چکیده
شرکت GMCC با موفقیت یک ابرخازن نوآورانه 5000F با چگالی انرژی بالاتر (بیش از 10 وات ساعت بر کیلوگرم) در اندازه استاندارد 60138 توسعه داده است که میتواند چگالی توان بالا، شارژ و دشارژ تقریباً فوری، قابلیت اطمینان بالا، تحمل دمای شدید و عمر مفید بیش از 1,000,000 چرخه شارژ-دشارژ همزمان را ارائه دهد. سلول GMCC 5000F میتواند پشتیبانی از اینرسی و توانایی مدولاسیون فرکانس اولیه را برای شبکه برق تا حد زیادی افزایش دهد و عملکرد تجهیزات موجود در شبکه را بهبود بخشد. در همین حال، سلول GMCC 5000F میتواند نیازهای استارت سرد کمکی در دمای پایین، پشتیبانی از توان، بازیابی انرژی، منبع تغذیه ولتاژ پایین کنترل شده با سیم برای خودرو و سایر کاربردهای برق را برآورده کند.
مقدمه
فراخازنهاابرخازنها، به عنوان یک منبع تغذیه بسیار قابل اعتماد که جریان بالایی را در مدت زمان کوتاهی فراهم میکند، امروزه توجه فزایندهای را به خود جلب کردهاند. با افزایش روزافزون برقرسانی جهانی، تلاشهای زیادی برای بهبود چگالی انرژی و توان، کیفیت، ایمنی و کاهش هزینه دستگاههای ذخیرهسازی انرژی انجام شده است. ابرخازنها به طور فزایندهای به عنوان سیستمهای ذخیره انرژی که کاربردهای خودرو مانند کمک رانندگی پیشرفته (ADAS)، سیستمهای تعلیق و ضد غلتش نوآورانه و سیستم ترمز اضطراری پیشرفته (AEBS) و غیره را امکانپذیر میکنند، پذیرفته میشوند. در آینده نزدیک، با توجه به اتصال شبکه انرژی در مقیاس بزرگ با انرژی پاک مانند انرژی فتوولتائیک و بادی، انتظار میرود که ابرخازنها در توسعه سریع سیستمهای جدید قدرت، مانند مدولاسیون فرکانس شبکه برق، نقش داشته باشند.
شکل 1. سلول EDLC مدل GMCC 2.7V 5000F
فناوری فوق خازنی 5000F
در حال حاضر، حداکثر ظرفیت خازنی سلول در صنعت ابرخازنها تنها ۳۰۰۰ درجه فارنهایت است و از آنجا که سطح ویژه کربن فعال در الکترودهای مثبت و منفی به طور مؤثر مورد استفاده قرار نمیگیرد، نرخ بهرهبرداری مؤثر فعلی تنها حدود ۱۰٪ است. اگر تنگنای چگالی انرژی و محدودیتهای ابرخازنها شکسته شود، باید برخی نوآوریها و تنظیمات اساسی از ساختار مواد، سطح مشترک جامد-مایع و سیستم الکتروشیمیایی انجام شود.
GMCC بهینهسازی فنی جامع چندبعدی، شامل مقیاس مولکولی/یونی، مقیاس میکرو و نانوساختار مواد، مقیاس سطح مشترک جامد-مایع مواد، مقیاس ذرات مواد، توسعه سیستم الکتروشیمیایی با ظرفیت بالا، طراحی ساختار سلولی و غیره را انجام داده است. اولاً، ساختار منافذ و ویژگیهای سطحی مواد کربنی عمیقاً تجزیه و تحلیل و بهینهسازی شدهاند و ماده کربنی به طور خاص با یک ساختار متخلخل سلسله مراتبی درهمتنیده طراحی شده است (میکروحفرهها، مزوحفرهها و ماکروحفرهها به طور متقابل بدون مانع هستند). ثانیاً، شاخصهای کلیدی مانند اندازه یون، فعالیت یون، اثر حلالپوشی، ویسکوزیته الکترولیت به طور جامع در نظر گرفته شدهاند. بر اساس مطالعه تطبیقی سطح مشترک جامد-مایع مواد/الکترولیت، از مساحت سطح ویژه کربن فعال به طور کامل تا حداکثر استفاده میشود و مقدار و توانایی بار جذب شده سطحی تا حد زیادی بهبود مییابد. ثالثاً، جداکننده ویژه از مواد فیبر کامپوزیتی ساخته شده است و دارای ویژگیهای استحکام بالا، تخلخل بالا و توانایی جذب مایع بالا است. متعاقباً، فرآیند الکترود خشک غیرآلاینده برای بهبود قابل توجه چگالی تراکم الکترود اتخاذ میشود. در عین حال، این فرآیند همچنین باعث میشود سلول مقاومت ارتعاشی و عملکرد عمر بهتری داشته باشد و فرآیند فیبروز چسبنده به سطح ذرات ماده میچسبد و روی آن میپیچد تا یک ساختار "قفسی" تشکیل دهد که جذب الکترولیت و انتقال یونها را تسهیل میکند. در نهایت، GMCC فرآیند فناوری جوشکاری تمام زبانه و تمام لیزری را اتخاذ میکند و سلول بهدستآمده یک ساختار متالورژیکی با اتصال سخت با مقاومت تماسی اهمی کم و مقاومت ارتعاشی عالی است که الزامات استاندارد AECQ200 درجه خودرو را برآورده میکند.
| مشخصات الکتریکی | |
| Tنوع | C60W-2R7-5000 |
| ولتاژ نامیپنجمR | ۲.۷V |
| ولتاژ سرجVS1 | ۲.۸۵V |
| ظرفیت خازنی نامی C۲ | ۵۰۰۰ فارنهایت |
| تحمل ظرفیت۳ | -0%/+20% |
| رسوب ...2 | ≤۰.۲۵میلی اهم |
| جریان نشتیمنL۴ | <9 mA |
| نرخ خود تخلیه 5 | <20٪ |
| حداکثر جریان ثابت Iام سی سی(Δدمای اتاق = ۱۵ درجه سانتیگراد)6 | ۱۳۶A |
| حداکثر جریانIمکس7 | ۳.۰ کA |
| جریان کوتاهمنS8 | ۱۰.۸ کیلوآمپر |
| ذخیره شده انرژیای9 | ۵.۱ وات ساعت |
| چگالی انرژیایd 10 | ۹.۹ وات ساعت بر کیلوگرم |
| چگالی توان قابل استفادهPd11 | ۶.۸ کیلووات بر کیلوگرم |
| توان امپدانس همسانPدی مکس12 | ۱۴.۲کیلووات/کیلوگرم |
جدول ۱ مشخصات الکتریکی پایه سلول EDLC مدل GMCC 2.7V 5000F
برای تعیین یک ابرخازن با ولتاژ نامی، سلول باید شرایط خاصی را برآورده کند. در طول سالهای گذشته، استانداردی در صنعت ایجاد شده است. هنگامی که سلول در حداکثر دمای عملیاتی (65 درجه سانتیگراد برای اکثر ابرخازنها) و ولتاژ نامی نگه داشته شود، باید به یک طول عمر مشخص دست یابد و در عین حال در محدوده معیارهای پایان عمر تعریف شده باقی بماند. طول عمر برای اکثر تولیدکنندگان ابرخازن 1500 ساعت تعیین شده است و معیارهای پایان عمر، کمتر از 20٪ تلفات اسمی خازن و حداکثر افزایش 100٪ از مقدار ESR مشخص شده است. شکل 2 نشان میدهد که ابرخازن GMCC 5000F میتواند این شرایط را برآورده کند.
شکل 2. تغییرات ظرفیت خازنی (منحنی سمت چپ) و ESR (منحنی سمت راست) ابرخازن GMCC 5000F که در دمای 65 درجه سانتیگراد و ولتاژ 2.7 ولت نگهداری شده است.
آینده
ما معتقدیم که فعالیتهای تحقیق و توسعه متمرکز و هدفمند، ما را قادر میسازد تا عملکرد کلی سلول، به ویژه ولتاژ سلول را بیشتر بهبود بخشیم. بر اساس نتایج آزمایشگاهی فعلی، انتظار داریم سطح ولتاژ سلول بعدی در آیندهای قابل پیشبینی رخ دهد. این امر ما را قادر میسازد تا چگالی انرژی و توان ابرخازنهای GMCC را افزایش دهیم و در نتیجه با روند رو به رشد به سمت راهحلهای ذخیرهسازی انرژی کوچکتر و قدرتمندتر همگام شویم.
زمان ارسال: اکتبر-09-2023