Апстракт
GMCC успешно разви иновативен ултракондензатор од 5000F со поголема густина на енергија (>10 Wh/kg) во стандардна големина 60138, кој може да понуди висока густина на моќност, речиси моментално полнење и празнење, висока сигурност, екстремна толеранција на температура и работен век од над 1.000.000 циклуси на полнење-празнење истовремено. Ќелијата GMCC 5000F може значително да ја подобри инерциската поддршка и способноста за примарна фреквентна модулација за електричната мрежа и да ги подобри перформансите на опремата во мрежата. Во меѓувреме, ќелијата GMCC 5000F може да задоволи помошни нискотемпературни ладни стартувања, поддршка на енергија, обновување на енергија, жично контролирано нисконапонско напојување за автомобилска и други енергетски апликации.
Вовед
Ултракондензатори, како високо сигурен извор на енергија што обезбедува висока струја за краток временски период, денес привлекуваат сè поголемо внимание. Со сè поголемата глобална електрификација, се вложуваат огромни напори за подобрување на густината на енергијата и моќноста, квалитетот, безбедноста и намалување на трошоците за уреди за складирање на енергија. Ултракондензаторите се сè повеќе прифатени како системи за складирање на енергија што овозможуваат автомобилски апликации како што се напредна помош при возење (ADAS), иновативни системи за суспензија и стабилизатор на тркалата и напреден систем за сопирање во итни случаи (AEBS) итн. Во блиска иднина, со оглед на поврзувањето на чиста енергија како што се фотоволтаичната и ветерната енергија во енергетската мрежа на големи размери, се очекува дека ултракондензаторите ќе доведат до забрзан развој на нови енергетски системи, како што е модулацијата на фреквенцијата на електричната мрежа.
Сл. 1 GMCC 2.7V 5000F EDLC ќелија
Технологија на ултракондензатори од 5000F
Во моментов, максималниот капацитет на ќелијата во индустријата за суперкондензатори е само 3000F, и бидејќи специфичната површина на активираниот јаглен во позитивните и негативните електроди е далеку од ефикасно искористена, моменталната ефективна стапка на искористеност е само околу 10%. Доколку се наруши тесното грло на густината на енергијата и ограничувањата на ултракондензаторите, мора да се направат некои фундаментални иновации и прилагодувања во структурата на материјалот, интерфејсот цврсто-течно и електрохемискиот систем.
GMCC спроведе повеќедимензионална сеопфатна техничка оптимизација, вклучувајќи молекуларно/јонска скала, скала на микро и нано структура на материјалот, скала на интерфејс помеѓу микро цврсто и течност на материјалот, скала на честички на материјалот, развој на електрохемиски систем со висок капацитет, дизајн на клеточна структура итн. Прво, структурата на порите и површинските карактеристики на јаглеродните материјали се длабински анализирани и оптимизирани, а јаглеродниот материјал е специјално дизајниран со интерпенетрирачка хиерархиска порозна структура (микропорите, мезопорите и макропорите се меѓусебно непречени). Второ, клучните индикатори како што се големината на јоните, активноста на јоните, ефектот на солвација, вискозитетот на електролитот се сеопфатно разгледани. Врз основа на студијата за споредување на интерфејсот помеѓу цврсто и течност на материјалот/електролит, специфичната површина на активниот јаглен е целосно искористена до максимум, а количината и способноста на површинскиот адсорбиран полнеж се значително подобрени. Трето, специјалниот сепаратор е направен од композитен влакнест материјал и има карактеристики на висока цврстина, висока порозност и висока способност за апсорпција на течности. Последователно, се применува незагадувачки процес на сува електрода за значително подобрување на густината на набивање на електродата. Во меѓувреме, ова исто така ја прави ќелијата да има подобра отпорност на вибрации и подолг век на траење, а процесот на адхезивна фиброза се лепи и се намотува на површината на честичките од материјалот за да формира структура на „кафез“, што го олеснува адсорпцијата на електролитот и преносот на јони. Конечно, GMCC го усвојува процесот на целосно ласерско заварување, а добиената ќелија е металуршка тврдо поврзана структура со низок омски контактен отпор и одлична отпорност на вибрации, што ги исполнува барањата на стандардот AECQ200 за автомобилска класа.
| ЕЛЕКТРИЧНИ СПЕЦИФИКАЦИИ | |
| Tтип | C60W-2R7-5000 |
| Номинален напонVR | 2.7V |
| Пренапонски напонVS1 | 2,85V |
| Номинален капацитет C2 | 5000 F |
| Толеранција на капацитивност3 | -0%/+20% |
| Седиментација на еритроцити (ЕСР)2 | ≤0,25mΩ |
| Струја на истекувањеЈасL4 | <9 mA |
| Стапка на самопразнење 5 | <20% |
| Максимална константна струја IМКЦ(ΔT = 15°C)6 | 136A |
| Максимална струјаIМакс7 | 3,0 илјадиA |
| Кратка струјаЈасS8 | 10,8 kA |
| Зачувано ЕнергијаЕ9 | 5,1 Wh |
| Густина на енергијаЕd 10 | 9,9 Wh/kg |
| Густина на употреблива моќностPd11 | 6,8 kW/kg |
| Соодветна моќност на импедансатаPdMax12 | 14.2kW/кг |
Таб. 1 Основна електрична спецификација на GMCC 2.7V 5000F EDLC ќелија
За да се специфицира ултракондензатор со номинален напон, ќелијата мора да исполнува одредени услови. Во индустријата е воспоставен стандард во текот на изминатите години. Кога се одржува на максимална работна температура (65°C за повеќето ултракондензатори) и номинален напон, ќелијата мора да постигне дефиниран животен век, а воедно да остане во рамките на дефинираните критериуми за крај на животниот век. Животниот век е поставен на 1500 часа за повеќето производители на ултракондензатори, а критериумите за крај на животниот век се помалку од 20% номинална загуба на капацитет и максимално зголемување од 100% од наведената вредност на ESR. Сл. 2 покажува дека ултракондензаторот GMCC 5000F може да ги исполни овие услови.
Сл. 2 Еволуција на капацитивноста (лева крива) и ESR (десна крива) на ултракондензаторот GMCC 5000F одржуван на температура од 65 oC и напон од 2,7 V.
Иднината
Веруваме дека целно ориентираните, интензивни активности за истражување и развој ќе ни овозможат дополнително да ги подобриме целокупните перформанси на ќелиите, особено напонот на ќелиите. Врз основа на тековните лабораториски резултати, очекуваме следното ниво на напон на ќелиите да се појави во догледна иднина. Ова ќе ни овозможи да ја зголемиме густината на енергија и моќност на GMCC ултракондензаторите и со тоа да бидеме во чекор со трендот кон сè помали и помоќни решенија за складирање на енергија.
Време на објавување: 09 октомври 2023 година