Sažetak
GMCC je uspješno razvio inovativni ultrakondenzator od 5000F sa većom gustinom energije (>10 Wh/kg) u standardnoj veličini 60138, koji može ponuditi visoku gustinu snage, gotovo trenutno punjenje i pražnjenje, visoku pouzdanost, ekstremnu toleranciju na temperature i vijek trajanja od preko 1.000.000 ciklusa punjenja i pražnjenja istovremeno. GMCC 5000F ćelija može značajno poboljšati podršku inerciji i sposobnost primarne frekventne 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 visoko pouzdan izvor energije koji obezbjeđuje visoku struju u kratkom vremenskom periodu, privukli su sve veću pažnju danas. Sa sve većom globalnom elektrifikacijom, uloženi su ogromni napori da se poboljša gustina energije i snage, kvalitet, sigurnost i smanje troškovi uređaja za skladištenje energije. Ultrakondenzatori se sve više prihvataju kao sistemi za skladištenje energije koji omogućavaju automobilske primjene kao što su napredna pomoć u vožnji (ADAS), inovativni sistemi ovjesa i stabilizatora, te napredni sistemi za kočenje u nuždi (AEBS) itd. U bliskoj budućnosti, suočeni sa velikim povezivanjem čiste energije, kao što su fotonaponski sistemi i energija vjetra, na energetsku mrežu, očekuje se da će ultrakondenzatori ubrzati razvoj novih energetskih sistema, kao što je modulacija frekvencije električne mreže.
Sl. 1 GMCC 2.7V 5000F EDLC ćelija
Tehnologija ultrakondenzatora 5000F
Trenutno je maksimalni kapacitet ćelije u industriji superkondenzatora samo 3000F, a budući da je specifična površina aktivnog uglja u pozitivnim i negativnim elektrodama daleko od efikasnog iskorištenja, trenutna efektivna stopa iskorištenja je samo oko 10%. Ako se usko grlo gustoće energije i ograničenja ultrakondenzatora riješe, moraju se napraviti neke fundamentalne inovacije i prilagođavanja iz strukture materijala, čvrsto-tekućeg interfejsa i elektrohemijskog sistema.
GMCC je proveo višedimenzionalnu sveobuhvatnu tehničku optimizaciju, uključujući molekularnu/jonsku skalu, skalu mikro i nano strukture materijala, skalu mikro čvrsto-tekućeg graničnog prostora materijala, skalu čestica materijala, razvoj elektrohemijskog sistema 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 indikatori kao što su veličina iona, aktivnost iona, efekat solvatacije, viskoznost elektrolita su sveobuhvatno razmotreni. Na osnovu studije podudaranja graničnog prostora čvrsto-tekućina materijala/elektrolita, specifična površina aktivnog uglja je u potpunosti iskorištena u maksimalnoj mjeri, a količina i sposobnost površinski adsorbovanog naboja su znatno poboljšane. Treće, specijalni separator je napravljen od kompozitnog vlaknastog materijala i ima karakteristike visoke čvrstoće, visoke poroznosti i visoke sposobnosti apsorpcije tečnosti. Nakon toga, usvojen je proces suhe elektrode bez zagađenja kako bi se značajno poboljšala gustina zbijanja elektrode. U međuvremenu, ćelija ima i bolju otpornost na vibracije i duži 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 svih jezičaka, a dobijena ćelija je metalurški čvrsto povezana struktura s niskim omskim kontaktnim otporom i odličnom otpornošću na vibracije, koja ispunjava zahtjeve automobilskog standarda AECQ200.
| ELEKTRIČNE SPECIFIKACIJE | |
| Ttip | C60W-2R7-5000 |
| Nazivni naponVR | 2.7V |
| PrenaponVS1 | 2,85V |
| Nazivni kapacitet C2 | 5000 stepeni 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. strujaIMaks7 | 3,0 hiljadaA |
| Kratka strujaJaS8 | 10,8 kA |
| Sačuvano EnergijaE9 | 5,1 Wh |
| Gustoća energijeEd 10 | 9,9 Wh/kg |
| Korisna gustoća snagePd11 | 6,8 kW/kg |
| Snaga usklađene impedansePdMax12 | 14.2kW/kg |
Tab. 1 Osnovne električne specifikacije GMCC 2.7V 5000F EDLC ćelije
Da bi se specificirao ultrakondenzator s nazivnim naponom, ćelija mora ispunjavati određene uvjete. Standard je uspostavljen u industriji tokom posljednjih godina. 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 životnog vijeka. Vijek trajanja je postavljen na 1500 sati za većinu proizvođača ultrakondenzatora, a kriteriji kraja životnog vijeka su manji od 20% nominalnog gubitka kapacitivnosti i maksimalno povećanje od 100% navedene ESR vrijednosti. Slika 2 pokazuje da ultrakondenzator GMCC 5000F može ispuniti ove uvjete.
Sl. 2 Evolucija kapacitivnosti (lijeva krivulja) i ESR-a (desna krivulja) ultrakondenzatora GMCC 5000F držanog na temperaturi od 65 oC i naponu od 2.7V.
Budućnost
Vjerujemo da će nam ciljano orijentirane, intenzivne istraživačko-razvojne aktivnosti omogućiti daljnje poboljšanje ukupnih performansi ćelija, a posebno napona ćelija. Na osnovu trenutnih laboratorijskih rezultata, očekujemo da će se sljedeći nivo napona ćelije pojaviti u doglednoj budućnosti. To će nam omogućiti da povećamo gustoću energije i snage GMCC ultrakondenzatora i tako pratimo trend prema sve manjim i snažnijim rješenjima za skladištenje energije.
Vrijeme objave: 09.10.2023.