Resum
GMCC ha desenvolupat amb èxit un ultracondensador innovador de 5000F amb una densitat d'energia més alta (>10 Wh/kg) en la mida estàndard 60138, que pot oferir una alta densitat de potència, càrrega i descàrrega gairebé instantànies, alta fiabilitat, tolerància extrema a la temperatura i una vida útil de més d'1.000.000 de cicles de càrrega-descàrrega simultàniament. La cel·la GMCC 5000F pot millorar considerablement el suport d'inèrcia i la capacitat de modulació de freqüència primària per a la xarxa elèctrica, i millorar el rendiment dels equips de la xarxa. Mentrestant, la cel·la GMCC 5000F pot satisfer l'arrencada en fred auxiliar a baixa temperatura, el suport d'energia, la recuperació d'energia i el subministrament d'alimentació de baixa tensió controlat per cable per a aplicacions d'automoció i altres aplicacions d'energia.
Introducció
Ultracondensadors, com a font d'energia altament fiable que proporciona un corrent elevat en un període curt de temps, han atret una atenció creixent avui dia. Amb l'electrificació cada cop més global, s'han fet esforços immensos per millorar la densitat d'energia i potència, la qualitat, la seguretat i reduir el cost dels dispositius d'emmagatzematge d'energia. Els ultracondensadors s'accepten cada cop més com a sistemes d'emmagatzematge d'energia que permeten aplicacions d'automoció com ara assistència avançada a la conducció (ADAS), sistemes innovadors de suspensió i barra antibolcada i sistemes avançats de frenada d'emergència (AEBS), etc. En un futur proper, davant la connexió a la xarxa energètica a gran escala d'energies netes com ara la fotovoltaica i l'eòlica, s'espera que els ultracondensadors iniciïn un desenvolupament accelerat en nous sistemes d'energia, com ara la modulació de freqüència de la xarxa elèctrica.
Fig. 1 Cel·la EDLC GMCC 2.7V 5000F
Tecnologia d'ultracondensadors de 5000F
Actualment, la capacitat màxima de la cel·la a la indústria dels supercondensadors és de només 3000 °F, i com que la superfície específica del carbó activat en els elèctrodes positius i negatius està lluny de ser utilitzada eficaçment, la taxa d'utilització efectiva actual és només d'un 10%. Si es trenquen el coll d'ampolla de la densitat d'energia i les limitacions dels ultracondensadors, s'han de fer algunes innovacions i ajustaments fonamentals des de l'estructura del material, la interfície sòlid-líquid i el sistema electroquímic.
GMCC ha dut a terme una optimització tècnica integral multidimensional, que inclou escala molecular/iònica, escala de micro i nanoestructura de materials, escala de micro interfície sòlid-líquid de materials, escala de partícules de materials, desenvolupament de sistemes electroquímics d'alta capacitat, disseny d'estructures cel·lulars, etc. En primer lloc, s'ha analitzat i optimitzat en profunditat l'estructura dels porus i les característiques de la superfície dels materials de carboni, i el material de carboni està dissenyat específicament amb una estructura porosa jeràrquica interpenetrant (microporus, mesoporus i macroporus no estan mútuament obstruïts). En segon lloc, s'han considerat exhaustivament indicadors clau com la mida dels ions, l'activitat iònica, l'efecte de solvatació i la viscositat de l'electròlit. Basant-se en l'estudi de coincidència de la interfície sòlid-líquid material/electròlit, la superfície específica del carbó activat s'utilitza al màxim i es millora considerablement la quantitat i la capacitat de càrrega adsorbida a la superfície. En tercer lloc, el separador especial està fet de material de fibra composta i té les característiques d'alta resistència, alta porositat i alta capacitat d'absorció de líquids. Posteriorment, s'adopta el procés d'elèctrode sec no contaminant per millorar considerablement la densitat de compactació de l'elèctrode. Mentrestant, també fa que la cel·la tingui una millor resistència a les vibracions i un millor rendiment de vida útil, i el procés de fibrosi adhesiva s'adhereix i s'enrotlla a la superfície de les partícules del material per formar una estructura de "gàbia", que facilita l'adsorció de l'electròlit i la transmissió d'ions. Finalment, GMCC adopta el procés tecnològic de soldadura totalment làser i totalment de pestanyes, i la cel·la obtinguda és una estructura metal·lúrgica de connexió dura amb baixa resistència al contacte òhmic i excel·lent resistència a les vibracions, que compleix els requisits de l'estàndard de grau automotriu AECQ200.
| ESPECIFICACIONS ELÈCTriques | |
| Ttipus | C60W-2R7-5000 |
| Voltatge nominalVR | 2.7V |
| sobretensióVS1 | 2,85V |
| Capacitància nominal C2 | 5000 F |
| Tolerància de capacitança3 | -0%/+20% |
| VSG2 | ≤0,25mΩ |
| Corrent de fuitaJoL4 | <9 mA |
| Taxa d'autodescàrrega 5 | <20% |
| Corrent constant màxim IMCC(ΔT = 15°C)6 | 136A |
| Corrent màximIMàxim7 | 3.0 milA |
| corrent curtJoS8 | 10,8 kA |
| Emmagatzemat EnergiaE9 | 5.1 Wh |
| Densitat d'energiaEd 10 | 9,9 Wh/kg |
| Densitat de potència útilPd11 | 6,8 kW/kg |
| Potència d'impedància coincidentPdMax12 | 14.2kW/kg |
Tab. 1 Especificacions elèctriques bàsiques de la cel·la EDLC GMCC 2.7V 5000F
Per tal d'especificar un ultracondensador amb una tensió nominal, la cel·la ha de complir certes condicions. Durant els darrers anys s'ha establert un estàndard a la indústria. Quan es manté a la temperatura màxima de funcionament (65 °C per a la majoria d'ultracondensadors) i a la tensió nominal, la cel·la ha d'assolir una vida útil definida mentre es manté dins dels criteris de final de vida definits. La vida útil s'estableix en 1500 hores per a la majoria de fabricants d'ultracondensadors i els criteris de final de vida són una pèrdua de capacitància nominal inferior al 20% i un augment màxim del 100% del valor ESR especificat. La figura 2 mostra que l'ultracondensador GMCC 5000F pot complir aquestes condicions.
Fig. 2 Evolució de la capacitància (corba esquerra) i l'ESR (corba dreta) de l'ultracondensador GMCC 5000F mantingut a una temperatura de 65 °C i un voltatge de 2,7 V.
El futur
Creiem que les activitats intensives d'R+D orientades a objectius ens permetran millorar encara més el rendiment general de la cel·la, especialment el voltatge de la cel·la. Basant-nos en els resultats actuals de laboratori, esperem que el següent nivell de voltatge de la cel·la es produeixi en un futur previsible. Això ens permetrà augmentar la densitat d'energia i potència dels ultracondensadors GMCC i, per tant, mantenir el ritme de la tendència cap a solucions d'emmagatzematge d'energia cada cop més petites i potents.
Data de publicació: 09 d'octubre de 2023