Resumo
GMCC desenvolveu con éxito un innovador ultracondensador de 5000F con maior densidade de enerxía (>10 Wh/kg) no tamaño estándar 60138, que pode ofrecer unha alta densidade de potencia, carga e descarga case instantáneas, alta fiabilidade, tolerancia extrema á temperatura e unha vida útil de máis de 1 000 000 de ciclos de carga-descarga simultaneamente. A cela GMCC 5000F pode mellorar considerablemente o soporte de inercia e a capacidade de modulación de frecuencia primaria para a rede eléctrica, así como o rendemento dos equipos da rede. Mentres tanto, a cela GMCC 5000F pode satisfacer o arranque en frío auxiliar a baixa temperatura, o soporte de enerxía, a recuperación de enerxía e a subministración de enerxía de baixa tensión controlada por cable para aplicacións automotrices e outras aplicacións de enerxía.
Introdución
Ultracondensadores, como fonte de enerxía altamente fiable que proporciona alta corrente nun curto período de tempo, atraeron unha atención crecente hoxe en día. Coa crecente electrificación global, realizáronse inmensos esforzos para mellorar a densidade de enerxía e potencia, a calidade, a seguridade e reducir o custo dos dispositivos de almacenamento de enerxía. Os ultracondensadores son cada vez máis aceptados como sistemas de almacenamento de enerxía que permiten aplicacións automotrices como a asistencia avanzada á condución (ADAS), os sistemas innovadores de suspensión e barra estabilizadora e o sistema avanzado de freada de emerxencia (AEBS), etc. Nun futuro próximo, ante a conexión á rede eléctrica a grande escala de enerxías limpas como a fotovoltaica e a eólica, espérase que os ultracondensadores marquen o comezo dun desenvolvemento acelerado en novos sistemas de enerxía, como a modulación de frecuencia da rede eléctrica.
Fig. 1 Cela EDLC GMCC 2,7 V 5000 F
Tecnoloxía de ultracondensadores de 5000F
Na actualidade, a capacitancia máxima da cela na industria dos supercondensadores é de só 3000 °F e, debido a que a superficie específica do carbón activado nos eléctrodos positivo e negativo está lonxe de ser utilizada eficazmente, a taxa de utilización efectiva actual é de só aproximadamente o 10 %. Se se superan o pescozo de botella da densidade de enerxía e as limitacións dos ultracondensadores, débense facer algunhas innovacións e axustes fundamentais na estrutura do material, a interface sólido-líquido e o sistema electroquímico.
GMCC levou a cabo unha optimización técnica integral multidimensional, que inclúe escala molecular/iónica, escala de microestruturas e nanoestruturas de materiais, escala de microinterface sólido-líquido de materiais, escala de partículas de materiais, desenvolvemento de sistemas electroquímicos de alta capacitancia, deseño de estruturas celulares, etc. En primeiro lugar, analizáronse e optimizáronse en profundidade as características da estrutura dos poros e as superficies dos materiais de carbono, e o material de carbono está deseñado especificamente cunha estrutura porosa xerárquica interpenetrante (microporos, mesoporos e macroporos non están mutuamente obstruídos). En segundo lugar, consideráronse exhaustivamente indicadores clave como o tamaño dos ións, a actividade iónica, o efecto de solvatación e a viscosidade do electrolito. Baseándose no estudo de correspondencia da interface sólido-líquido material/electrolito, a superficie específica do carbón activado utilízase ao máximo e a cantidade e a capacidade da carga adsorbida na superficie melloran considerablemente. En terceiro lugar, o separador especial está feito de material de fibra composta e ten as características de alta resistencia, alta porosidade e alta capacidade de absorción de líquidos. Posteriormente, adóptase o proceso de electrodo seco non contaminante para mellorar considerablemente a densidade de compactación do electrodo. Mentres tanto, tamén fai que a célula teña unha mellor resistencia ás vibracións e un mellor rendemento na vida útil, e o proceso de fibrose adhesiva adhírese e enrólase na superficie das partículas do material para formar unha estrutura de "gaiola", o que facilita a adsorción do electrolito e a transmisión de ións. Finalmente, GMCC adopta o proceso de tecnoloxía de soldadura totalmente láser e totalmente de pestanas, e a célula obtida é unha estrutura metalúrxica de conexión dura con baixa resistencia ao contacto óhmico e excelente resistencia ás vibracións, que cumpre os requisitos da norma AECQ200 de grao automotriz.
| ESPECIFICACIÓNS ELÉCTRICAS | |
| Ttipo | C60W-2R7-5000 |
| Tensión nominalVR | 2.7V |
| sobretensiónVS1 | 2,85V |
| Capacitancia nominal C2 | 5000 F |
| Tolerancia de capacitancia3 | -0%/+20% |
| VSG2 | ≤0,25mΩ |
| Corrente de fugaEuL4 | <9 mA |
| taxa de autodescarga 5 | <20% |
| Corrente constante máxima IMCC(ΔT = 15 °C)6 | 136A |
| Corrente máximaIMáx.7 | 3,0 milA |
| corrente curtaEuS8 | 10,8 kA |
| Gardado EnerxíaE9 | 5,1 Wh |
| Densidade de enerxíaEd 10 | 9,9 Wh/kg |
| Densidade de potencia utilizablePd11 | 6,8 kW/kg |
| Potencia de impedancia adaptadaPdMax12 | 14.2kW/kg |
Táboa 1 Especificacións eléctricas básicas da célula EDLC GMCC 2,7 V 5000 F
Para especificar un ultracondensador cunha tensión nominal, a cela debe cumprir certas condicións. Nos últimos anos estableceuse un estándar na industria. Cando se mantén á temperatura máxima de funcionamento (65 °C para a maioría dos ultracondensadores) e á tensión nominal, a cela debe alcanzar unha vida útil definida, mantendo ao mesmo tempo os criterios de fin de vida útil definidos. A vida útil establécese en 1500 horas para a maioría dos fabricantes de ultracondensadores e os criterios de fin de vida útil son unha perda de capacitancia nominal inferior ao 20 % e un aumento máximo do 100 % do valor ESR especificado. A figura 2 mostra que o ultracondensador GMCC 5000F pode cumprir estas condicións.
Fig. 2 Evolución da capacitancia (curva esquerda) e da ESR (curva dereita) dun ultracondensador GMCC 5000F mantido a unha temperatura de 65 °C e unha tensión de 2,7 V.
O futuro
Cremos que as actividades intensivas de I+D orientadas a obxectivos permitirannos mellorar aínda máis o rendemento xeral das celas, especialmente a voltaxe das celas. En función dos resultados actuais de laboratorio, agardamos que o seguinte nivel de voltaxe das celas se produza nun futuro próximo. Isto permitiranos aumentar a densidade de enerxía e potencia dos ultracondensadores GMCC e, polo tanto, manter o ritmo da tendencia cara a solucións de almacenamento de enerxía cada vez máis pequenas e potentes.
Data de publicación: 09 de outubro de 2023