Abstracto
GMCC ha desarrollado con éxito un innovador ultracondensador de 5000F con una densidad energética superior a 10 Wh/kg en el encapsulado estándar 60138. Este ultracondensador ofrece alta densidad de potencia, carga y descarga prácticamente instantáneas, alta fiabilidad, tolerancia a temperaturas extremas y una vida útil de más de 1.000.000 de ciclos de carga y descarga. La celda GMCC 5000F mejora significativamente la inercia y la capacidad de modulación de frecuencia primaria para la red eléctrica, optimizando el rendimiento de los equipos conectados. Además, la celda GMCC 5000F satisface las necesidades de arranque en frío a baja temperatura, soporte de potencia, recuperación de energía y suministro de energía de bajo voltaje controlado por cable para aplicaciones automotrices y otras aplicaciones de potencia.
Introducción
UltracondensadoresLos ultracondensadores, como fuente de energía altamente confiable que proporciona alta corriente en un corto período de tiempo, han atraído cada vez más atención en la actualidad. Con la creciente electrificación global, se han realizado grandes esfuerzos para mejorar la densidad de energía y potencia, la calidad, la seguridad y reducir el costo de los dispositivos de almacenamiento de energía. Los ultracondensadores son cada vez más aceptados como sistemas de almacenamiento de energía que permiten aplicaciones automotrices como la asistencia avanzada a la conducción (ADAS), sistemas innovadores de suspensión y barras estabilizadoras, y sistemas avanzados de frenado de emergencia (AEBS), etc. En un futuro cercano, ante la conexión a la red eléctrica a gran escala de energías limpias como la energía fotovoltaica y eólica, se espera que los ultracondensadores impulsen un desarrollo acelerado en nuevos sistemas de energía, como la modulación de frecuencia de la red eléctrica.
Figura 1. Celda EDLC GMCC de 2,7 V y 5000 F.
Tecnología de ultracondensadores 5000F
Actualmente, la capacitancia máxima de las celdas en la industria de los supercondensadores es de tan solo 3000 F, y debido a que la superficie específica del carbón activado en los electrodos positivo y negativo está lejos de ser aprovechada eficazmente, la tasa de utilización efectiva actual es de aproximadamente el 10 %. Para superar el cuello de botella y las limitaciones de la densidad energética de los ultracondensadores, es necesario realizar innovaciones y ajustes fundamentales en la estructura del material, la interfaz sólido-líquido y el sistema electroquímico.
GMCC ha llevado a cabo una optimización técnica integral multidimensional, que abarca la escala molecular/iónica, la escala de micro y nanoestructura del material, la escala de microinterfaz sólido-líquido del material, la escala de partícula del material, el desarrollo de sistemas electroquímicos de alta capacitancia, el diseño de la estructura de la celda, etc. En primer lugar, se ha analizado y optimizado en profundidad la estructura de poros y las características superficiales de los materiales de carbono, y el material de carbono se ha diseñado específicamente con una estructura porosa jerárquica interpenetrante (microporos, mesoporos y macroporos no se obstruyen mutuamente). En segundo lugar, se han considerado exhaustivamente indicadores clave como el tamaño del ion, la actividad iónica, el efecto de solvatación y la viscosidad del electrolito. Basándose en el estudio de correspondencia de la interfaz sólido-líquido del material/electrolito, se aprovecha al máximo el área superficial específica del carbón activado, y se mejora considerablemente la cantidad y la capacidad de la carga superficial adsorbida. En tercer lugar, el separador especial está hecho de material de fibra compuesta y tiene las características de alta resistencia, alta porosidad y alta capacidad de absorción de líquidos. Posteriormente, se adopta el proceso de electrodo seco no contaminante para mejorar significativamente la densidad de compactación del electrodo. Al mismo tiempo, esto también proporciona a la celda una mayor resistencia a las vibraciones y una mejor vida útil. El proceso de fibrosis adhesiva se adhiere y se enrolla sobre la superficie de las partículas del material para formar una estructura de "jaula", lo que facilita la adsorción del electrolito y la transmisión de iones. Finalmente, GMCC adopta la tecnología de soldadura láser de pestañas, y la celda obtenida es una estructura metalúrgica de conexión rígida con baja resistencia de contacto óhmico y excelente resistencia a las vibraciones, que cumple con los requisitos de la norma AECQ200 para uso automotriz.
| ESPECIFICACIONES ELÉCTRICAS | |
| Ttipo | C60W-2R7-5000 |
| Tensión nominalVR | 2.7V |
| Voltaje de sobretensiónVS1 | 2,85V |
| Capacitancia nominal C2 | 5000 F |
| Tolerancia de capacitancia3 | -0%/+20% |
| ESR2 | ≤0,25mΩ |
| Corriente de fugaIL4 | <9 mA |
| Tasa de autodescarga 5 | <20% |
| Corriente constante máxima IMCC(ΔT = 15°C)6 | 136A |
| Corriente máximaIMáximo7 | 3.0 kA |
| Corriente cortaIS8 | 10,8 kA |
| Almacenado Energíami9 | 5.1 Wh |
| Densidad de energíamid 10 | 9,9 Wh/kg |
| Densidad de potencia útilPd11 | 6,8 kW/kg |
| Potencia de impedancia adaptadaPdMax12 | 14.2kW/kg |
Tabla 1. Especificaciones eléctricas básicas de la celda EDLC GMCC de 2,7 V y 5000 F.
Para especificar un ultracondensador con una tensión nominal, la celda debe cumplir ciertas condiciones. En los últimos años, se ha establecido un estándar en la industria. Al mantenerse a la temperatura máxima de funcionamiento (65 °C para la mayoría de los ultracondensadores) y a la tensión nominal, la celda debe alcanzar una vida útil definida sin exceder los criterios de fin de vida útil establecidos. La vida útil se fija en 1500 horas para la mayoría de los fabricantes de ultracondensadores, y los criterios de fin de vida útil son una pérdida de capacitancia nominal inferior al 20 % y un aumento máximo del 100 % del valor ESR especificado. La figura 2 muestra que el ultracondensador GMCC 5000F cumple estas condiciones.
Figura 2. Evolución de la capacitancia (curva izquierda) y la ESR (curva derecha) del ultracondensador GMCC 5000F mantenido a una temperatura de 65 °C y un voltaje de 2,7 V.
El futuro
Creemos que las actividades de I+D intensivas y orientadas a objetivos nos permitirán mejorar aún más el rendimiento general de la celda, especialmente su voltaje. Según los resultados de laboratorio actuales, prevemos que el siguiente nivel de voltaje de la celda se alcanzará en un futuro próximo. Esto nos permitirá aumentar la densidad de energía y potencia de los ultracondensadores GMCC y, por lo tanto, mantenernos al día con la tendencia hacia soluciones de almacenamiento de energía cada vez más pequeñas y potentes.
Fecha de publicación: 9 de octubre de 2023