Abstraktne
GMCC on edukalt välja töötanud uuendusliku 5000F superkondensaatori, millel on suurem energiatihedus (> 10 Wh/kg) 60138 standardsuuruses. See pakub suurt võimsustihedust, peaaegu kohest laadimist ja tühjendamist, suurt töökindlust, äärmuslike temperatuuride taluvust ja samaaegset kasutusiga üle 1 000 000 laadimis-tühjendustsükli. GMCC 5000F element suudab oluliselt parandada inertsi tuge ja primaarse sagedusmodulatsiooni võimet elektrivõrgus ning parandada võrgus olevate seadmete jõudlust. Samal ajal suudab GMCC 5000F element rahuldada abimadala temperatuuriga külmkäivituse, toitetoetuse, energia taaskasutuse, juhtmega juhitava madalpinge toiteallika nõudeid autotööstusele ja muudele energiarakendustele.
Sissejuhatus
Ultrakondensaatorid, kui väga usaldusväärne toiteallikas, mis tagab lühikese aja jooksul suure voolutugevuse, on tänapäeval pälvinud üha suuremat tähelepanu. Üha enam globaalse elektrifitseerimisega on tehtud tohutuid pingutusi energia- ja võimsustiheduse, kvaliteedi, ohutuse parandamiseks ja energiasalvestusseadmete maksumuse vähendamiseks. Superkondensaatoreid aktsepteeritakse üha enam energiasalvestussüsteemidena, mis võimaldavad autotööstuses rakendusi, nagu täiustatud sõiduabi (ADAS), uuenduslikud vedrustus- ja stabilisaatorvarrassüsteemid ning täiustatud hädapidurdussüsteem (AEBS) jne. Lähitulevikus, pidades silmas puhta energia, näiteks fotogalvaanika ja tuuleenergia, laiaulatuslikku ühendamist energiavõrku, eeldatakse, et ultrakondensaatorid kiirendavad uute energiasüsteemide, näiteks elektrivõrgu sagedusmodulatsiooni, arengut.
Joonis 1 GMCC 2.7V 5000F EDLC element
5000F ülikondensaatori tehnoloogia
Praegu on superkondensaatorite tööstuses elemendi maksimaalne mahtuvus vaid 3000F ja kuna positiivse ja negatiivse elektroodi aktiivsöe eripinda ei kasutata kaugeltki efektiivselt ära, on praegune efektiivne kasutusmäär vaid umbes 10%. Kui superkondensaatorite energiatiheduse kitsaskoht ja piirangud on murtud, tuleb materjali struktuuris, tahke-vedeliku piirpinnal ja elektrokeemilisel süsteemil teha mõningaid põhimõttelisi uuendusi ja kohandusi.
GMCC on läbi viinud mitmemõõtmelise põhjaliku tehnilise optimeerimise, mis hõlmab molekulaarset/ioonset skaalat, materjali mikro- ja nanostruktuuri skaalat, materjali mikro tahke-vedeliku piirpindade skaalat, materjali osakeste skaalat, suure mahtuvusega elektrokeemilise süsteemi väljatöötamist, raku struktuuri disaini jne. Esiteks on süsinikmaterjalide pooride struktuuri ja pinnaomadusi põhjalikult analüüsitud ja optimeeritud ning süsinikmaterjal on spetsiaalselt konstrueeritud läbitungiva hierarhilise poorse struktuuriga (mikropoorid, mesopoorid ja makropoorid on vastastikku takistamata). Teiseks on põhjalikult arvesse võetud võtmenäitajaid, nagu ioonide suurus, ioonide aktiivsus, solvatatsiooniefekt ja elektrolüüdi viskoossus. Materjali/elektrolüüdi tahke-vedeliku piirpindade sobivusuuringu põhjal on aktiivsöe eripind maksimaalselt ära kasutatud ning pinnale adsorbeeritud laengu hulk ja võime on oluliselt paranenud. Kolmandaks on spetsiaalne separaator valmistatud komposiitkiudmaterjalist ning sellel on kõrge tugevus, kõrge poorsus ja kõrge vedeliku imamisvõime. Seejärel on elektroodi tihendustiheduse oluliseks parandamiseks kasutusele võetud saastevaba kuiva elektroodi protsess. Samal ajal parandab see ka elemendi vibratsioonikindlust ja eluiga ning kleepuv fibroosprotsess kleepub materjaliosakeste pinnale ja kerib seda, moodustades „puuri“ struktuuri, mis hõlbustab elektrolüüdi adsorptsiooni ja ioonide ülekannet. Lõpuks võtab GMCC kasutusele täisklambrilise ja täislaserkeevitustehnoloogia ning saadud element on metallurgiliselt kõvasti ühendatud struktuur, millel on madal oomiline kontakttakistus ja suurepärane vibratsioonikindlus, mis vastab autotööstuse standardi AECQ200 nõuetele.
| ELEKTRILISED SPETSIFIKATSIOONID | |
| Tjah | C60W-2R7-5000 |
| NimipingeVR | 2.7V |
| ÜlepingeVS1 | 2.85V |
| Nimimahtuvus C2 | 5000 F |
| Mahtuvuse tolerants3 | -0%/+20% |
| ESR2 | ≤0,25mΩ |
| LekkevoolMinaL4 | <9 mA |
| Isetühjenemise määr 5 | <20% |
| Maksimaalne püsivool IMCC(ΔT = 15°C)6 | 136A |
| Maksimaalne voolIMaks7 | 3,0 tuhatA |
| LühisvoolMinaS8 | 10,8 kA |
| Salvestatud EnergiaE9 | 5,1 Wh |
| EnergiatihedusEd 10 | 9,9 Wh/kg |
| Kasulik võimsustihedusPd11 | 6,8 kW/kg |
| Sobiv impedantsi võimsusPdMax12 | 14.2kW/kg |
Tabel 1 GMCC 2.7V 5000F EDLC elemendi põhilised elektrilised spetsifikatsioonid
Nimipingega superkondensaatori määramiseks peab element vastama teatud tingimustele. Viimastel aastatel on tööstuses kehtestatud standard. Maksimaalsel töötemperatuuril (enamiku superkondensaatorite puhul 65 °C) ja nimipingel hoides peab element saavutama määratletud eluea, jäädes samal ajal määratletud eluea lõpu kriteeriumide piiresse. Enamiku superkondensaatorite tootjate eluiga on seatud 1500 tunnile ning eluea lõpu kriteeriumid on nimimahtuvuse kadu alla 20% ja maksimaalne tõus 100% määratud ESR-väärtusest. Joonis 2 näitab, et GMCC 5000F superkondensaator vastab neile tingimustele.
Joonis 2. GMCC 5000F ultrakondensaatori mahtuvuse (vasak kõver) ja ESR-i (parem kõver) muutumine temperatuuril 65 °C ja pingel 2,7 V.
Tulevik
Usume, et eesmärgipärane ja intensiivne teadus- ja arendustegevus võimaldab meil veelgi parandada elementide üldist jõudlust, eriti elementide pinget. Praeguste laboritulemuste põhjal eeldame, et järgmine elementide pinge tase saavutatakse lähitulevikus. See võimaldab meil suurendada GMCC superkondensaatorite energia- ja võimsustihedust ning seega sammu pidada üha väiksemate ja võimsamate energiasalvestuslahenduste trendiga.
Postituse aeg: 09.10.2023