ऊर्जा उद्योगों में वैश्विक दिग्गज - ने घोषणा की कि इसने मैक्सवेल टेक्नोलॉजीज इंक - एक अग्रणी बैटरी प्रौद्योगिकी कंपनी - लगभग यूएस $ 218 मिलियन का अधिग्रहण किया है। कंपनी का लक्ष्य इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए आकर्षक अवसरों को भुनाना है, और इस अधिग्रहण के साथ, यह सुपरकैपेसिटर के क्षेत्र में विशेषज्ञता जोड़ने की योजना है जो कार चार्जिंग क्षमताओं को तेज कर सकता है।

मई 2018 में, रोल्स-रॉयस - दुनिया की अग्रणी लक्जरी कार निर्माता - सुपरडाइलेक्ट्रिक्स लिमिटेड के साथ एक सहयोग समझौता किया - एक यूके-आधारित प्रौद्योगिकी स्टार्ट-अप, सुपरकैपेसिटर की क्षमता का पता लगाने और एक अत्याधुनिक उच्च ऊर्जा भंडारण बनाने के लिए। तकनीक। इस साझेदारी के साथ, रोल-रॉयस ने विश्व-स्तरीय सुपरकैपेसिटर बैटरी अनुप्रयोगों को विकसित करने के लिए सुपरडिलेट्रिक्स के हाइड्रोफिलिक पॉलिमर के साथ भौतिक विज्ञान में अपनी विशेषज्ञता को संयोजित करने का लक्ष्य रखा है।

ऑटोमोबाइल कंपनियों के पैक में शामिल होने के लिए लेम्बोर्गिनी एक अन्य अग्रणी वाहन निर्माता है जो ऑटोमोटिव उद्योग के विद्युतीकरण के दौरान सुपरकैपेसिटर की असाधारण विशेषताओं का लाभ उठाने की योजना बना रही है। कंपनी के मुख्य तकनीकी अधिकारी ने हाल ही में घोषणा की कि कंपनी ने पहले स्टार्टर बैटरी के लिए लेम्बोर्गिनी एवेंटाडोर में सुपरकैपेसिटर का इस्तेमाल किया है। विशेषज्ञ भविष्यवाणी करते हैं कि एवेंटाडोर के उत्तराधिकारी समान सुपरकैपेसिटर का उपयोग कर सकते हैं।

लगातार विकसित हो रहे ऑटोमोटिव उद्योग ने सुपरकैपेसिटर निर्माताओं के लिए एक बहुत ही रोमांचक प्रतिस्पर्धी माहौल बनाया है । सुपरकैपेसिटर के प्रदर्शन में निरंतर प्रगति की तलाश आने वाले वर्षों में सुपरकैपेसिटर बाजार में कुछ ग्राउंडब्रेकिंग नवाचारों को ट्रिगर करने की संभावना है।

इलेक्ट्रॉनिक्स और ऊर्जा और ऊर्जा उद्योग की संभावनाओं में सुपरकैपेसिटर की भूमिका

मोटर वाहन और परिवहन उद्योग को आने वाले दशक में सुपरकैपेसिटर बाजार के राजस्व में एक तिहाई से अधिक हिस्सेदारी की उम्मीद है। नए युग के ऑटोमोटिव उद्योग में सुपरकैपेसिटर के लिए गौरवशाली भविष्य के बावजूद, उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स और ऊर्जा और बिजली उद्योग सुपरकैपेसिटर बाजार के विकास में एक शेर की हिस्सेदारी की संभावना रखते हैं।

सुपरकैपेसिटर को किसी भी इलेक्ट्रॉनिक उत्पाद के वर्कहॉर्स के रूप में जाना जाता है जो बैटरी या ऊर्जा भंडारण प्रणालियों पर काम करता है। आने वाले वर्षों में, सुपरकैपेसिटर को विभिन्न उद्योग वर्टिकल में सर्वव्यापी स्वीकृति की संभावना है। सुपरकैपेसिटर बाजार का भविष्य ईसी के उद्भव का गवाह बनने की संभावना है जो भविष्य के आधुनिक उत्पाद और उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों को बढ़ावा देगा। सौर सुपरकैपेसिटर भी भविष्य से एक चीज है, जो पहनने योग्य सेंसर परिदृश्य में विशेष रूप से पहनने योग्य स्वास्थ्य उपकरणों में एक बड़ी बिक्री क्षमता की उम्मीद है।

पावर इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में चल रहे अनुसंधान गतिविधियों और विकास निकट भविष्य में बैटरी की जगह सुपरकैपेसिटर पर संकेत देना जारी रखते हैं। विभिन्न औद्योगिक क्षेत्रों, जैसे इलेक्ट्रॉनिक्स, ऊर्जा और बिजली, सैन्य और रक्षा और एयरोस्पेस, में सुपरकैपेसिटर के बढ़ते अनुप्रयोगों के साथ, सुपरकैपेसिटर के लिए वैश्विक बाजार 2028 तक $ 5.5 बिलियन से अधिक होने की उम्मीद है। सुपरकैपिटर्स बाजार की घातीय वृद्धि दर है। परिदृश्य में शोधकर्ताओं, निर्माताओं और अन्य हितधारकों के लिए आकर्षक अवसरों को बढ़ाने की उम्मीद है।

अदिति यदवडकर एक अनुभवी बाजार अनुसंधान लेखक हैं और उन्होंने इलेक्ट्रॉनिक्स और सेमीकंडक्टर उद्योग पर विस्तार से लिखा है। फ्यूचर मार्केट इनसाइट्स (एफएमआई) में, वह इलेक्ट्रॉनिक्स और सेमीकंडक्टर रिसर्च टीम के साथ मिलकर काम करती है ताकि दुनिया भर के ग्राहकों की जरूरतों को पूरा किया जा सके। ये अंतर्दृष्टि एफएमआई द्वारा सुपरकैपेसिटर मार्केट की एक रिपोर्ट पर आधारित हैं।