Innovations dans le développement de supercondensateurs: passé, présent et futur

L' industrie de l'électronique de puissance est dans une spirale ascendante et ne montre aucun signe de ralentissement, car la tendance à l'électrification pénètre dans un plus large éventail de domaines industriels et entraîne le besoin d'appareils électroniques de puissance de haute technologie. Ces dernières années, il y a eu une augmentation marquée du besoin de solutions avancées de stockage d'électricité, déclenchée par le caractère essentiel d'un stockage plus rapide, d'une gestion efficace de l'énergie et d'une optimisation énergétique.

La nature axée sur les applications de l'industrie de l'électronique de puissance a joué un rôle important dans le développement de solutions de stockage d'électricité, telles que les condensateurs. L'efficacité relative du temps de charge des condensateurs a incité leur mise en œuvre dans une multitude de dispositifs de stockage d'énergie. Cependant, il existe encore un potentiel d'amélioration de la capacité de stockage d'électricité des condensateurs, qui à leur tour ont conduit au développement de supercondensateurs - également connus sous le nom d'ultracondensateurs ou de condensateurs électrochimiques (EC).

L'accent mis sur un stockage d'énergie efficace a déclenché l'émergence de supercondensateurs

Alors que les développements industriels ont commencé à tourner autour de la tendance à l'électrification, les innovations dans la conception des supercondensateurs ont accéléré le rythme. Des géants mondiaux, dont General Electric, ont mené des expériences dédiées à l'amélioration de la conception des supercondensateurs, dans le but de capitaliser sur la demande croissante de supercondensateurs dans les industries en tant que catalyseur clé de l'électrification. La NEC Corporation a été parmi les premières entreprises à introduire commercialement des supercondensateurs dans le monde; la Standard Oil Company of Ohio (SOHIO) est principalement attribuée à l'invention.

Après l'émergence des supraconducteurs en tant que solution de stockage d'énergie plus efficace, la popularité de la technologie EC a augmenté instantanément. Les conceptions des supercondensateurs ont évolué sur plusieurs générations depuis leur premier lancement commercial. Les organismes de recherche et les entreprises leaders de l'industrie de l'électronique de puissance se concentrent toujours sur l'innovation autour des méthodes de fabrication et des matériaux pour améliorer encore la rentabilité et les performances des supercondensateurs.

Des instituts de recherche ont découvert des procédures de fabrication innovantes pour les supercondensateurs

Malgré les excellentes caractéristiques opérationnelles des supercondensateurs, les fabricants ont encore du mal à contrôler les coûts de fabrication élevés et à réduire la capacité de stockage d'énergie des supercondensateurs par rapport aux batteries. En outre, les préoccupations liées à la durabilité à propos des supercondensateurs ont limité dans une certaine mesure son adoption dans les applications industrielles. En réponse à ces préoccupations, les entreprises de fabrication de supercondensateurs ont investi massivement dans la recherche et le développement (R&D) pour concevoir une version plus supérieure des supercondensateurs.

Certaines des innovations basées sur la recherche qui ont façonné le marché des supercondensateurs au cours des cinq dernières années sont:

• En février 2013, des chercheurs de l'Université de Californie à Los Angeles ont découvert une méthode de fabrication révolutionnaire et rentable pour fabriquer des supercondensateurs à micro-échelle en utilisant un graveur de DVD LightScribe de qualité grand public. Ces micro-supercondensateurs sont constitués d'une couche épaisse d'un atome de carbone graphitique et peuvent être facilement intégrés dans des dispositifs électroniques miniaturisés. En utilisant une feuille de graphène bidimensionnelle en combinaison avec la nouvelle technique de fabrication, les chercheurs pourraient réduire les coûts de fabrication dans une large mesure et élargir le champ d'application des supercondensateurs.
• En juillet 2013, des chercheurs de l'Institut national des sciences et de la technologie d'Ulsan (UNIST) ont mis au point une méthode innovante pour produire en masse des nanobilles de graphène mésoporeux (MGB) en trois dimensions pouvant être utilisées dans la fabrication de supercondensateurs. Les chercheurs ont projeté que les propriétés du graphène mésoporeux amélioreraient l'évolutivité, la qualité et la rentabilité des supercondensateurs, élargissant ainsi la portée de leurs applications dans les véhicules électriques.
• En août 2014, des ingénieurs de l'Université Monash en Australie ont mis au point une nouvelle méthode de production de graphène à l'intérieur des supercondensateurs afin d'améliorer leur densité d'énergie 10 fois plus que les appareils commerciaux. Les ingénieurs ont créé un matériau de graphène macroscopique grâce à un processus similaire à la méthode de fabrication traditionnelle du papier. En outre, ils ont en outre affirmé qu'en réduisant le produit chimique à base de solution - l'oxyde de graphite dans le graphène, les ingénieurs pourraient ouvrir de nouvelles voies pour la commercialisation de graphène et de supercondensateurs 10x plus denses en énergie.
• Un groupe de chercheurs en Corée du Sud a découvert un matériau alternatif inhabituellement innovant mais très approprié pour les électrodes de supercondensateur en août 2014. Ils ont conçu un moyen d'utiliser des filtres à cigarettes dans les supercondensateurs, qui peuvent être transformés en un matériau à base de carbone hautement performant et à haute puissance densités. Les chercheurs pourraient utiliser avec succès des filtres pour cigarettes usagées pour stocker plus d'énergie électrique que le carbone disponible dans le commerce.

L'accent mis sur les développements des matériaux des supercondensateurs est omniprésent

L'évolution vers le développement de matériaux hautes performances a acquis une palpabilité totale parmi les fabricants de supercondensateurs, avec la demande toujours croissante de supercondensateurs dans diverses applications industrielles, telles que l'électronique grand public portable et les véhicules électriques. Bien que le graphène reste l'un des matériaux appropriés pour les supercondensateurs, les activités de recherche en cours font allusion à des transformations importantes dans le paysage du marché des supercondensateurs.

Un groupe de chimistes de l'Institut Van't Hoff pour les sciences moléculaires de l'Université d'Amsterdam a inventé un nouveau matériau pour supercondensateur tout en menant les expériences de leur projet de piles à combustible. Les chercheurs ont découvert que le matériau de supercondensateur hautement poreux est peu coûteux, léger et non toxique, et peut être utilisé dans des applications commerciales potentielles de supercondensateurs, telles que les dispositifs de transport, d'électronique et de stockage d'énergie.

Un autre groupe de scientifiques de l'UC Santa Cruz et du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) a utilisé du graphène ultra-rapide imprimé en 3D pour réduire les épaisseurs de l'ordre du millimètre et améliorer les caractéristiques de performance des supercondensateurs, y compris les densités de puissance et la rétention de capacité.

Un supercondensateur pliable a été fabriqué à partir de papier ordinaire par des ingénieurs de Georgia Tech et de l'Université de Corée qui pourraient stocker plus d'énergie plus longtemps, en particulier dans les produits électroniques portables car il est flexible. Les scientifiques, ingénieurs et chercheurs du monde entier se concentrent principalement sur l'équilibre entre la densité de puissance et la densité d'énergie des supercondensateurs afin d'éviter une perte de puissance à la fois.

Les développements et innovations récents dans les matériaux utilisés dans la fabrication des supercondensateurs sont principalement axés sur la réduction de la possibilité d'auto-décharge ou de court-circuit. Les parties prenantes du marché des supercondensateurs visent à capitaliser sur diverses caractéristiques de performance des pseudo-condensateurs et des condensateurs hybrides, qui peuvent refléter une densité d'énergie plus élevée que tout autre type de supercondensateurs.

Alors que la demande de condensateurs électriques à double couche reste la plus élevée sur le marché des supercondensateurs, les condensateurs hybrides connaissent une augmentation de la demande dans diverses applications industrielles.

Industrie automobile - Zone de potentiel de croissance clé pour les fabricants de supercondensateurs

Le secteur automobile est actuellement le secteur à fort potentiel de croissance pour les fabricants de dispositifs de stockage d'énergie de haute qualité, tels que les supercondensateurs. En 2013, les applications automobiles des supercondensateurs représentaient moins de 1/5 ^e de la part de revenus du marché des supercondensateurs. Cependant, avec les développements récents de l'industrie automobile, les automobiles sont devenues l'une des applications les plus importantes des supercondensateurs.

Les constructeurs automobiles se concentrant sur la réduction de la dépendance vis-à-vis de l'industrie pétrolière et les organes directeurs imposant des réglementations environnementales strictes, les perspectives de croissance des véhicules électriques devraient être prometteuses. Cela a conduit les fabricants de supercondensateurs à rechercher des opportunités rentables dans l'industrie automobile en rapide évolution.

Le développement de supercondensateurs adaptés aux véhicules électriques ou aux véhicules électriques hybrides est l'une des stratégies commerciales les plus importantes des entreprises de fabrication de supercondensateurs. D'autre part, les constructeurs automobiles sont également dans la course pour déployer les véhicules électriques les plus efficaces, ce qui justifie leur recherche de systèmes de stockage d'énergie de haute qualité. Cela se reflète en fin de compte dans la portée toujours croissante des innovations dans les supercondensateurs dans l'industrie automobile en rapide évolution.

En février 2019, Tesla Inc. - géant mondial des industries de l'automobile et de l'énergie - a annoncé avoir acquis Maxwell Technologies Inc. - une société leader dans le domaine des technologies de batteries - pour environ 218 millions de dollars américains. La société vise à capitaliser sur des opportunités lucratives pour les véhicules électriques et, avec cette acquisition, elle prévoit d'ajouter une expertise dans le domaine des supercondensateurs qui pourraient accélérer les capacités de charge des voitures.

En mai 2018, Rolls-Royce - le premier constructeur mondial de voitures de luxe - a conclu un accord de collaboration avec Superdielectrics Ltd - une start-up technologique basée au Royaume-Uni, explore le potentiel des supercondensateurs et crée un stockage de haute énergie à la pointe de la technologie. La technologie. Avec ce partenariat, Roll-Royce vise à combiner son expertise en science des matériaux avec les polymères hydrophiles de Superdielectrics pour développer des applications de batteries de supercondensateurs de classe mondiale.

Lamborghini est un autre constructeur automobile de premier plan à rejoindre le groupe des constructeurs automobiles qui envisagent de tirer parti des caractéristiques extraordinaires des supercondensateurs lors de l'électrification de l'industrie automobile. Le directeur technique de la société a récemment déclaré que la société avait déjà utilisé des supercondensateurs dans la Lamborghini Aventador pour la batterie de démarrage. Les experts prévoient que le successeur d'Aventador pourrait utiliser les mêmes supercondensateurs.

L'industrie automobile en constante évolution a créé un environnement concurrentiel très excitant pour les fabricants de supercondensateurs. La recherche de progrès constants dans les performances des supercondensateurs est susceptible de déclencher des innovations révolutionnaires sur le marché des supercondensateurs dans les années à venir.

Rôle des supercondensateurs dans les perspectives des industries de l'électronique et de l'énergie et de l'énergie

L'industrie automobile et des transports devrait représenter plus d'un tiers de la part des revenus du marché des supercondensateurs au cours de la prochaine décennie. Malgré l'avenir glorifié des supercondensateurs dans le secteur automobile new-age, l'électronique grand public et les industries de l'énergie et de l'énergie occuperont probablement la part du lion dans le développement du marché des supercondensateurs.

Les supercondensateurs sont présentés comme le cheval de bataille de tout produit électronique qui fonctionne sur des batteries ou des systèmes de stockage d'énergie. Dans les années à venir, les supercondensateurs devraient être largement acceptés dans divers secteurs verticaux de l'industrie. L'avenir du marché des supercondensateurs est susceptible de voir l'émergence de CE qui alimenteront l'avenir des appareils portables modernes et des produits électroniques grand public. Les supercondensateurs solaires sont également une chose du futur, qui devrait avoir un potentiel de vente énorme dans le paysage des capteurs portables, en particulier dans les appareils de santé portables.

Les activités de recherche en cours et les développements dans l'industrie de l'électronique de puissance continuent de laisser entendre que les supercondensateurs remplacent les batteries dans un proche avenir. Avec les applications croissantes des supercondensateurs dans divers secteurs industriels, tels que l'électronique, l'énergie et l'énergie, l'armée et la défense et l'aérospatiale, le marché mondial des supercondensateurs devrait dépasser 5,5 milliards de dollars US d'ici 2028. Le taux de croissance exponentielle du marché des supercondensateurs est devrait amplifier les opportunités lucratives pour les chercheurs, les fabricants et les autres parties prenantes du paysage.

Aditi Yadwadkar est un rédacteur expérimenté d'études de marché et a beaucoup écrit sur l'industrie de l'électronique et des semi-conducteurs. Chez Future Market Insights (FMI), elle travaille en étroite collaboration avec l'équipe de recherche sur l'électronique et les semi-conducteurs pour répondre aux besoins des clients du monde entier. Ces informations sont basées sur un rapport sur le marché des supercondensateurs par FMI.