Povzetek
GMCC je uspešno razvil inovativen ultrakondenzator 5000F z višjo energijsko gostoto (＞10 Wh/kg) v standardni velikosti 60138, ki ponuja visoko gostoto moči, skoraj takojšnje polnjenje in praznjenje, visoko zanesljivost, izjemno temperaturno toleranco in življenjsko dobo več kot 1.000.000 ciklov polnjenja in praznjenja hkrati. Celica GMCC 5000F lahko močno izboljša vztrajnostno podporo in sposobnost primarne frekvenčne modulacije za električno omrežje ter izboljša delovanje opreme v omrežju. Hkrati lahko celica GMCC 5000F zadovolji potrebe po pomožnem hladnem zagonu pri nizkih temperaturah, podpori napajanja, rekuperaciji energije, žično krmiljenem nizkonapetostnem napajanju za avtomobilske in druge energetske aplikacije.
Uvod
Ultrakondenzatorji, kot zelo zanesljiv vir energije, ki zagotavlja visok tok v kratkem času, so danes pritegnili vse večjo pozornost. Z vse večjo globalno elektrifikacijo so bila vložena ogromna prizadevanja za izboljšanje gostote energije in moči, kakovosti, varnosti in zmanjšanje stroškov naprav za shranjevanje energije. Ultrakondenzatorji so vse bolj sprejeti kot sistemi za shranjevanje energije, ki omogočajo avtomobilske aplikacije, kot so napredna pomoč pri vožnji (ADAS), inovativni sistemi vzmetenja in stabilizatorjev ter napredni sistemi za zaviranje v sili (AEBS) itd. V bližnji prihodnosti se pričakuje, da bodo ultrakondenzatorji zaradi obsežne priključitve čiste energije, kot sta fotovoltaika in vetrna energija, na energetska omrežja spodbudili pospešen razvoj novih elektroenergetskih sistemov, kot je modulacija frekvence električnega omrežja.
Slika 1 GMCC 2,7 V 5000 F EDLC celica
Tehnologija ultrakondenzatorjev 5000F
Trenutno je največja kapacitivnost celice v industriji superkondenzatorjev le 3000F, in ker specifična površina aktivnega oglja v pozitivni in negativni elektrodi še zdaleč ni učinkovito izkoriščena, je trenutna efektivna stopnja izkoriščenosti le približno 10 %. Če se odpravi ozko grlo gostote energije in omejitve ultrakondenzatorjev, je treba izvesti nekatere temeljne inovacije in prilagoditve v strukturi materiala, vmesniku trdno-tekočinsko stanje in elektrokemičnem sistemu.
GMCC je izvedel večdimenzionalno celovito tehnično optimizacijo, ki je vključevala molekularno/ionsko raven, raven mikro in nano strukture materiala, raven mikro stičišča trdno-tekočinsko stanje materiala, raven delcev materiala, razvoj elektrokemijskih sistemov z visoko kapacitivnostjo, načrtovanje celične strukture itd. Prvič, poglobljeno so analizirali in optimizirali strukturo por in površinske značilnosti ogljikovih materialov, ogljikov material pa je bil posebej zasnovan z medsebojno prežemajočo se hierarhično porozno strukturo (mikropore, mezopore in makropore so medsebojno neovirane). Drugič, celovito so bili upoštevani ključni kazalniki, kot so velikost ionov, ionska aktivnost, učinek solvatacije in viskoznost elektrolita. Na podlagi študije ujemanja stičišča trdno-tekočinsko stanje materiala/elektrolita je specifična površina aktivnega oglja v celoti izkoriščena, količina in sposobnost površinsko adsorbiranega naboja pa sta bili močno izboljšani. Tretjič, poseben separator je izdelan iz kompozitnega vlaknastega materiala in ima značilnosti visoke trdnosti, visoke poroznosti in visoke sposobnosti absorpcije tekočine. Nato je bil uporabljen postopek suhe elektrode, ki ne onesnažuje okolja, da se znatno izboljša gostota stiskanja elektrode. Hkrati pa celica pridobi tudi boljšo odpornost proti vibracijam in daljšo življenjsko dobo, postopek adhezivne fibroze pa se oprime in navije na površino materialnih delcev ter tvori "kletko" strukturo, kar olajša adsorpcijo elektrolita in prenos ionov. GMCC uporablja tehnologijo laserskega varjenja z jezički, tako da je nastala celica metalurško trdo povezana struktura z nizko ohmsko kontaktno upornostjo in odlično odpornostjo proti vibracijam, ki izpolnjuje zahteve avtomobilskega standarda AECQ200.
| ELEKTRIČNE SPECIFIKACIJE | |
| Ttip | C60W-2R7-5000 |
| Nazivna napetostVR | 2,7V |
| Prenapetostna napetostVS1 | 2,85V |
| Nazivna kapacitivnost C2 | 5000 stopinj Fahrenheita |
| Toleranca kapacitivnosti3 | -0 %/+20 % |
| ESR2 | ≤0,25mΩ |
| Uhajalni tokJazL4 | <9 mA |
| Stopnja samopraznjenja 5 | <20 % |
| Maks. konstantni tok IMCC(Δ(T = 15 °C)6 | 136A |
| Maks. tokIMaks.7 | 3,0 tisočA |
| Kratki tokJazS8 | 10,8 kA |
| Shranjeno EnergijaE9 | 5,1 Wh |
| Gostota energijeEd 10 | 9,9 Wh/kg |
| Uporabna gostota močiPd11 | 6,8 kW/kg |
| Ujemana impedančna močPdMax12 | 14.2kW/kg |
Tabela 1 Osnovne električne specifikacije celice GMCC 2,7 V 5000 F EDLC
Da bi celica lahko določila ultrakondenzator z nazivno napetostjo, mora izpolnjevati določene pogoje. V zadnjih letih je bil v industriji vzpostavljen standard. Pri najvišji obratovalni temperaturi (65 °C za večino ultrakondenzatorjev) in nazivni napetosti mora celica doseči določeno življenjsko dobo, hkrati pa ostati znotraj določenih meril za konec življenjske dobe. Življenjska doba je za večino proizvajalcev ultrakondenzatorjev določena na 1500 ur, merila za konec življenjske dobe pa so manjša od 20 % nazivne izgube kapacitivnosti in največje povečanje določene vrednosti ESR za 100 %. Slika 2 prikazuje, da lahko ultrakondenzator GMCC 5000F izpolnjuje te pogoje.
Slika 2 Razvoj kapacitivnosti (leva krivulja) in ESR (desna krivulja) ultrakondenzatorja GMCC 5000F, vzdrževanega pri temperaturi 65 °C in napetosti 2,7 V.
Prihodnost
Verjamemo, da nam bodo ciljno usmerjene, intenzivne dejavnosti raziskav in razvoja omogočile nadaljnje izboljšanje celotne zmogljivosti celic, zlasti napetosti celic. Na podlagi trenutnih laboratorijskih rezultatov pričakujemo, da bo naslednja raven napetosti celic dosežena v bližnji prihodnosti. To nam bo omogočilo, da povečamo gostoto energije in moči ultrakondenzatorjev GMCC in tako sledimo trendu vedno manjših in zmogljivejših rešitev za shranjevanje energije.
Čas objave: 9. oktober 2023