Abstract
GMCC a dezvoltat cu succes un ultracondensator inovator de 5000F cu o densitate energetică mai mare (>10 Wh/kg) în dimensiunea standard 60138, care poate oferi densitate mare de putere, încărcare și descărcare aproape instantanee, fiabilitate ridicată, toleranță extremă la temperatură și o durată de viață de peste 1.000.000 de cicluri de încărcare-descărcare simultan. Celula GMCC 5000F poate îmbunătăți considerabil suportul inerției și capacitatea de modulație a frecvenței primare pentru rețeaua electrică și poate îmbunătăți performanța echipamentelor din rețea. Între timp, celula GMCC 5000F poate satisface cerințe de pornire la rece auxiliară la temperatură joasă, suport de alimentare, recuperare de energie, alimentare cu energie de joasă tensiune controlată prin fir pentru aplicații auto și alte aplicații energetice.
Introducere
Ultracondensatoare, ca sursă de energie extrem de fiabilă care furnizează curent ridicat într-o perioadă scurtă de timp, au atras o atenție tot mai mare în zilele noastre. Odată cu electrificarea la nivel global, s-au depus eforturi imense pentru a îmbunătăți densitatea energiei și a puterii, calitatea, siguranța și pentru a reduce costul dispozitivelor de stocare a energiei. Ultracondensatoarele sunt din ce în ce mai acceptate ca sisteme de stocare a energiei, permițând aplicații auto precum asistența avansată la conducere (ADAS), sisteme inovatoare de suspensie și bare antiruliu și sisteme avansate de frânare de urgență (AEBS) etc. În viitorul apropiat, având în vedere conectarea la rețeaua energetică la scară largă a energiei curate, cum ar fi energia fotovoltaică și eoliană, se așteaptă ca ultracondensatoarele să introducă o dezvoltare accelerată a noilor sisteme de alimentare, cum ar fi modularea frecvenței rețelei electrice.
Fig. 1 Celulă EDLC GMCC 2.7V 5000F
Tehnologie ultracondensatoare de 5000F
În prezent, capacitatea maximă a celulei în industria supercondensatoarelor este de numai 3000°F, iar deoarece suprafața specifică a cărbunelui activ în electrozii pozitivi și negativi este departe de a fi utilizată eficient, rata de utilizare efectivă actuală este de doar aproximativ 10%. Dacă se depășesc blocajul densității energetice și limitările ultracondensatoarelor, trebuie făcute unele inovații și ajustări fundamentale din structura materialului, interfața solid-lichid și sistemul electrochimic.
GMCC a realizat o optimizare tehnică multidimensională cuprinzătoare, implicând scara moleculară/ionică, scara micro și nanostructurii materialelor, scara interfeței micro solid-lichid a materialelor, scara particulelor materialelor, dezvoltarea unui sistem electrochimic de mare capacitate, proiectarea structurii celulare etc. În primul rând, structura porilor și caracteristicile suprafeței materialelor din carbon au fost analizate și optimizate în profunzime, iar materialul din carbon este special conceput cu o structură poroasă ierarhică interpenetrantă (microporii, mezoporii și macroporii sunt reciproc neobstrucționați). În al doilea rând, au fost luați în considerare în mod cuprinzător indicatori cheie precum dimensiunea ionilor, activitatea ionilor, efectul de solvatare și vâscozitatea electrolitului. Pe baza studiului de potrivire a interfeței solid-lichid material/electrolit, suprafața specifică a cărbunelui activ este utilizată la maximum, iar cantitatea și capacitatea sarcinii adsorbite la suprafață sunt mult îmbunătățite. În al treilea rând, separatorul special este fabricat din material compozit din fibre și are caracteristici de rezistență ridicată, porozitate ridicată și capacitate mare de absorbție a lichidelor. Ulterior, este adoptat procesul de electrod uscat nepoluant pentru a îmbunătăți considerabil densitatea de compactare a electrodului. Între timp, acest lucru conferă celulei o rezistență la vibrații și o durată de viață mai bună, iar procesul de fibroză adezivă aderă și se înfășoară pe suprafața particulelor de material pentru a forma o structură de tip „cușcă”, care facilitează adsorbția electrolitului și transmiterea ionilor. În cele din urmă, GMCC adoptă procesul tehnologic de sudare cu laser și fire complete, iar celula obținută este o structură metalurgică conectată rigid, cu rezistență redusă la contact ohmic și o rezistență excelentă la vibrații, care îndeplinește cerințele standardului AECQ200 pentru industria auto.
| SPECIFICAȚII ELECTRICE | |
| Ttip | C60W-2R7-5000 |
| Tensiune nominalăV.R | 2.7V |
| Tensiune de supratensiuneVS1 | 2,85V |
| Capacitate nominală C2 | 5000 F |
| Toleranța capacității3 | -0%/+20% |
| VSH2 | ≤0,25mΩ |
| Curent de scurgereEuL4 | <9 mA |
| Rata de autodescărcare 5 | <20% |
| Curent constant maxim IMCC(ΔT = 15°C)6 | 136A |
| Curent maximIMaxim7 | 3,0 miiA |
| Curent scurtEuS8 | 10,8 kA |
| Stocat EnergieE.9 | 5,1 Wh |
| Densitatea energieiE.d 10 | 9,9 Wh/kg |
| Densitatea de putere utilizabilăPd11 | 6,8 kW/kg |
| Putere de impedanță adaptatăPdMax12 | 14.2kW/kg |
Tab. 1 Specificații electrice de bază ale celulei EDLC GMCC 2.7V 5000F
Pentru a specifica un ultracondensator cu o tensiune nominală, celula trebuie să îndeplinească anumite condiții. În ultimii ani, în industrie a fost stabilit un standard. Atunci când este menținută la temperatura maximă de funcționare (65°C pentru majoritatea ultracondensatoarelor) și la tensiunea nominală, celula trebuie să atingă o durată de viață definită, rămânând în același timp în limitele criteriilor de sfârșit de viață definite. Durata de viață este stabilită la 1500 de ore pentru majoritatea producătorilor de ultracondensatoare, iar criteriile de sfârșit de viață sunt o pierdere de capacitate nominală mai mică de 20% și o creștere maximă de 100% a valorii ESR specificate. Fig. 2 arată că ultracondensatorul GMCC 5000F poate îndeplini aceste condiții.
Fig. 2 Evoluția capacității (curba din stânga) și ESR (curba din dreapta) ale ultracondensatorului GMCC 5000F menținut la o temperatură de 65 °C și o tensiune de 2,7 V.
Viitorul
Credem că activitățile intensive de cercetare și dezvoltare, orientate spre obiective, ne vor permite să îmbunătățim în continuare performanța generală a celulelor, în special tensiunea celulelor. Pe baza rezultatelor actuale de laborator, ne așteptăm ca următorul nivel de tensiune a celulelor să apară în viitorul apropiat. Acest lucru ne va permite să creștem densitatea de energie și putere a ultracondensatoarelor GMCC și, astfel, să ținem pasul cu tendința către soluții de stocare a energiei din ce în ce mai mici și mai puternice.
Data publicării: 09 oct. 2023