Absztrakt
A GMCC sikeresen kifejlesztett egy innovatív, 5000F-os ultrakondenzátort, amely nagyobb energiasűrűséggel (>10 Wh/kg) rendelkezik 60138 szabványméretben, és nagy teljesítménysűrűséget, szinte azonnali töltést és kisütést, nagy megbízhatóságot, szélsőséges hőmérséklettűrést, valamint több mint 1 000 000 töltési-kisütési ciklus egyidejű élettartamát kínálja. A GMCC 5000F cella nagymértékben növelheti a tehetetlenségi nyomatékot és az elsődleges frekvenciamoduláció képességét az elektromos hálózatban, valamint javíthatja a hálózatban lévő berendezések teljesítményét. Eközben a GMCC 5000F cella kielégíti az alacsony hőmérsékletű hidegindítás, a tápellátás támogatása, az energia-visszanyerés, a vezetékes vezérlésű alacsony feszültségű tápegység követelményeit autóipari és egyéb energiaalkalmazásokban.
Bevezetés
Ultrakondenzátorok, mint rendkívül megbízható áramforrás, amely rövid idő alatt nagy áramot biztosít, manapság egyre nagyobb figyelmet kap. Az egyre szélesebb körű villamosításnak köszönhetően óriási erőfeszítéseket tettek az energia- és teljesítménysűrűség, a minőség, a biztonság javítására és az energiatároló eszközök költségeinek csökkentésére. Az ultrakondenzátorokat egyre inkább elfogadott energiatároló rendszerként alkalmazzák olyan autóipari alkalmazásokban, mint a fejlett vezetéstámogató rendszerek (ADAS), az innovatív felfüggesztési és stabilizátorrendszerek, valamint a fejlett vészfékező rendszer (AEBS) stb. A közeljövőben, a tiszta energiák, például a fotovoltaikus és a szélenergia nagyméretű hálózatra való csatlakoztatásával szembesülve, várható, hogy az ultrakondenzátorok felgyorsult fejlődést fognak eredményezni az új energiarendszerekben, például az elektromos hálózati frekvenciamodulációban.
1. ábra GMCC 2,7 V-os 5000F EDLC cella
5000F ultrakondenzátor technológia
Jelenleg a szuperkondenzátor-iparban a cellák maximális kapacitása mindössze 3000F, és mivel a pozitív és negatív elektródákban lévő aktív szén fajlagos felülete messze van a hatékony kihasználástól, a jelenlegi effektív kihasználási arány mindössze 10% körül van. Ha az ultrakondenzátorok energiasűrűségének szűk keresztmetszetét és korlátait meg lehet oldani, alapvető újításokat és kiigazításokat kell végrehajtani az anyagszerkezetben, a szilárd-folyadék határfelületen és az elektrokémiai rendszerben.
A GMCC többdimenziós, átfogó műszaki optimalizálást hajtott végre, amely magában foglalta a molekuláris/ionos léptéket, az anyag mikro- és nanoszerkezeti léptékét, az anyag mikro szilárd-folyadék határfelületi léptékét, az anyag részecske léptékét, a nagy kapacitású elektrokémiai rendszer fejlesztését, a cellaszerkezet-tervezést stb. Először is, a szén anyagok pórusszerkezetét és felületi jellemzőit mélyrehatóan elemezték és optimalizálták, és a szén anyagot kifejezetten egy egymásba hatoló hierarchikus porózus szerkezettel tervezték (a mikropórusok, mezopórusok és makropórusok kölcsönösen nem takarják el egymást). Másodszor, átfogóan figyelembe vették az olyan kulcsfontosságú mutatókat, mint az ionméret, az ionaktivitás, a szolvatációs hatás és az elektrolit viszkozitása. Az anyag/elektrolit szilárd-folyadék határfelületének illesztési vizsgálata alapján az aktív szén fajlagos felülete maximálisan kihasználható, és a felületen adszorbeált töltés mennyisége és képessége jelentősen javul. Harmadszor, a speciális szeparátor kompozit szálas anyagból készül, és nagy szilárdságú, nagy porozitású és nagy folyadékelnyelő képességgel rendelkezik. Ezt követően a nem szennyező szárazelektródás eljárást alkalmazták az elektróda tömörítési sűrűségének jelentős javítása érdekében. Eközben a cella jobb rezgésállósággal és élettartammal is rendelkezik, és a ragasztós fibrózisos folyamat az anyagrészecskék felületéhez tapad és rátekeredik, így egy „ketrec” szerkezetet képez, ami elősegíti az elektrolit adszorpcióját és az ionok átvitelét. Végül a GMCC a teljes fülből álló, teljes lézeres hegesztési technológiát alkalmazza, és a kapott cella egy kohászatilag keményen összekapcsolt szerkezet, alacsony ohmikus érintkezési ellenállással és kiváló rezgésállósággal, amely megfelel az autóipari AECQ200 szabvány követelményeinek.
| ELEKTROMOS JELLEMZŐK | |
| Tigen | C60W-2R7-5000 |
| Névleges feszültségV.R | 2.7V |
| TúlfeszültségVS1 | 2,85V |
| Névleges kapacitás C2 | 5000 F |
| Kapacitástűrés3 | -0%/+20% |
| ESR2 | ≤0,25mΩ |
| Szivárgási áraménL4 | <9 mA |
| Önkisülési arány 5 | <20% |
| Max. állandó áram IÜgyfélközpont(Δ(T = 15°C)6 | 136A |
| Max. áramerősségIMax7 | 3,0 ezerA |
| RövidzárlaténS8 | 10,8 kA |
| Tárolt EnergiaE9 | 5,1 Wh |
| EnergiasűrűségEd 10 | 9,9 Wh/kg |
| Használható teljesítménysűrűségPd11 | 6,8 kW/kg |
| Illesztett impedancia teljesítményPdMax12 | 14.2kW/kg |
1. táblázat: GMCC 2,7 V-os 5000F EDLC cella alapvető elektromos specifikációja
Ahhoz, hogy egy ultrakondenzátort névleges feszültséggel lehessen meghatározni, a cellának bizonyos feltételeknek kell megfelelnie. Az elmúlt években az iparágban szabvány született. A maximális üzemi hőmérsékleten (a legtöbb ultrakondenzátor esetében 65 °C) és névleges feszültségen tartva a cellának el kell érnie egy meghatározott élettartamot, miközben a meghatározott élettartam-végi kritériumokon belül marad. A legtöbb ultrakondenzátor-gyártó 1500 órának az élettartam-végi kritérium, amely a névleges kapacitásveszteség kevesebb mint 20%-át, valamint a megadott ESR-érték legfeljebb 100%-os növekedését jelenti. A 2. ábra azt mutatja, hogy a GMCC 5000F ultrakondenzátor megfelel ezeknek a feltételeknek.
2. ábra A GMCC 5000F ultrakondenzátor kapacitásának (bal görbe) és ESR-jének (jobb görbe) alakulása 65 °C hőmérsékleten és 2,7 V feszültségen.
A jövő
Úgy véljük, hogy a célzott, intenzív K+F tevékenységek lehetővé teszik számunkra, hogy tovább javítsuk a cella teljesítményét, különösen a cellafeszültséget. A jelenlegi laboratóriumi eredmények alapján a következő cellafeszültség-szint várhatóan a belátható jövőben bekövetkezik. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy növeljük a GMCC ultrakondenzátorok energia- és teljesítménysűrűségét, és így lépést tartsunk az egyre kisebb és nagyobb teljesítményű energiatárolási megoldások trendjével.
Közzététel ideje: 2023. október 9.