Inovasi dalam pengembangan superkapasitor: masa lalu, sekarang, dan masa depan

Industri elektronika daya telah berada pada spiral ke atas dan tidak menunjukkan tanda-tanda mereda, karena tren elektrifikasi menembus berbagai domain industri yang lebih luas dan memerlukan persyaratan perangkat elektronik daya berteknologi tinggi. Dalam beberapa tahun terakhir, terdapat peningkatan yang mencolok dalam kebutuhan solusi penyimpanan listrik tingkat lanjut, yang dipicu oleh pentingnya penyimpanan yang lebih cepat, manajemen daya yang efisien, dan pengoptimalan energi.

Sifat industri elektronika daya yang digerakkan oleh aplikasi telah memainkan peran penting dalam pengembangan solusi penyimpanan listrik, seperti kapasitor. Efektivitas waktu relatif dalam pengisian kapasitor telah mendorong implementasinya di banyak perangkat penyimpanan daya. Namun, masih ada potensi peningkatan dalam kemampuan penyimpanan listrik kapasitor, yang pada gilirannya telah memimpin pengembangan superkapasitor - juga dikenal sebagai ultrakapasitor atau kapasitor elektrokimia (EC).

Fokus pada Penyimpanan Daya yang Efisien Memicu Munculnya Superkapasitor

Seiring perkembangan industri mulai berputar di sekitar tren elektrifikasi, inovasi dalam desain superkapasitor semakin cepat. Raksasa global, termasuk General Electric, melakukan eksperimen yang didedikasikan untuk perbaikan desain di superkapasitor, dalam upaya untuk memanfaatkan permintaan superkapasitor yang terus meningkat di industri sebagai penggerak elektrifikasi utama. NEC Corporation adalah salah satu dari sedikit perusahaan pertama yang secara komersial memperkenalkan superkapasitor ke dunia; Perusahaan Minyak Standar Ohio (SOHIO) terutama dikaitkan dengan penemuan ini.

Pasca munculnya superkonduktor sebagai solusi penyimpanan energi yang lebih efisien, popularitas teknologi EC langsung melonjak. Desain superkapasitor telah maju melalui beberapa generasi sejak peluncuran komersial pertama mereka. Organisasi penelitian dan perusahaan terkemuka di industri elektronika daya masih berfokus pada inovasi seputar metode dan bahan manufaktur untuk lebih meningkatkan efisiensi biaya dan kinerja superkapasitor.

Lembaga Penelitian Menemukan Prosedur Manufaktur Inovatif untuk Superkapasitor

Terlepas dari karakteristik operasional superkapasitor yang sangat baik, produsen masih berjuang untuk mengendalikan biaya produksi yang tinggi, dan kemampuan penyimpanan energi superkapasitor yang lebih rendah, dibandingkan dengan baterai. Selain itu, kekhawatiran terkait ketahanan terhadap superkapasitor telah membatasi penerapannya dalam aplikasi industri sampai batas tertentu. Menanggapi kekhawatiran ini, perusahaan manufaktur superkapasitor telah banyak berinvestasi dalam penelitian dan pengembangan (R&D) untuk merancang versi superkapasitor yang lebih unggul.

Beberapa inovasi berbasis penelitian yang membentuk pasar superkapasitor dalam lima tahun terakhir adalah,

• Pada Februari 2013, para peneliti di University of California, Los Angeles menemukan metode fabrikasi yang inovatif dan hemat biaya untuk memproduksi superkapasitor skala mikro dengan menggunakan pembakar DVD LightScribe tingkat konsumen. Mikrokapasitor ini terdiri dari lapisan karbon grafit setebal satu atom dan dapat dengan mudah diintegrasikan ke dalam perangkat elektronik miniatur. Dengan menggunakan lembaran graphene dua dimensi yang dikombinasikan dengan teknik fabrikasi baru, para peneliti dapat mengurangi biaya produksi dan memperluas cakupan aplikasi untuk superkapasitor.
• Pada Juli 2013, para peneliti dari Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) mengembangkan metode inovatif untuk memproduksi secara massal bola nano graphene mesopori 3 dimensi (MGB) yang dapat digunakan dalam pembuatan superkapasitor. Para peneliti memproyeksikan bahwa sifat mesopori graphene akan meningkatkan skalabilitas, kualitas, dan efisiensi biaya super kapasitor, memperluas cakupan aplikasinya pada kendaraan listrik.
• Pada Agustus 2014, para insinyur di Monash University di Australia mengembangkan metode baru metode produksi graphene di dalam superkapasitor untuk meningkatkan kepadatan energinya 10 kali lebih banyak daripada perangkat komersial. Para insinyur menciptakan bahan grafena makroskopik melalui proses yang mirip dengan metode pembuatan kertas tradisional. Selain itu, mereka selanjutnya menegaskan bahwa dengan mengurangi bahan kimia berbasis solusi - grafit oksida dalam graphene, para insinyur dapat membuka jalan baru untuk komersialisasi graphene dan superkapasitor padat energi 10x.
• Sekelompok peneliti di Korea Selatan menemukan bahan alternatif yang sangat inovatif namun sangat cocok untuk elektroda superkapasitor pada Agustus 2014. Mereka menemukan cara untuk menggunakan filter rokok di superkapasitor, yang dapat diubah menjadi bahan berbasis karbon berkinerja tinggi dengan daya tinggi kepadatan. Para peneliti berhasil menggunakan filter rokok bekas untuk menyimpan lebih banyak energi listrik daripada karbon yang tersedia secara komersial.

Fokus pada Perkembangan Material Superkapasitor Di Sekitar

Langkah menuju pengembangan bahan berkinerja tinggi telah mendapatkan palpabilitas di antara produsen superkapasitor, dengan permintaan superkapasitor yang terus meningkat dalam berbagai aplikasi industri, seperti elektronik konsumen yang dapat dikenakan dan kendaraan listrik. Meskipun graphene tetap menjadi salah satu bahan yang tepat untuk superkapasitor, aktivitas penelitian yang sedang berlangsung menyinggung transformasi signifikan dalam lanskap pasar superkapasitor.

Sekelompok ahli kimia dari Institut Van't Hoff untuk Ilmu Molekuler Universitas Amsterdam menemukan bahan baru untuk superkapasitor saat melakukan eksperimen untuk proyek sel bahan bakar mereka. Para peneliti menemukan bahwa bahan superkapasitor berpori tinggi itu berbiaya rendah, ringan, dan tidak beracun, dan dapat digunakan dalam aplikasi superkapasitor komersial potensial, seperti transportasi, elektronik, dan perangkat penyimpanan energi.

Kelompok ilmuwan lain di UC Santa Cruz dan Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) menggunakan grafena cetak 3D ultrafast untuk mengurangi ketebalan hingga milimeter dan meningkatkan karakteristik kinerja superkapasitor termasuk kepadatan daya dan retensi kapasitansi.

Sebuah super dilipat terbuat dari kertas biasa oleh para insinyur dari Georgia Tech dan Universitas Korea yang dapat menyimpan lebih banyak energi lebih lama, terutama dalam produk elektronik dpt dipakai seperti yang fleksibel. Ilmuwan, insinyur, dan peneliti di seluruh dunia terutama berfokus pada menyeimbangkan kepadatan daya dan kepadatan energi superkapasitor untuk menghindari hilangnya daya sekaligus.

Perkembangan dan inovasi terkini dalam bahan yang digunakan dalam pembuatan superkapasitor terutama berpusat pada pengurangan kemungkinan pelepasan sendiri atau korsleting. Pemangku kepentingan di pasar superkapasitor bertujuan untuk memanfaatkan berbagai karakteristik kinerja kapasitor semu dan kapasitor hibrida, yang dapat mencerminkan kepadatan energi yang lebih tinggi daripada jenis superkapasitor lainnya.

Sementara permintaan kapasitor lapis ganda listrik tetap tertinggi di pasar super kapasitor, kapasitor hibrida menyaksikan peningkatan permintaan dalam berbagai aplikasi industri.

Industri Otomotif - Area Potensi Pertumbuhan Utama untuk Produsen Superkapasitor

Sektor otomotif adalah area dengan potensi pertumbuhan tinggi bagi produsen perangkat penyimpanan energi berkualitas tinggi, seperti superkapasitor, saat ini. Pada 2013, aplikasi otomotif supercapacitors menyumbang kurang dari 1/5 ^th pangsa pendapatan pasar supercapacitors. Namun, dengan perkembangan terkini dalam industri otomotif, mobil telah menjadi salah satu aplikasi superkapasitor yang paling penting.

Dengan produsen otomotif yang berfokus pada pengurangan ketergantungan pada industri minyak, dan badan pengatur yang memberlakukan peraturan lingkungan yang ketat, prospek pertumbuhan kendaraan listrik diramalkan akan menjanjikan. Hal ini menyebabkan produsen superkapasitor mengincar peluang menguntungkan dalam industri otomotif yang berkembang pesat.

Mengembangkan superkapasitor yang cocok untuk kendaraan listrik atau kendaraan listrik hibrida adalah salah satu strategi bisnis terpenting perusahaan manufaktur superkapasitor. Di sisi lain, pabrikan otomotif juga berlomba untuk meluncurkan kendaraan listrik paling efisien, yang membenarkan perburuan mereka untuk sistem penyimpanan energi berkualitas tinggi. Hal ini pada akhirnya mencerminkan ruang lingkup inovasi superkapasitor yang terus berkembang dalam industri otomotif yang berkembang pesat.

Pada Februari 2019, Tesla Inc. - raksasa global di industri otomotif dan energi - mengumumkan bahwa mereka telah mengakuisisi Maxwell Technologies Inc. - sebuah perusahaan teknologi baterai terkemuka - dengan harga sekitar US $ 218 juta. Perusahaan bertujuan untuk memanfaatkan peluang yang menguntungkan untuk kendaraan listrik, dan dengan akuisisi ini, pihaknya berencana untuk menambah keahlian di bidang supercapacitors yang dapat mempercepat kemampuan pengisian mobil.

Pada Mei 2018, Rolls-Royce - pembuat mobil mewah terkemuka di dunia - menandatangani perjanjian kolaborasi dengan Superdielectrics Ltd - perusahaan rintisan teknologi yang berbasis di Inggris, mengeksplorasi potensi superkapasitor dan menciptakan penyimpanan energi tinggi yang canggih teknologi. Dengan kemitraan ini, Roll-Royce bertujuan untuk menggabungkan keahliannya dalam ilmu material dengan polimer hidrofilik Superdielectrics untuk mengembangkan aplikasi baterai superkapasitor kelas dunia.

Lamborghini adalah produsen mobil terkemuka lainnya yang bergabung dengan kelompok perusahaan mobil yang berencana untuk memanfaatkan karakteristik superkapasitor yang luar biasa selama elektrifikasi industri otomotif. Kepala teknis perusahaan baru-baru ini menyatakan bahwa perusahaan sebelumnya telah menggunakan superkapasitor di Lamborghini Aventador untuk baterai starter. Para ahli memperkirakan bahwa penerus Aventador mungkin menggunakan superkapasitor yang sama.

Industri otomotif yang terus berkembang telah menciptakan lingkungan persaingan yang sangat menarik bagi produsen superkapasitor. Pencarian untuk kemajuan konstan dalam kinerja superkapasitor kemungkinan akan memicu beberapa inovasi terobosan di pasar superkapasitor di tahun-tahun mendatang.

Peran Superkapasitor dalam Prospek Industri Elektronika dan Energi & Tenaga

Industri otomotif dan transportasi diharapkan menyumbang lebih dari sepertiga pangsa pendapatan pasar supercapacitors dalam dekade mendatang. Terlepas dari masa depan yang dimuliakan untuk superkapasitor di industri otomotif era baru, industri elektronik konsumen dan energi & tenaga cenderung memegang andil terbesar dalam pengembangan pasar superkapasitor.

Superkapasitor disebut-sebut sebagai pekerja keras dari produk elektronik apa pun yang bekerja pada baterai atau sistem penyimpanan energi. Di tahun-tahun mendatang, superkapasitor cenderung menyaksikan penerimaan di mana-mana di berbagai vertikal industri. Masa depan pasar supercapacitors kemungkinan akan menyaksikan munculnya EC yang akan memberi daya pada masa depan produk wearable modern dan produk elektronik konsumen. Superkapasitor surya juga merupakan hal dari masa depan, yang diharapkan memiliki potensi penjualan yang besar dalam lanskap sensor yang dapat dikenakan, terutama di perangkat kesehatan yang dapat dikenakan.

Kegiatan penelitian yang sedang berlangsung dan perkembangan dalam industri elektronika daya terus mengisyaratkan superkapasitor akan mengganti baterai dalam waktu dekat. Dengan meningkatnya aplikasi superkapasitor di berbagai sektor industri, seperti elektronik, energi & listrik, militer & pertahanan, dan kedirgantaraan, pasar global untuk superkapasitor diperkirakan akan melampaui US $ 5,5 miliar pada tahun 2028. Tingkat pertumbuhan eksponensial pasar superkapasitor adalah diharapkan dapat memperkuat peluang yang menguntungkan bagi peneliti, produsen, dan pemangku kepentingan lainnya di lanskap.

Aditi Yadwadkar adalah penulis riset pasar yang berpengalaman dan telah banyak menulis tentang industri Elektronika dan Semikonduktor. Di Future Market Insights (FMI), dia bekerja sama dengan tim peneliti Elektronika dan Semikonduktor untuk melayani kebutuhan klien dari seluruh dunia. Wawasan ini didasarkan pada laporan di Supercapacitors Market oleh FMI.