Sažetak
GMCC je uspješno razvio inovativni ultrakondenzator od 5000F s većom gustoćom energije (＞10 Wh/kg) u standardnoj veličini 60138, koji može ponuditi visoku gustoću snage, gotovo trenutno punjenje i pražnjenje, visoku pouzdanost, ekstremnu toleranciju na temperaturu i vijek trajanja od preko 1.000.000 ciklusa punjenja i pražnjenja istovremeno. GMCC 5000F ćelija može uvelike poboljšati podršku inerciji i sposobnost primarne frekvencijske modulacije za električnu mrežu te poboljšati performanse opreme u mreži. U međuvremenu, GMCC 5000F ćelija može zadovoljiti pomoćni hladni start na niskim temperaturama, podršku napajanju, oporavak energije, žičano kontrolirano niskonaponsko napajanje za automobilske i druge energetske primjene.
Uvod
Ultrakondenzatori, kao vrlo pouzdan izvor energije koji osigurava visoku struju u kratkom vremenskom razdoblju, privukli su sve veću pozornost u današnje vrijeme. S rastućom globalnom elektrifikacijom uloženi su ogromni napori u poboljšanje gustoće energije i snage, kvalitete, sigurnosti i smanjenja troškova uređaja za pohranu energije. Ultrakondenzatori se sve više prihvaćaju kao sustavi za pohranu energije koji omogućuju automobilske primjene kao što su napredna pomoć u vožnji (ADAS), inovativni sustavi ovjesa i stabilizatora te napredni sustavi kočenja u nuždi (AEBS) itd. U bliskoj budućnosti, suočeni s velikim spajanjem čiste energije poput fotonaponske energije i energije vjetra na energetsku mrežu, očekuje se da će ultrakondenzatori ubrzati razvoj novih energetskih sustava, kao što je modulacija frekvencije električne mreže.
Sl. 1 GMCC 2.7V 5000F EDLC ćelija
Tehnologija ultrakondenzatora od 5000F
Trenutno je maksimalni kapacitet ćelije u industriji superkondenzatora samo 3000F, a budući da je specifična površina aktivnog ugljena u pozitivnim i negativnim elektrodama daleko od učinkovitog iskorištenja, trenutna efektivna stopa iskorištenja je samo oko 10%. Ako se usko grlo gustoće energije i ograničenja ultrakondenzatora riješe, moraju se napraviti neke temeljne inovacije i prilagodbe iz strukture materijala, sučelja čvrsto-tekućina i elektrokemijskog sustava.
GMCC je proveo višedimenzionalnu sveobuhvatnu tehničku optimizaciju, uključujući molekularnu/ionsku skalu, skalu mikro i nano strukture materijala, skalu mikro granica čvrsto-tekućina materijala, skalu čestica materijala, razvoj elektrokemijskih sustava visokog kapaciteta, dizajn ćelijske strukture itd. Prvo, struktura pora i površinske karakteristike ugljičnih materijala su dubinski analizirane i optimizirane, a ugljični materijal je posebno dizajniran s međusobno prožimajućom hijerarhijskom poroznom strukturom (mikropore, mezopore i makropore su međusobno neometane). Drugo, ključni pokazatelji poput veličine iona, aktivnosti iona, učinka solvatacije, viskoznosti elektrolita su sveobuhvatno razmotreni. Na temelju studije podudaranja granica čvrsto-tekućina materijala/elektrolita, specifična površina aktivnog ugljena je u potpunosti iskorištena u maksimalnoj mjeri, a količina i sposobnost površinski adsorbiranog naboja su znatno poboljšane. Treće, poseban separator je izrađen od kompozitnog vlaknastog materijala i ima karakteristike visoke čvrstoće, visoke poroznosti i visoke sposobnosti apsorpcije tekućine. Nakon toga je usvojen postupak suhe elektrode bez zagađenja kako bi se znatno poboljšala gustoća zbijanja elektrode. U međuvremenu, ćelija ima bolju otpornost na vibracije i dulji vijek trajanja, a proces adhezivne fibroze prianja i namotava se na površinu čestica materijala formirajući "kaveznu" strukturu, što olakšava adsorpciju elektrolita i prijenos iona. Konačno, GMCC usvaja tehnologiju laserskog zavarivanja s jezičcima, a dobivena ćelija je metalurški čvrsto povezana struktura s niskim omskim kontaktnim otporom i izvrsnom otpornošću na vibracije, koja zadovoljava zahtjeve automobilskog standarda AECQ200.
| ELEKTRIČNE SPECIFIKACIJE | |
| Ttip | C60W-2R7-5000 |
| Nazivni naponVR | 2.7V |
| PrenaponVS1 | 2,85V |
| Nazivni kapacitet C2 | 5000 stupnjeva Fahrenheita |
| Tolerancija kapacitivnosti3 | -0%/+20% |
| ESR2 | ≤0,25mΩ |
| Struja curenjaJaL4 | <9 mA |
| Brzina samopražnjenja 5 | <20% |
| Maks. konstantna struja IMCC(ΔT = 15°C)6 | 136A |
| Maks. strujaIMaks.7 | 3,0 tisućaA |
| Kratka strujaJaS8 | 10,8 kA |
| Pohranjeno EnergijaE9 | 5,1 Wh |
| Gustoća energijeEd 10 | 9,9 Wh/kg |
| Korisna gustoća snagePd11 | 6,8 kW/kg |
| Snaga usklađene impedancijePdMax12 | 14.2kW/kg |
Tablica 1 Osnovne električne specifikacije GMCC 2.7V 5000F EDLC ćelije
Kako bi se specificirao ultrakondenzator s nazivnim naponom, ćelija mora ispunjavati određene uvjete. Tijekom posljednjih godina u industriji je uspostavljen standard. Kada se drži na maksimalnoj radnoj temperaturi (65 °C za većinu ultrakondenzatora) i nazivnom naponu, ćelija mora postići definirani vijek trajanja, a istovremeno ostati unutar definiranih kriterija kraja vijeka trajanja. Vijek trajanja je postavljen na 1500 sati za većinu proizvođača ultrakondenzatora, a kriteriji kraja vijeka trajanja su manji od 20% nominalnog gubitka kapaciteta i maksimalno povećanje od 100% navedene ESR vrijednosti. Slika 2 pokazuje da ultrakondenzator GMCC 5000F može ispuniti te uvjete.
Sl. 2. Razvoj kapaciteta (lijeva krivulja) i ESR-a (desna krivulja) ultrakondenzatora GMCC 5000F držanog na temperaturi od 65 °C i naponu od 2,7 V.
Budućnost
Vjerujemo da će nam ciljano usmjerene, intenzivne istraživačko-razvojne aktivnosti omogućiti daljnje poboljšanje ukupnih performansi ćelija, posebno napona ćelija. Na temelju trenutnih laboratorijskih rezultata očekujemo da će se sljedeća razina napona ćelija pojaviti u doglednoj budućnosti. To će nam omogućiti povećanje gustoće energije i snage GMCC ultrakondenzatora i tako pratiti trend prema sve manjim i snažnijim rješenjima za pohranu energije.
Vrijeme objave: 09.10.2023.