Резюме
GMCC успешно разработи иновативен ултракондензатор 5000F с по-висока енергийна плътност (>10 Wh/kg) в стандартен размер 60138, който може да предложи висока плътност на мощността, почти мигновено зареждане и разреждане, висока надеждност, изключителна температурна толерантност и експлоатационен живот от над 1 000 000 цикъла на зареждане-разреждане едновременно. Клетката GMCC 5000F може значително да подобри инерционната поддръжка и способността за първична честотна модулация за електрическата мрежа, както и да подобри производителността на оборудването в мрежата. В същото време, клетката GMCC 5000F може да задоволи нуждите на спомагателен студен старт при ниска температура, захранване, рекуперация на енергия, нисковолтово захранване с контрол по кабел за автомобили и други енергийни приложения.
Въведение
Ултракондензатори, като високонадежден източник на енергия, който осигурява висок ток за кратък период от време, привличат все по-голямо внимание в днешно време. С нарастващата глобална електрификация се полагат огромни усилия за подобряване на енергийната и мощностна плътност, качеството, безопасността и намаляване на цената на устройствата за съхранение на енергия. Ултракондензаторите се приемат все по-често като системи за съхранение на енергия, позволяващи автомобилни приложения като усъвършенствана система за подпомагане на шофирането (ADAS), иновативни системи за окачване и стабилизираща щанга, както и усъвършенствана система за аварийно спиране (AEBS) и др. В близко бъдеще, предвид мащабното свързване към енергийната мрежа на чиста енергия, като фотоволтаична и вятърна енергия, се очаква ултракондензаторите да доведат до ускорено развитие на нови енергийни системи, като например честотна модулация на електрическата мрежа.
Фиг. 1 GMCC 2.7V 5000F EDLC клетка
5000F ултракондензаторна технология
В момента максималният капацитет на клетката в индустрията за суперкондензатори е само 3000F и тъй като специфичната повърхност на активния въглен в положителните и отрицателните електроди е далеч от ефективното използване, текущият ефективен коефициент на използване е само около 10%. Ако се преодолее ограничението на енергийната плътност и ограниченията на ултракондензаторите, трябва да се направят някои фундаментални иновации и корекции в структурата на материала, интерфейса твърдо-течно вещество и електрохимичната система.
GMCC е извършила многоизмерна цялостна техническа оптимизация, включваща молекулярен/йонен мащаб, микро- и наноструктурен мащаб на материала, микро-мащаб на интерфейса твърдо-течно вещество на материала, мащаб на материалните частици, разработване на електрохимични системи с висок капацитет, проектиране на клетъчна структура и др. Първо, структурата на порите и повърхностните характеристики на въглеродните материали са задълбочено анализирани и оптимизирани, а въглеродният материал е специално проектиран с взаимопроникваща йерархична пореста структура (микропорите, мезопорите и макропорите са взаимно свободни). Второ, ключови показатели като размер на йоните, йонна активност, ефект на солватация, вискозитет на електролита са всеобхватно разгледани. Въз основа на съвпадащото проучване на интерфейса твърдо-течно вещество/електролит, специфичната повърхност на активния въглен е използвана максимално, а количеството и способността на повърхностно адсорбиран заряд са значително подобрени. Трето, специалният сепаратор е изработен от композитен влакнест материал и има характеристиките на висока якост, висока порьозност и висока способност за абсорбиране на течности. Впоследствие е възприет незамърсяващ процес на сух електрод, за да се подобри значително плътността на уплътняване на електрода. В същото време, това прави клетката по-устойчива на вибрации и по-дълъг живот, а адхезивният фиброзен процес се прилепва и навива върху повърхността на материалните частици, образувайки „клетъчна“ структура, което улеснява адсорбцията на електролита и предаването на йони. Накрая, GMCC използва изцяло лазерна заваръчна технология, като получената клетка е металургична твърдо свързана структура с ниско омично контактно съпротивление и отлична устойчивост на вибрации, която отговаря на изискванията на автомобилния стандарт AECQ200.
| ЕЛЕКТРИЧЕСКИ СПЕЦИФИКАЦИИ | |
| Tтип | C60W-2R7-5000 |
| Номинално напрежениеВR | 2.7V |
| ПренапрежениеVS1 | 2.85V |
| Номинален капацитет C2 | 5000 градуса по Фаренхайт |
| Толеранс на капацитета3 | -0%/+20% |
| СУЕ2 | ≤0,25мОм |
| Ток на утечкаАзL4 | <9 mA |
| Скорост на саморазреждане 5 | <20% |
| Максимален постоянен ток IМКЦ(Δ(Т = 15°C)6 | 136A |
| Максимален токIМакс7 | 3,0 хилядиA |
| Къс токАзS8 | 10,8 kA |
| Съхранено ЕнергияЕ9 | 5,1 Wh |
| Енергийна плътностЕd 10 | 9,9 Wh/kg |
| Използваема плътност на мощносттаPd11 | 6,8 kW/kg |
| Съвпадаща импедансна мощностPdMax12 | 14.2kW/kg |
Табл. 1 Основни електрически спецификации на GMCC 2.7V 5000F EDLC клетка
За да се определи ултракондензатор с номинално напрежение, клетката трябва да отговаря на определени условия. През последните години в индустрията е установен стандарт. Когато се съхранява при максимална работна температура (65°C за повечето ултракондензатори) и номинално напрежение, клетката трябва да постигне определен живот, като същевременно остава в рамките на определените критерии за край на жизнения цикъл. Животът е определен на 1500 часа за повечето производители на ултракондензатори, а критериите за край на жизнения цикъл са по-малко от 20% номинална загуба на капацитет и максимално увеличение от 100% на посочената стойност на ESR. Фиг. 2 показва, че ултракондензаторът GMCC 5000F може да отговори на тези условия.
Фиг. 2 Еволюция на капацитета (лява крива) и ESR (дясна крива) на ултракондензатор GMCC 5000F, поддържан при температура 65 °C и напрежение 2,7 V.
Бъдещето
Вярваме, че целенасочените, интензивни научноизследователски и развойни дейности ще ни позволят да подобрим допълнително цялостната производителност на клетките, особено напрежението на клетките. Въз основа на текущите лабораторни резултати очакваме следващото ниво на напрежение на клетките да се появи в обозримо бъдеще. Това ще ни позволи да увеличим енергийната и мощностна плътност на ултракондензаторите GMCC и по този начин да сме в крак с тенденцията към все по-малки и по-мощни решения за съхранение на енергия.
Време на публикуване: 09 октомври 2023 г.