Abstrakt
GMCC har med suksess utviklet en innovativ 5000F ultrakondensator med høyere energitetthet (>10 Wh/kg) i standardstørrelse 60138, som kan tilby høy effekttetthet, nesten umiddelbar lading og utlading, høy pålitelighet, ekstrem temperaturtoleranse og en levetid på over 1 000 000 lade- og utladingssykluser samtidig. GMCC 5000F-cellen kan forbedre treghetsstøtten og evnen til primærfrekvensmodulering for strømnettet betraktelig, og forbedre ytelsen til utstyr i nettverket. Samtidig kan GMCC 5000F-cellen tilfredsstille behovene for lavtemperatur kaldstart, strømstøtte, energigjenvinning og ledningsstyrt lavspenningsstrømforsyning for bilindustrien og andre kraftapplikasjoner.
Introduksjon
Ultrakondensatorer, som en svært pålitelig strømkilde som gir høy strøm på kort tid, har fått økende oppmerksomhet i dag. Med den stadig mer globale elektrifiseringen er det gjort enorme anstrengelser for å forbedre energi- og effekttetthet, kvalitet, sikkerhet og redusere kostnadene for energilagringsenheter. Ultrakondensatorer blir i økende grad akseptert som energilagringssystemer som muliggjør bilapplikasjoner som avansert kjøreassistanse (ADAS), innovative fjærings- og antirullesystemer, og avansert nødbremsesystem (AEBS), etc. I nær fremtid, i møte med storskala energinetttilkobling av ren energi som solcellepanel og vindkraft, forventes det at ultrakondensatorer vil innlede en akselerert utvikling av nye kraftsystemer, for eksempel frekvensmodulering i strømnettet.
Fig. 1 GMCC 2,7V 5000F EDLC-celle
5000F ultrakondensatorteknologi
For tiden er den maksimale kapasitansen til cellen i superkondensatorindustrien bare 3000F, og fordi det spesifikke overflatearealet til aktivert karbon i de positive og negative elektrodene langt fra er effektivt utnyttet, er den nåværende effektive utnyttelsesgraden bare omtrent 10 %. Hvis energitetthetsflaskehalsen og begrensningene til ultrakondensatorer brytes, må det gjøres noen grunnleggende innovasjoner og justeringer av materialstrukturen, faststoff-væske-grensesnittet og det elektrokjemiske systemet.
GMCC har utført omfattende flerdimensjonal teknisk optimalisering, som involverer molekylær/ionisk skala, materialmikro- og nanostrukturskala, materialmikro-faststoff-væske-grensesnittskala, materialpartikkelskala, utvikling av elektrokjemiske systemer med høy kapasitans, cellestrukturdesign, osv. For det første har porestrukturen og overflateegenskapene til karbonmaterialer blitt grundig analysert og optimalisert, og karbonmaterialet er spesielt designet med en interpenetrerende hierarkisk porøs struktur (mikroporer, mesoporer og makroporer er gjensidig uhindret). For det andre har nøkkelindikatorer som ionestørrelse, ioneaktivitet, solvasjonseffekt og viskositet til elektrolytten blitt grundig vurdert. Basert på matchingstudien av materiale/elektrolytt faststoff-væske-grensesnitt, utnyttes det spesifikke overflatearealet til aktivt karbon fullt ut, og mengden og evnen til overflateadsorbert ladning forbedres betraktelig. For det tredje er den spesielle separatoren laget av komposittfibermateriale, og har egenskapene høy styrke, høy porøsitet og høy væskeabsorpsjonsevne. Deretter er den ikke-forurensende tørre elektrodeprosessen tatt i bruk for å forbedre elektrodens komprimeringstetthet betraktelig. Samtidig gir det også cellen bedre vibrasjonsmotstand og levetid, og den adhesive fibroseprosessen fester seg til og vikles på overflaten av materialpartiklene for å danne en "bur"-struktur, noe som letter adsorpsjonen av elektrolytten og overføringen av ioner. Til slutt bruker GMCC all-tab, all-laser sveiseteknologiprosessen, og den oppnådde cellen er en metallurgisk hardkoblet struktur med lav ohmsk kontaktmotstand og utmerket vibrasjonsmotstand, som oppfyller kravene i AECQ200-standarden for bilindustrien.
| ELEKTRISKE SPESIFIKASJONER | |
| Tjapp | C60W-2R7-5000 |
| Nominell spenningVR | 2.7V |
| OverspenningVS1 | 2,85V |
| Nominell kapasitans C2 | 5000 F |
| Kapasitanstoleranse3 | -0 %/+20 % |
| ESR2 | ≤0,25mΩ |
| LekkasjestrømjegL4 | <9 mA |
| Selvutladningshastighet 5 | <20 % |
| Maks. konstant strøm IMCC(ΔT = 15 °C)6 | 136A |
| Maks. strømIMaks7 | 3,0 tusenA |
| KortstrømjegS8 | 10,8 kA |
| Lagret EnergiE9 | 5,1 Wh |
| EnergitetthetEd 10 | 9,9 Wh/kg |
| Brukbar effekttetthetPd11 | 6,8 kW/kg |
| Matchet impedanskraftPdMax12 | 14.2kW/kg |
Tabell 1 GMCC 2.7V 5000F EDLC-celle, grunnleggende elektrisk spesifikasjon
For å kunne spesifisere en ultrakondensator med en nominell spenning, må cellen oppfylle visse betingelser. En standard har blitt etablert i bransjen i løpet av de siste årene. Når den oppbevares ved maksimal driftstemperatur (65 °C for de fleste ultrakondensatorer) og nominell spenning, må cellen oppnå en definert levetid samtidig som den forblir innenfor de definerte kriteriene for levetidsslutt. Levetiden er satt til 1500 timer for de fleste produsenter av ultrakondensatorer, og kriteriene for levetidsslutt er mindre enn 20 % nominelt kapasitanstap og en maksimal økning på 100 % av den spesifiserte ESR-verdien. Figur 2 viser at GMCC 5000F ultrakondensator kan oppfylle disse betingelsene.
Fig. 2 Kapasitansutvikling (venstre kurve) og ESR (høyre kurve) for GMCC 5000F ultrakondensator holdt ved en temperatur på 65 °C og en spenning på 2,7 V.
Fremtiden
Vi tror at målrettede, intensive FoU-aktiviteter vil gjøre det mulig for oss å forbedre den generelle celleytelsen ytterligere, spesielt cellespenningen. Basert på nåværende laboratorieresultater forventer vi at neste cellespenningsnivå vil inntreffe i overskuelig fremtid. Dette vil gjøre det mulig for oss å øke energi- og effekttettheten til GMCC-ultrakontasinatorer og dermed holde tritt med trenden mot stadig mindre og kraftigere energilagringsløsninger.
Publisert: 09. oktober 2023