Abstrakti
GMCC on onnistuneesti kehittänyt innovatiivisen 5000F:n ultrakondensaattorin, jolla on korkea energiatiheys (> 10 Wh/kg) 60138-standardikoossa. Se tarjoaa suuren tehotiheyden, lähes välittömän latauksen ja purkauksen, korkean luotettavuuden, äärimmäisten lämpötilojen sietokyvyn ja yli miljoonan samanaikaisen lataus- ja purkaussyklin käyttöiän. GMCC 5000F -kenno voi parantaa huomattavasti inertiantukea ja ensisijaisen taajuusmodulaation kykyä sähköverkossa sekä parantaa verkon laitteiden suorituskykyä. Samaan aikaan GMCC 5000F -kenno voi täyttää matalan lämpötilan kylmäkäynnistyksen, tehontuen, energian talteenoton ja langallisesti ohjattavan pienjännitevirtalähteen tarpeet autoteollisuudessa ja muissa tehonsyötöissä.
Johdanto
UltrakondensaattoritUltrakondensaattorit ovat erittäin luotettava virtalähde, joka tuottaa suuren virran lyhyessä ajassa, ja ne ovat herättäneet nykyään yhä enemmän huomiota. Sähköistyvän maailmanlaajuisen kehityksen myötä on nähty valtavia ponnisteluja energian ja tehon tiheyden, laadun ja turvallisuuden parantamiseksi sekä energian varastointilaitteiden kustannusten alentamiseksi. Ultrakondensaattoreita hyväksytään yhä enemmän energian varastointijärjestelminä, jotka mahdollistavat autoteollisuuden sovelluksia, kuten edistyneet ajoavustinjärjestelmät (ADAS), innovatiiviset jousitus- ja kallistuksenvakainjärjestelmät sekä edistyneet hätäjarrutusjärjestelmät (AEBS). Lähitulevaisuudessa, kun puhdasta energiaa, kuten aurinkosähköä ja tuulivoimaa, liitetään laajamittaisesti sähköverkkoon, ultrakondensaattoreiden odotetaan vauhdittavan uusien sähköjärjestelmien, kuten sähköverkon taajuusmodulaation, kehitystä.
Kuva 1 GMCC 2.7V 5000F EDLC-kenno
5000F:n ultrakondensaattoritekniikka
Tällä hetkellä superkondensaattoriteollisuuden kennon maksimikapasitanssi on vain 3000F, ja koska aktiivihiilen ominaispinta-ala positiivisissa ja negatiivisissa elektrodeissa on kaukana tehokkaasta hyödynnyksestä, nykyinen tehokas käyttöaste on vain noin 10%. Jos superkondensaattoreiden energiatiheyden pullonkaula ja rajoitukset poistetaan, materiaalirakenteeseen, kiinteän aineen ja nesteen rajapintaan sekä sähkökemialliseen järjestelmään on tehtävä joitakin perustavanlaatuisia innovaatioita ja säätöjä.
GMCC on toteuttanut kattavan ja moniulotteisen teknisen optimoinnin, johon on liittynyt molekyyli-/ionimittakaava, materiaalin mikro- ja nanorakennemittakaava, materiaalin mikro-kiinteän aineen ja nesteen rajapinnan mittakaava, materiaalin hiukkasmittakaava, suuren kapasitanssin sähkökemiallisen järjestelmän kehitys, kennorakenteen suunnittelu jne. Ensinnäkin hiilimateriaalien huokosrakennetta ja pintaominaisuuksia on analysoitu ja optimoitu perusteellisesti, ja hiilimateriaali on erityisesti suunniteltu lomittuvalla hierarkkisella huokoisella rakenteella (mikrohuokoset, mesohuokoset ja makrohuokoset ovat esteettömiä). Toiseksi, keskeisiä indikaattoreita, kuten ionikokoa, ioniaktiivisuutta, solvataatiovaikutusta ja elektrolyytin viskositeettia, on tarkasteltu kattavasti. Materiaalin ja elektrolyytin kiinteän aineen ja nesteen rajapinnan yhteensovitustutkimuksen perusteella aktiivihiilen ominaispinta-alaa hyödynnetään täysimääräisesti, ja pinnalle adsorboituvan varauksen määrä ja kyky paranevat huomattavasti. Kolmanneksi, erityinen erotin on valmistettu komposiittikuitumateriaalista, ja sillä on ominaisuuksia, kuten korkea lujuus, korkea huokoisuus ja korkea nesteen imeytymiskyky. Myöhemmin käytetään saastuttamatonta kuivaelektrodiprosessia elektrodin tiivistystiheyden parantamiseksi huomattavasti. Samaan aikaan se parantaa myös kennon tärinänkestoa ja käyttöikää, ja liimautuva fibroosiprosessi tarttuu ja kiemurtelee materiaalihiukkasten pinnalla muodostaen "häkkirakenteen", joka helpottaa elektrolyytin adsorptiota ja ionien siirtymistä. Lopuksi GMCC ottaa käyttöön all-tab-laserhitsaustekniikan, ja saatu kenno on metallurginen kovaliitosrakenne, jolla on alhainen ohminen kosketusvastus ja erinomainen tärinänkestävyys, joka täyttää autoteollisuuden AECQ200-standardin vaatimukset.
| SÄHKÖTIEDOT | |
| Tkyllä | C60W-2R7-5000 |
| NimellisjänniteVR | 2.7V |
| YlijänniteVS1 | 2.85V |
| Nimelliskapasitanssi C2 | 5000 F |
| Kapasitanssitoleranssi3 | -0 %/+20 % |
| ESR2 | ≤0,25mΩ |
| VuotovirtaMinäL4 | <9 mA |
| Itsepurkautumisnopeus 5 | <20 % |
| Suurin vakiovirta IOma asiakaskeskus(Δ(lämpötila = 15 °C)6 | 136A |
| MaksimivirtaIMaksi7 | 3,0 tuhattaA |
| LyhytvirtaMinäS8 | 10,8 kA |
| Tallennettu EnergiaE9 | 5,1 Wh |
| EnergiatiheysEd 10 | 9,9 Wh/kg |
| Käyttökelpoinen tehotiheysPd11 | 6,8 kW/kg |
| Sovitettu impedanssitehoPdMax12 | 14.2kW/kg |
Taulukko 1 GMCC 2.7V 5000F EDLC-kennon sähköisten perustietojen määritys
Jotta ultrakondensaattorille voidaan määrittää nimellisjännite, kennon on täytettävä tietyt ehdot. Alalla on viime vuosina laadittu standardi. Kun kennon käyttölämpötilaa (useimmille ultrakondensaattoreille 65 °C) ja nimellisjännitettä käytetään korkeimmalla sallitulla käyttöiällä, sen on saavutettava määritelty käyttöikä ja samalla pysyttävä määriteltyjen käyttöiän loppukriteerien rajoissa. Useimpien ultrakondensaattorien valmistajien käyttöikä on 1500 tuntia, ja käyttöiän loppukriteerit ovat alle 20 %:n nimellinen kapasitanssihäviö ja enintään 100 %:n nousu määritellystä ESR-arvosta. Kuva 2 osoittaa, että GMCC 5000F -ultrakondensaattori voi täyttää nämä ehdot.
Kuva 2. GMCC 5000F -ultrakondensaattorin kapasitanssin (vasen käyrä) ja ESR:n (oikea käyrä) kehitys 65 °C:n lämpötilassa ja 2,7 V:n jännitteellä.
Tulevaisuus
Uskomme, että tavoitteellinen ja intensiivinen tutkimus- ja kehitystoiminta mahdollistaa kennojen kokonaissuorituskyvyn, erityisesti kennojännitteen, parantamisen entisestään. Nykyisten laboratoriotulosten perusteella odotamme seuraavan kennojännitetason saavutettavan lähitulevaisuudessa. Tämä mahdollistaa GMCC-ultrakondensaattoreiden energia- ja tehotiheyden kasvattamisen ja siten yhä pienempien ja tehokkaampien energian varastointiratkaisujen trendin pysymisen vauhdissa.
Julkaisun aika: 09.10.2023