Рэзюмэ
Кампанія GMCC паспяхова распрацавала інавацыйны ультракандэнсатар ёмістасцю 5000F з больш высокай шчыльнасцю энергіі (>10 Вт·г/кг) стандартнага памеру 60138, які забяспечвае высокую шчыльнасць магутнасці, практычна імгненную зарадку і разрадку, высокую надзейнасць, экстрэмальную тэмпературную ўстойлівасць і тэрмін службы больш за 1 000 000 цыклаў зарадкі-разрадкі адначасова. Элемент GMCC 5000F можа значна палепшыць падтрымку інерцыі і здольнасць першаснай мадуляцыі частаты для электрасеткі, а таксама палепшыць прадукцыйнасць абсталявання ў сетцы. Адначасова элемент GMCC 5000F можа задавальняць патрэбы дапаможнага халоднага запуску пры нізкай тэмпературы, падтрымкі харчавання, рэкуперацыі энергіі, нізкавольтнага харчавання з правадным кіраваннем для аўтамабільных і іншых энергетычных прымяненняў.
Уводзіны
Ультракандэнсатары, як высоканадзейная крыніца энергіі, якая забяспечвае высокі ток за кароткі прамежак часу, у наш час прыцягваюць усё большую ўвагу. З ростам глабальнай электрыфікацыі прыкладаюцца велізарныя намаганні для паляпшэння шчыльнасці энергіі і магутнасці, якасці, бяспекі і зніжэння кошту прылад назапашвання энергіі. Ультракандэнсатары ўсё часцей прымаюцца ў якасці сістэм назапашвання энергіі, якія дазваляюць выкарыстоўваць іх у аўтамабілях, такіх як перадавыя сістэмы дапамогі пры кіраванні (ADAS), інавацыйныя сістэмы падвескі і стабілізатара папярочнай устойлівасці, а таксама перадавыя сістэмы экстранага тармажэння (AEBS) і г.д. У бліжэйшай будучыні, ва ўмовах маштабнага падключэння да энергасеткі чыстых крыніц энергіі, такіх як фотаэлектрычныя і ветравыя батарэі, чакаецца, што ультракандэнсатары паспрыяюць паскоранаму развіццю новых энергасістэм, такіх як мадуляцыя частаты энергасеткі.
Мал. 1. Элемент EDLC GMCC 2.7V 5000F
Тэхналогія ультракандэнсатараў 5000F
У цяперашні час максімальная ёмістасць ячэйкі ў індустрыі суперкандэнсатараў складае ўсяго 3000 Ф, і паколькі ўдзельная плошча паверхні актываванага вугалю ў станоўчым і адмоўным электродах выкарыстоўваецца далёка не эфектыўна, бягучы эфектыўны каэфіцыент выкарыстання складае ўсяго каля 10%. Калі вузкае месца і абмежаванні ультракандэнсатараў будуць пераадолены, неабходна ўнесці некаторыя фундаментальныя інавацыі і карэкціроўкі ў структуру матэрыялу, мяжу цвёрдага і вадкага станоўчых фаз і электрахімічную сістэму.
GMCC правяла шматмерную комплексную тэхнічную аптымізацыю, якая ўключае малекулярны/іённы маштаб, мікра- і нанаструктуры матэрыялаў, мікрамаштаб мяжы цвёрдае цела і вадкасць, маштаб часціц матэрыялу, распрацоўку электрахімічных сістэм з высокай ёмістнасцю, праектаванне структуры ячэек і г.д. Па-першае, былі глыбока прааналізаваны і аптымізаваны структура пор і характарыстыкі паверхні вугляродных матэрыялаў, і вугляродны матэрыял спецыяльна распрацаваны з узаемапранікальнай іерархічнай сітаватай структурай (мікрапоры, мезапоры і макрапоры ўзаемна не перакрываюцца). Па-другое, былі ўсебакова ўлічаны ключавыя паказчыкі, такія як памер іонаў, актыўнасць іонаў, эфект сольватацыі, глейкасць электраліта. На аснове даследавання супастаўлення мяжы цвёрдае цела і вадкасць матэрыялу/электраліту, удзельная плошча паверхні актываванага вугалю выкарыстоўваецца максімальна поўна, а колькасць і здольнасць паверхнева адсарбаванага зараду значна палепшаны. Па-трэцяе, спецыяльны сепаратар выраблены з кампазітнага валакністага матэрыялу і мае характарыстыкі высокай трываласці, высокай сітаватасці і высокай здольнасці паглынаць вадкасць. Пасля гэтага быў выкарыстаны працэс сухога электрода, які не забруджвае навакольнае асяроддзе, каб значна палепшыць шчыльнасць ушчыльнення электрода. Адначасова, гэта таксама паляпшае ўстойлівасць да вібрацыі і падаўжае тэрмін службы элемента, а працэс адгезійнай фіброзы прыліпае да паверхні часціц матэрыялу і намотваецца на іх, утвараючы структуру «клеткі», што спрыяе адсорбцыі электраліта і перадачы іонаў. Нарэшце, GMCC выкарыстоўвае тэхналогію лазернай зваркі з выкарыстаннем усіх пляцовак, і атрыманы элемент уяўляе сабой металургічную цвёрдазлучаную структуру з нізкім омічным кантактным супраціўленнем і выдатнай устойлівасцю да вібрацыі, якая адпавядае патрабаванням аўтамабільнага стандарту AECQ200.
| ЭЛЕКТРЫЧНЫЯ ХАРАКТАРЫСТЫКІ | |
| Tтып | C60W-2R7-5000 |
| Намінальнае напружаннеВR | 2.7V |
| Імпульснае напружаннеVS1 | 2,85V |
| Намінальная ёмістасць C2 | 5000 Фарэнгейтаў |
| Талерантнасць ёмістасці3 | -0%/+20% |
| СОЭ2 | ≤0,25мОм |
| Ток уцечкіЯL4 | <9 mA |
| Хуткасць самаразраду 5 | <20% |
| Максімальны пастаянны ток IМКЦ(Δ(Т = 15°C)6 | 136A |
| Максімальны токIМакс7 | 3,0 тыс.A |
| Кароткі токЯS8 | 10,8 кА |
| Захавана ЭнергіяЭ9 | 5,1 Вт·г |
| Шчыльнасць энергііЭd 10 | 9,9 Вт·г/кг |
| Карысная шчыльнасць магутнасціPd11 | 6,8 кВт/кг |
| Узгодненая магутнасць імпедансуPdMax12 | 14.2кВт/кг |
Таб. 1 Асноўныя электрычныя характарыстыкі ячэйкі GMCC 2.7V 5000F EDLC
Каб ультракандэнсатар адпавядаў намінальнаму напружанню, ён павінен адпавядаць пэўным умовам. У апошнія гады ў галіне быў усталяваны адпаведны стандарт. Пры максімальнай рабочай тэмпературы (65°C для большасці ультракандэнсатараў) і намінальным напружанні тэрмін службы элемента павінен дасягнуць вызначанага тэрміну службы, застаючыся пры гэтым у межах вызначаных крытэрыяў заканчэння тэрміну службы. Тэрмін службы для большасці вытворцаў ультракандэнсатараў складае 1500 гадзін, а крытэрыі заканчэння тэрміну службы — менш за 20% страты ёмістасці ад намінальнай і максімальнае павелічэнне на 100% ад зададзенага значэння ESR. На мал. 2 паказана, што ультракандэнсатар GMCC 5000F можа адпавядаць гэтым умовам.
Мал. 2. Эвалюцыя ёмістасці (левая крывая) і ESR (правая крывая) ультракандэнсатара GMCC 5000F пры тэмпературы 65 °C і напружанні 2,7 В.
Будучыня
Мы лічым, што мэтанакіраваная, інтэнсіўная дзейнасць па даследаваннях і распрацоўках дазволіць нам яшчэ больш палепшыць агульную прадукцыйнасць элементаў, асабліва напружанне на элементах. Зыходзячы з бягучых лабараторных вынікаў, мы чакаем, што наступны ўзровень напружання на элементах будзе дасягнуты ў агляднай будучыні. Гэта дазволіць нам павялічыць шчыльнасць энергіі і магутнасці ультракандэнсатараў GMCC і, такім чынам, ісці ў нагу з тэндэнцыяй да ўсё меншых і больш магутных рашэнняў для захоўвання энергіі.
Час публікацыі: 09 кастрычніка 2023 г.