Þróun og tækni á 5000F ofurþéttum

Ágrip

GMCC hefur þróað nýstárlegan 5000F ofurþétta með hærri orkuþéttleika (>10 Wh/kg) í 60138 staðlaðri stærð, sem býður upp á mikla aflþéttleika, nánast tafarlausa hleðslu og afhleðslu, mikla áreiðanleika, mikla hitastigsþol og endingartíma yfir 1.000.000 hleðslu- og afhleðslulotur samtímis. GMCC 5000F rafhlaðan getur aukið tregðustuðning og getu til að móta aðaltíðni raforkukerfisins til muna og bætt afköst búnaðar í netkerfinu. Á sama tíma getur GMCC 5000F rafhlaðan uppfyllt kröfur um lághita kaldræsingu, aflstuðning, orkuendurheimt og vírstýrða lágspennuaflgjafa fyrir bílaiðnað og aðrar orkunotkunir.

Inngangur

Ofurþéttar, sem mjög áreiðanleg aflgjafi sem veitir mikinn straum á stuttum tíma, hefur vakið aukna athygli nú til dags. Með vaxandi rafvæðingu um allan heim hefur verið lagt mikla áherslu á að bæta orku- og aflþéttleika, gæði, öryggi og lækka kostnað við orkugeymslutæki. Ofurþéttir eru sífellt meira viðurkenndir sem orkugeymslukerfi sem gera kleift að nota í bílum eins og háþróaða akstursaðstoð (ADAS), nýstárleg fjöðrunar- og veltivörnkerfi og háþróað neyðarhemlunarkerfi (AEBS) o.s.frv. Í náinni framtíð, í ljósi stórfelldrar tengingar hreinnar orku við orkunetið, svo sem sólarorku og vindorku, er búist við að ofurþéttir muni leiða til hraðari þróunar nýrra aflkerfum, svo sem tíðnimótunar raforkukerfisins.

Ofurþétti

Mynd 1 GMCC 2,7V 5000F EDLC rafhlaða

5000F ofurþéttitækni

Sem stendur er hámarksrýmd frumunnar í ofurþéttaiðnaðinum aðeins 3000F, og vegna þess að yfirborðsflatarmál virks kolefnis í jákvæðu og neikvæðu rafskautunum er langt frá því að vera nýtt á áhrifaríkan hátt, er núverandi virka nýtingarhlutfall aðeins um 10%. Ef flöskuháls orkuþéttleikans og takmarkanir ofurþétta eru rofnar, verður að gera nokkrar grundvallarnýjungar og aðlaganir á efnisbyggingu, viðmóti fasts efnis og vökva og rafefnafræðilega kerfinu.

GMCC hefur framkvæmt fjölvíddar tæknilega hagræðingu, þar á meðal sameinda-/jónastærð, ör- og nanóbyggingu efnis, örviðmót fasts efnis og vökva, agnastærð efnis, þróun rafefnafræðilegra kerfa með mikilli rafrýmd, hönnun frumubyggingar o.s.frv. Í fyrsta lagi hefur verið greint og hagrætt svitaholabyggingu og yfirborðseiginleikar kolefnisefna og kolefnisefnið er sérstaklega hannað með samvirkri stigveldisbundinni svitaholabyggingu (örsviti, mesóvíti og stórsviti eru gagnkvæmt óhindrað). Í öðru lagi hefur verið tekið tillit til lykilþátta eins og jónastærðar, jónavirkni, lausnaráhrifa og seigja raflausnarinnar. Byggt á samsvörunarrannsókn á viðmóti fasts efnis og vökva er yfirborðsflatarmál virks kolefnis nýtt til fulls og magn og geta yfirborðsuppsogshleðslu er verulega bætt. Í þriðja lagi er sérstakur aðskilnaður úr samsettu trefjaefni og hefur eiginleika eins og mikinn styrk, mikla gegndræpi og mikla vökvagleypni. Í kjölfarið er mengunarlaus þurr rafskautsaðferð notuð til að bæta þjöppunarþéttleika rafskautsins verulega. Á sama tíma gerir það frumuna einnig betri titringsþol og endingargóða, og límmyndunarferlið festist við og vindur sig á yfirborði efnisagnanna til að mynda „búr“-byggingu, sem auðveldar aðsog rafvökvans og flutning jóna. Að lokum notar GMCC al-flipa, al-leysir suðutækni, og fruman sem fæst er málmvinnslu-hörð tengd uppbygging með lágu ómísku snertimótstöðu og framúrskarandi titringsþol, sem uppfyllir kröfur AECQ200 staðalsins fyrir bílaiðnað.

RAFMAGNSLÝSINGAR
T C60W-2R7-5000
MálspennaVR

2.7V

SpennabylgjuVS1

2,85V

Metið rýmd C2

5000 F

Þolþol fyrir rýmd3

-0%/+20%

ESR2 0,25
LekastraumurÉgL4

<9 mA

Sjálfútskriftarhraði 5

<20%

Hámarks stöðugur straumur IViðskiptavinamiðstöðin(ΔT = 15°C)6 136A
HámarksstraumurIHámark7 3,0 þúsundA
SkammtímastraumurÉgS8 10,8 kA
Geymt OrkaE9 5,1 Wh
OrkuþéttleikiEd 10 9,9 Wh/kg
Nothæf aflþéttleikiPd11 6,8 kW/kg
Samsvarandi viðnámskrafturPdMax12

14.2kW/kg

Tafla 1. Grunnrafmagnsupplýsingar fyrir GMCC 2,7V 5000F EDLC rafhlöðu

Til að tilgreina öfgaþétta með málspennu verður fruman að uppfylla ákveðin skilyrði. Staðall hefur verið settur í greininni á undanförnum árum. Þegar fruman er geymd við hámarks rekstrarhita (65°C fyrir flesta öfgaþétta) og málspennu verður hún að ná skilgreindum líftíma en samt sem áður innan skilgreindra líftímaviðmiða. Líftími er stilltur á 1500 klukkustundir fyrir flesta framleiðendur öfgaþétta og líftímaviðmiðin eru minna en 20% nafnrýmdartap og hámarksaukning um 100% af tilgreindu ESR gildi. Mynd 2 sýnir að GMCC 5000F öfgaþétti getur uppfyllt þessi skilyrði.

Mynd 2 Þróun rýmdar (vinstri ferill) og ESR (hægri ferill) í GMCC 5000F öfgaþétta við 65°C hitastig og 2,7V spennu. Mynd 2 Þróun rýmdar (vinstri ferill) og ESR (hægri ferill) í GMCC 5000F öfgaþétta við 65°C hitastig og 2,7V spennu.
Mynd 2 Þróun rafrýmdar (vinstri ferill) og ESR (hægri ferill) í GMCC 5000F öfgaþétta við 65°C hitastig og 2,7V spennu.

Mynd 2 Þróun rafrýmdar (vinstri ferill) og ESR (hægri ferill) í GMCC 5000F öfgaþétta við 65°C hitastig og 2,7V spennu.

Framtíðin

Við teljum að markviss og öflug rannsóknar- og þróunarstarfsemi muni gera okkur kleift að bæta enn frekar heildarafköst frumnanna, sérstaklega spennuna. Byggt á núverandi niðurstöðum rannsóknarstofu gerum við ráð fyrir að næsta spennustig frumnanna náist í fyrirsjáanlegri framtíð. Þetta mun gera okkur kleift að auka orku- og aflþéttleika GMCC-ofurþétta og þannig halda í við þróunina í átt að sífellt minni og öflugri orkugeymslulausnum.


Birtingartími: 9. október 2023