Soyut
GMCC, 60138 standart boyutunda, daha yüksek enerji yoğunluğuna (>10 Wh/kg) sahip yenilikçi bir 5000F ultra kapasitör geliştirmeyi başardı. Bu kapasitör, yüksek güç yoğunluğu, neredeyse anında şarj ve deşarj, yüksek güvenilirlik, aşırı sıcaklık toleransı ve aynı anda 1.000.000'dan fazla şarj-deşarj döngüsü ömrü sunmaktadır. GMCC 5000F hücresi, elektrik şebekesi için atalet desteğini ve birincil frekans modülasyon yeteneğini büyük ölçüde artırabilir ve şebekedeki ekipmanların performansını iyileştirebilir. Aynı zamanda, GMCC 5000F hücresi, otomotiv ve diğer güç uygulamaları için yardımcı düşük sıcaklıkta soğuk çalıştırma, güç desteği, enerji geri kazanımı, kablo kontrollü düşük voltajlı güç kaynağı gereksinimlerini karşılayabilir.
giriiş
Ultra kapasitörlerKısa sürede yüksek akım sağlayan son derece güvenilir bir güç kaynağı olarak ultra kapasitörler, günümüzde giderek artan bir ilgi görmektedir. Küresel elektrifikasyonun giderek artmasıyla birlikte, enerji ve güç yoğunluğunu, kalitesini, güvenliğini iyileştirmek ve enerji depolama cihazlarının maliyetini düşürmek için büyük çabalar sarf edilmektedir. Ultra kapasitörler, gelişmiş sürüş destek sistemleri (ADAS), yenilikçi süspansiyon ve devrilme önleyici sistemler ve gelişmiş acil frenleme sistemleri (AEBS) gibi otomotiv uygulamalarını mümkün kılan enerji depolama sistemleri olarak giderek daha fazla kabul görmektedir. Yakın gelecekte, fotovoltaik ve rüzgar enerjisi gibi temiz enerjinin büyük ölçekli enerji şebekesine bağlanmasıyla birlikte, ultra kapasitörlerin, güç şebekesi frekans modülasyonu gibi yeni güç sistemlerinde hızlandırılmış bir gelişmeye öncülük etmesi beklenmektedir.
Şekil 1 GMCC 2.7V 5000F EDLC hücresi
5000F Ultrakapasitör Teknolojisi
Şu anda süperkapasitör endüstrisindeki hücrelerin maksimum kapasitesi yalnızca 3000 F'dir ve pozitif ve negatif elektrotlardaki aktif karbonun özgül yüzey alanının etkin bir şekilde kullanılmasından çok uzak olduğu için, mevcut etkin kullanım oranı sadece yaklaşık %10'dur. Ultra kapasitörlerin enerji yoğunluğu darboğazı ve sınırlamalarının aşılması için, malzeme yapısı, katı-sıvı arayüzü ve elektrokimyasal sistemden bazı temel yenilikler ve düzenlemeler yapılması gerekmektedir.
GMCC, moleküler/iyonik ölçek, malzeme mikro ve nano yapı ölçeği, malzeme mikro katı-sıvı arayüz ölçeği, malzeme parçacık ölçeği, yüksek kapasiteli elektrokimyasal sistem geliştirme, hücre yapısı tasarımı vb. içeren çok boyutlu kapsamlı teknik optimizasyon gerçekleştirmiştir. İlk olarak, karbon malzemelerin gözenek yapısı ve yüzey özellikleri derinlemesine analiz edilmiş ve optimize edilmiş olup, karbon malzeme özel olarak iç içe geçmiş hiyerarşik gözenekli bir yapı (mikro gözenekler, mezo gözenekler ve makro gözenekler birbirini engellemez) ile tasarlanmıştır. İkinci olarak, iyon boyutu, iyon aktivitesi, çözünme etkisi, elektrolit viskozitesi gibi temel göstergeler kapsamlı bir şekilde ele alınmıştır. Malzeme/elektrolit katı-sıvı arayüzünün eşleştirme çalışmasına dayanarak, aktif karbonun özgül yüzey alanı maksimum düzeyde kullanılmış ve yüzeyde adsorbe edilen yük miktarı ve kapasitesi büyük ölçüde iyileştirilmiştir. Üçüncü olarak, özel ayırıcı kompozit elyaf malzemeden yapılmış olup, yüksek mukavemet, yüksek gözeneklilik ve yüksek sıvı emme yeteneği özelliklerine sahiptir. Sonrasında, elektrotun sıkıştırma yoğunluğunu büyük ölçüde iyileştirmek için çevre dostu kuru elektrot işlemi benimsenmiştir. Bu arada, hücrenin titreşim direncini ve kullanım ömrünü de iyileştirir ve yapışkan liflenme işlemi, malzeme parçacıklarının yüzeyine yapışarak ve sarılarak bir "kafes" yapısı oluşturur; bu da elektrolitin adsorpsiyonunu ve iyonların iletimini kolaylaştırır. Son olarak, GMCC, tüm bağlantı noktaları ve lazer kaynak teknolojisi işlemini benimser ve elde edilen hücre, düşük ohmik temas direncine ve mükemmel titreşim direncine sahip, otomotiv sınıfı AECQ200 standardının gereksinimlerini karşılayan metalurjik sert bağlantılı bir yapıdır.
| ELEKTRİKSEL ÖZELLİKLER | |
| Ttip | C60W-2R7-5000 |
| Nominal GerilimVR | 2.7V |
| Ani Gerilim ArtışıVS1 | 2.85V |
| Nominal Kapasitans C2 | 5000 F |
| Kapasitans Toleransı3 | -0%/+20% |
| ESR2 | ≤0,25mΩ |
| Kaçak AkımBENL4 | <9 mA |
| Kendiliğinden Boşalma Oranı 5 | <20% |
| Maksimum Sabit Akım IMCC(ΔT = 15°C)6 | 136A |
| Maksimum AkımIMaksimum7 | 3.0 kA |
| Kısa AkımBENS8 | 10,8 kA |
| Depolandı EnerjiE9 | 5.1 Ne |
| Enerji YoğunluğuEd 10 | 9,9 Wh/kg |
| Kullanılabilir Güç YoğunluğuPd11 | 6,8 kW/kg |
| Eşleşen Empedans GücüPdMax12 | 14.2kW/kg |
Tablo 1 GMCC 2.7V 5000F EDLC hücresinin temel elektriksel özellikleri
Nominal gerilime sahip bir ultra kapasitörün belirtilebilmesi için, hücrenin belirli koşulları karşılaması gerekir. Son yıllarda sektörde bir standart oluşturulmuştur. Maksimum çalışma sıcaklığında (çoğu ultra kapasitör için 65°C) ve nominal gerilimde tutulduğunda, hücre tanımlanmış bir ömür süresine ulaşmalı ve tanımlanmış ömür sonu kriterleri dahilinde kalmalıdır. Ömür süresi çoğu ultra kapasitör üreticisi için 1500 saat olarak belirlenmiştir ve ömür sonu kriterleri %20'den az nominal kapasitans kaybı ve belirtilen ESR değerinin %100'ünden fazla artıştır. Şekil 2, GMCC 5000F ultra kapasitörün bu koşulları karşılayabildiğini göstermektedir.
Şekil 2. 65 °C sıcaklıkta ve 2,7 V gerilimde tutulan GMCC 5000F ultra kapasitörün kapasitans (sol eğri) ve ESR (sağ eğri) değişimi.
Gelecek
Hedef odaklı, yoğun Ar-Ge faaliyetlerinin, özellikle hücre voltajı olmak üzere, genel hücre performansını daha da iyileştirmemizi sağlayacağına inanıyoruz. Mevcut laboratuvar sonuçlarına dayanarak, bir sonraki hücre voltajı seviyesinin yakın gelecekte gerçekleşmesini bekliyoruz. Bu, GMCC ultra kapasitörlerin enerji ve güç yoğunluğunu artırmamızı ve böylece giderek daha küçük ve daha güçlü enerji depolama çözümlerine yönelik eğilime ayak uydurmamızı sağlayacaktır.
Yayın tarihi: 09.10.2023