การพัฒนาและเทคโนโลยีอัลตร้าคาปาซิเตอร์ 5000F

เชิงนามธรรม

GMCC ประสบความสำเร็จในการพัฒนาตัวเก็บประจุยิ่งยวด 5000F ที่มีนวัตกรรมใหม่ มีความหนาแน่นพลังงานสูงกว่า (>10 Wh/kg) ในขนาดมาตรฐาน 60138 ซึ่งสามารถให้ความหนาแน่นพลังงานสูง การชาร์จและการคายประจุเกือบจะในทันที ความน่าเชื่อถือสูง ทนต่ออุณหภูมิสูงและต่ำมาก และมีอายุการใช้งานมากกว่า 1,000,000 รอบการชาร์จและการคายประจุพร้อมกัน เซลล์ GMCC 5000F สามารถเพิ่มการรองรับความเฉื่อยและความสามารถในการปรับความถี่หลักของโครงข่ายไฟฟ้าได้อย่างมาก และปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์ในเครือข่าย ในขณะเดียวกัน เซลล์ GMCC 5000F ยังสามารถตอบสนองความต้องการในการสตาร์ทเครื่องยนต์ในอุณหภูมิต่ำ การรองรับพลังงาน การกู้คืนพลังงาน การจ่ายไฟแรงดันต่ำแบบควบคุมด้วยสายไฟสำหรับยานยนต์และแอปพลิเคชันพลังงานอื่นๆ

การแนะนำ

อัลตร้าคาปาซิเตอร์ตัวเก็บประจุยิ่งยวด (Ultracapacitor) เป็นแหล่งพลังงานที่มีความน่าเชื่อถือสูง ให้กระแสไฟฟ้าสูงในช่วงเวลาสั้นๆ จึงได้รับความสนใจเพิ่มมากขึ้นในปัจจุบัน ด้วยการใช้ไฟฟ้าที่เพิ่มมากขึ้นทั่วโลก ความพยายามอย่างมากจึงเกิดขึ้นเพื่อปรับปรุงความหนาแน่นของพลังงานและกำลังไฟฟ้า คุณภาพ ความปลอดภัย และลดต้นทุนของอุปกรณ์จัดเก็บพลังงาน ตัวเก็บประจุยิ่งยวดได้รับการยอมรับมากขึ้นเรื่อยๆ ในฐานะระบบจัดเก็บพลังงานที่ช่วยให้สามารถใช้งานในยานยนต์ได้ เช่น ระบบช่วยขับขี่ขั้นสูง (ADAS) ระบบช่วงล่างและระบบกันโคลงแบบใหม่ และระบบเบรกฉุกเฉินขั้นสูง (AEBS) เป็นต้น ในอนาคตอันใกล้ เมื่อเผชิญกับการเชื่อมต่อโครงข่ายพลังงานขนาดใหญ่ของพลังงานสะอาด เช่น พลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลม คาดว่าตัวเก็บประจุยิ่งยวดจะนำไปสู่การพัฒนาอย่างรวดเร็วในระบบพลังงานใหม่ๆ เช่น การปรับความถี่ของโครงข่ายไฟฟ้า

อัลตร้าคาปาซิเตอร์

รูปที่ 1 เซลล์ EDLC GMCC 2.7V 5000F

เทคโนโลยีอัลตร้าคาปาซิเตอร์ 5000F

ในปัจจุบัน ความจุสูงสุดของเซลล์ในอุตสาหกรรมซูเปอร์คาปาซิเตอร์อยู่ที่เพียง 3000F เท่านั้น และเนื่องจากพื้นที่ผิวจำเพาะของถ่านกัมมันต์ในขั้วบวกและขั้วลบยังไม่ถูกใช้ประโยชน์อย่างมีประสิทธิภาพ อัตราการใช้งานที่มีประสิทธิภาพในปัจจุบันจึงอยู่ที่ประมาณ 10% เท่านั้น หากต้องการเอาชนะข้อจำกัดด้านความหนาแน่นของพลังงานและขีดจำกัดของอัลตร้าคาปาซิเตอร์ จำเป็นต้องมีการคิดค้นและปรับปรุงพื้นฐานบางอย่างในด้านโครงสร้างวัสดุ ส่วนต่อประสานของของแข็งและของเหลว และระบบทางเคมีไฟฟ้า

GMCC ได้ดำเนินการปรับปรุงประสิทธิภาพทางเทคนิคแบบครบวงจรหลายมิติ ซึ่งครอบคลุมถึงระดับโมเลกุล/ไอออน ระดับโครงสร้างจุลภาคและนาโนของวัสดุ ระดับส่วนต่อประสานของของแข็งและของเหลวระดับจุลภาคของวัสดุ ระดับอนุภาคของวัสดุ การพัฒนาระบบไฟฟ้าเคมีความจุสูง การออกแบบโครงสร้างเซลล์ ฯลฯ ประการแรก ได้มีการวิเคราะห์และปรับปรุงโครงสร้างรูพรุนและลักษณะพื้นผิวของวัสดุคาร์บอนอย่างละเอียด โดยวัสดุคาร์บอนได้รับการออกแบบเป็นพิเศษให้มีโครงสร้างรูพรุนแบบลำดับชั้นที่ซ้อนทับกัน (รูพรุนขนาดเล็ก รูพรุนขนาดกลาง และรูพรุนขนาดใหญ่ไม่กีดขวางซึ่งกันและกัน) ประการที่สอง ได้พิจารณาตัวชี้วัดสำคัญอย่างครอบคลุม เช่น ขนาดไอออน กิจกรรมของไอออน ผลกระทบของการละลาย และความหนืดของอิเล็กโทรไลต์ จากการศึกษาการจับคู่ของส่วนต่อประสานของของแข็งและของเหลวระหว่างวัสดุและอิเล็กโทรไลต์ ทำให้พื้นที่ผิวจำเพาะของถ่านกัมมันต์ถูกใช้ประโยชน์อย่างเต็มที่ และปริมาณและความสามารถในการดูดซับประจุบนพื้นผิวได้รับการปรับปรุงอย่างมาก ประการที่สาม ตัวแยกพิเศษทำจากวัสดุเส้นใยคอมโพสิต ซึ่งมีคุณสมบัติความแข็งแรงสูง ความพรุนสูง และความสามารถในการดูดซับของเหลวสูง ต่อมาได้มีการนำกระบวนการผลิตอิเล็กโทรดแห้งที่ไม่ก่อให้เกิดมลพิษมาใช้ เพื่อปรับปรุงความหนาแน่นของการอัดแน่นของอิเล็กโทรดให้ดีขึ้นอย่างมาก ในขณะเดียวกันก็ทำให้เซลล์มีคุณสมบัติทนต่อการสั่นสะเทือนและมีอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น และกระบวนการสร้างเส้นใยยึดเกาะจะยึดติดและพันรอบพื้นผิวของอนุภาควัสดุเพื่อสร้างโครงสร้าง "กรง" ซึ่งช่วยอำนวยความสะดวกในการดูดซับอิเล็กโทรไลต์และการส่งผ่านไอออน สุดท้าย GMCC ได้นำเทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบทุกขั้วมาใช้ และเซลล์ที่ได้เป็นโครงสร้างเชื่อมต่อแบบแข็งทางโลหะวิทยาที่มีความต้านทานการสัมผัสโอห์มต่ำและทนต่อการสั่นสะเทือนได้ดีเยี่ยม ซึ่งตรงตามข้อกำหนดของมาตรฐาน AECQ200 ระดับยานยนต์

ข้อกำหนดทางไฟฟ้า
Tประเภท C60W-2R7-5000
แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดวีR

2.7V

แรงดันไฟกระชากVS1

2.85V

ความจุที่กำหนด C2

5000 องศาฟาเรนไฮต์

ความคลาดเคลื่อนของความจุ3

-0%/+20%

เอสอาร์2 0.25มิลลิโอห์ม
กระแสไฟรั่วฉันL4

<9 mA

อัตราการจำหน่ายด้วยตนเอง 5

<20%

กระแสคงที่สูงสุด Iเอ็มซีซี(ΔT = 15°C)6 136A
กระแสสูงสุดIแม็กซ์7 3.0 กก.A
กระแสไฟฟ้าลัดวงจรฉันS8 10.8 กิโลแอมป์
จัดเก็บ พลังงานอี9 5.1 วัตต์
ความหนาแน่นของพลังงานอีd 10 9.9 วัตต์-กิโลกรัม
ความหนาแน่นของพลังงานที่ใช้งานได้Pd11 6.8 กิโลวัตต์/กิโลกรัม
กำลังอิมพีแดนซ์ที่เข้ากันPdMax12

14.2กิโลวัตต์/กิโลกรัม

ตารางที่ 1 ข้อมูลจำเพาะทางไฟฟ้าพื้นฐานของเซลล์ GMCC 2.7V 5000F EDLC

ในการกำหนดคุณสมบัติของอัลตร้าคาปาซิเตอร์ที่มีแรงดันไฟฟ้าพิกัด เซลล์จะต้องเป็นไปตามเงื่อนไขบางประการ มาตรฐานได้ถูกกำหนดขึ้นในอุตสาหกรรมในช่วงหลายปีที่ผ่านมา เมื่อใช้งานที่อุณหภูมิการทำงานสูงสุด (65 องศาเซลเซียสสำหรับอัลตร้าคาปาซิเตอร์ส่วนใหญ่) และแรงดันไฟฟ้าพิกัด เซลล์จะต้องมีอายุการใช้งานตามที่กำหนดไว้ โดยต้องอยู่ภายในเกณฑ์การสิ้นสุดอายุการใช้งานที่กำหนดไว้ อายุการใช้งานถูกกำหนดไว้ที่ 1500 ชั่วโมงสำหรับผู้ผลิตอัลตร้าคาปาซิเตอร์ส่วนใหญ่ และเกณฑ์การสิ้นสุดอายุการใช้งานคือ การสูญเสียความจุตามค่าที่กำหนดน้อยกว่า 20% และค่า ESR ที่เพิ่มขึ้นสูงสุดไม่เกิน 100% ของค่าที่กำหนด รูปที่ 2 แสดงให้เห็นว่าอัลตร้าคาปาซิเตอร์ GMCC 5000F สามารถเป็นไปตามเงื่อนไขเหล่านี้ได้

รูปที่ 2 การเปลี่ยนแปลงของค่าความจุ (เส้นโค้งด้านซ้าย) และค่า ESR (เส้นโค้งด้านขวา) ของตัวเก็บประจุยิ่งยวด GMCC 5000F ที่อุณหภูมิ 65 องศาเซลเซียส และแรงดันไฟฟ้า 2.7 โวลต์
รูปที่ 2 การเปลี่ยนแปลงของค่าความจุ (เส้นโค้งด้านซ้าย) และค่า ESR (เส้นโค้งด้านขวา) ของตัวเก็บประจุยิ่งยวด GMCC 5000F ที่อุณหภูมิ 65 องศาเซลเซียส และแรงดันไฟฟ้า 2.7 โวลต์

รูปที่ 2 การเปลี่ยนแปลงของค่าความจุ (เส้นโค้งด้านซ้าย) และค่า ESR (เส้นโค้งด้านขวา) ของตัวเก็บประจุยิ่งยวด GMCC 5000F ที่อุณหภูมิ 65 องศาเซลเซียส และแรงดันไฟฟ้า 2.7 โวลต์

อนาคต

เราเชื่อว่ากิจกรรมวิจัยและพัฒนาที่มุ่งเน้นเป้าหมายอย่างเข้มข้นจะช่วยให้เราปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของเซลล์ได้ดียิ่งขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ จากผลการทดสอบในห้องปฏิบัติการในปัจจุบัน เราคาดว่าระดับแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ระดับต่อไปจะเกิดขึ้นในอนาคตอันใกล้ ซึ่งจะช่วยให้เราเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานและกำลังไฟฟ้าของตัวเก็บประจุยิ่งยวด GMCC และก้าวทันกระแสการพัฒนาโซลูชันการจัดเก็บพลังงานที่มีขนาดเล็กลงและทรงพลังยิ่งขึ้น


วันที่โพสต์: 9 ตุลาคม 2566