Апстракт
GMCC је успешно развио иновативни ултракондензатор од 5000F са већом густином енергије (>10 Wh/kg) у стандардној величини 60138, који може да понуди високу густину снаге, готово тренутно пуњење и пражњење, високу поузданост, екстремну толеранцију на температуру и век трајања од преко 1.000.000 циклуса пуњења и пражњења истовремено. GMCC 5000F ћелија може значајно побољшати подршку инерције и могућност примарне фреквентне модулације за електроенергетску мрежу, и побољшати перформансе опреме у мрежи. У међувремену, GMCC 5000F ћелија може да задовољи потребе помоћног хладног старта на ниским температурама, подршке напајању, рекуперације енергије, нисконапонског напајања контролисаног жицом за аутомобилске и друге енергетске примене.
Увод
Ултракондензатори, као веома поуздан извор напајања који обезбеђује велику струју у кратком временском периоду, данас привлаче све већу пажњу. Са све већом глобалном електрификацијом, уложени су огромни напори да се побољша густина енергије и снаге, квалитет, безбедност и смање трошкови уређаја за складиштење енергије. Ултракондензатори се све више прихватају као системи за складиштење енергије који омогућавају аутомобилске примене као што су напредна помоћ у вожњи (ADAS), иновативни системи вешања и стабилизатора, као и напредни системи за кочење у хитним случајевима (AEBS) итд. У блиској будућности, суочени са великим повезивањем чисте енергије, као што су фотонапонски системи и енергија ветра, на енергетску мрежу, очекује се да ће ултракондензатори увести убрзани развој нових енергетских система, као што је модулација фреквенције електричне мреже.
Сл. 1 GMCC 2.7V 5000F EDLC ћелија
Технологија ултракондензатора од 5000F
Тренутно је максимални капацитет ћелије у индустрији суперкондензатора само 3000F, а пошто је специфична површина активног угља у позитивним и негативним електродама далеко од ефикасног искоришћења, тренутна ефективна стопа искоришћења је само око 10%. Ако се прекине уско грло густине енергије и ограничења ултракондензатора, морају се направити неке фундаменталне иновације и прилагођавања из структуре материјала, чврсто-течног интерфејса и електрохемијског система.
GMCC је спровео вишедимензионалну свеобухватну техничку оптимизацију, која обухвата молекуларну/јонску скалу, скалу микро и нано структуре материјала, скалу микро чврсто-течног интерфејса материјала, скалу честица материјала, развој електрохемијских система високог капацитета, дизајн ћелијске структуре итд. Прво, структура пора и површинске карактеристике угљеничних материјала су дубински анализиране и оптимизоване, а угљенични материјал је посебно дизајниран са интерпенетрирајућом хијерархијском порозном структуром (микропоре, мезопоре и макропоре су међусобно неометане). Друго, кључни индикатори као што су величина јона, активност јона, ефекат солватације, вискозност електролита су свеобухватно размотрени. На основу студије упаривања чврсто-течног интерфејса материјал/електролит, специфична површина активног угља је у потпуности искоришћена у максималној мери, а количина и способност површински адсорбованог наелектрисања су значајно побољшане. Треће, специјални сепаратор је направљен од композитног влакнастог материјала и има карактеристике високе чврстоће, високе порозности и високе способности апсорпције течности. Након тога је усвојен процес суве електроде без загађивања како би се значајно побољшала густина сабијања електроде. У међувремену, ћелија такође има бољу отпорност на вибрације и век трајања, а процес адхезивне фиброзе пријања и намотава се на површину честица материјала формирајући „кавезну“ структуру, што олакшава адсорпцију електролита и пренос јона. Коначно, GMCC усваја процес ласерског заваривања са свим језичцима, а добијена ћелија је металуршка тврдо повезана структура са ниским омским контактним отпором и одличном отпорношћу на вибрације, што испуњава захтеве аутомобилског стандарда AECQ200.
| ЕЛЕКТРИЧНЕ СПЕЦИФИКАЦИЈЕ | |
| Tтип | C60W-2R7-5000 |
| Називни напонВR | 2,7V |
| ПренапонVS1 | 2,85V |
| Номинални капацитет C2 | 5000 степени Фаренхајта |
| Толеранција капацитивности3 | -0%/+20% |
| Седиментација еритроцита (СЕ)2 | ≤0,25mΩ |
| Струја цурењаЈаL4 | <9 mA |
| Стопа самопражњења 5 | <20% |
| Максимална константна струја IМЦК(ΔТ = 15°C)6 | 136A |
| Максимална струјаIМакс7 | 3,0 хиљадеA |
| Кратка струјаЈаS8 | 10,8 kA |
| Сачувано ЕнергијаЕ9 | 5,1 Wh |
| Густина енергијеЕd 10 | 9,9 Wh/kg |
| Корисна густина снагеPd11 | 6,8 kW/kg |
| Снага усклађене импедансеPдМакс12 | 14.2kW/kg |
Таб. 1 Основне електричне спецификације GMCC 2.7V 5000F EDLC ћелије
Да би се одредио ултракондензатор са номиналним напоном, ћелија мора да испуњава одређене услове. У индустрији је током последњих година успостављен стандард. Када се држи на максималној радној температури (65°C за већину ултракондензатора) и номиналном напону, ћелија мора да постигне дефинисани век трајања, а да притом остане у оквиру дефинисаних критеријума за крај животног века. Век трајања је постављен на 1500 сати за већину произвођача ултракондензатора, а критеријуми за крај животног века су губитак номиналне капацитивности мањи од 20% и максимално повећање од 100% наведене вредности ESR. Слика 2 показује да ултракондензатор GMCC 5000F може да испуни ове услове.
Сл. 2 Еволуција капацитета (лева крива) и ESR-а (десна крива) ултракондензатора GMCC 5000F држаног на температури од 65 °C и напону од 2,7 V.
Будућност
Верујемо да ће нам циљано оријентисане, интензивне истраживачко-развојне активности омогућити да додатно побољшамо укупне перформансе ћелија, посебно напон ћелија. На основу тренутних лабораторијских резултата, очекујемо да ће се следећи ниво напона ћелија појавити у догледној будућности. Ово ће нам омогућити да повећамо густину енергије и снаге GMCC ултракондензатора и тако пратимо тренд ка све мањим и снажнијим решењима за складиштење енергије.
Време објаве: 09. окт. 2023.