Electric Double Layer Capacitor (DLCAPTM) for Power Application From Nippon CC

Electric Double Layer Capacitor (DLCAPTM) for Power Application From Nippon CC

Introduzione Nippon Chemi-Con, fondata nel 1931, ha continuato a sviluppare una varietà di componenti elettronici a partire dai condensatori elettrolitici. La tecnologia sviluppata da NCC consente di offrire una capacità di 3100F@2,3V e 2400F@2,5V

Ultracondensatori I Double Layer Capacitor si differiscono dagli attuali condensatori elettrolitici in quanto la loro struttura interna è completamente differente. La caratteristica principale è l alta capacità (Farad) e l elevata caratteristica di carica /scarica tali da renderli utilizzabili in aree di lavoro proprie delle batterie.

Ultracondensatori I supercondensatori sono costituiti da due elettrodi di carbone attivo ad elevata area superficiale ( >2000m2/g), un separatore ed un elettrolita. Nel doppio strato elettrodico lo spessore del dielettrico è dell ordine di nanometri, questo combinato con elevatissima superficie permette di raggiungere capacità di migliaia di Farad. La natura dell elettrolita organico permette l utilizzo di finestre di potenziale di utilizzo di quasi 3 volt.

Tensioni più alte con collegamenti serie condensatore Elettrolita condensatore Contatti interni ai terminali Resistenza tra terminali e barra 1. Riduzione della tensione reale 2. Trasformazione di parte dell energia in calore 3. Aumento della temperatura interna del condensatore

Circuito di bilanciamento Nel processo di carica /scarica possiamo avere una variazione di tensione dovuta alle tolleranze delle celle e/o alla corrente di leakage. Questo potrebbe causare una sovra tensione o una tensione inversa su alcune celle rendendo il sistema non stabile Un circuito di bilanciamento deve essere implementato per proteggere il modulo per motivi di affidabilità e vita del modulo stesso

Circuito di bilanciamento Bilanciamento passivo: Il valore della resistenza è pari a circa 10 volte la leakage current Vantaggio : Semplice e poco costoso Svantaggio : continua dissipazione di potenza. Bilanciamento attivo Quando la tensione eccede Vf, viene attivato Q e bypassa la corrente per controllare la tensione della cella Tensione cella > Vf Q è ON Tensione cella < Vf Q è OFF Vantaggi : quando la tensione della cella è < Vf allora è pilotata dal leakage Svantaggi :è necessario un settaggio preciso poiché un alta corrente di bypass causa elevate perdite.

Struttura del prodotto NCC TipoCilindrico Tipo Prismatico Elettrodi carbone attivo Separatori Strati Carbone attivo Foglio di alluminio(collettore Collettore)

Tipi di EDCL (1)Elettodo Carbone attivo Fibra di Carbone Nano-carbon etc., (2)Electrolita <Organico> Solvent PC (Propylene Carbonate) materiale non tossico 2400F@2,5V IR=0,7mOhm AN (Acetonitrile) sostanza tossica ottime prestazioni a bassa temperatura 3000F@2,7V IR=0,3mOhm Sali <Acqua> Solvent H 2 O Salt H +, SO 4 2-

Comparazione dei Materiali NCC: Solvente PC (Propylene Carbonate) Sali

Test Data -1 Self-discharge test con differenti elettroliti 100 DLCAP TM (PC) Voltage retention [%] 95 90 85 Test sample (AN) Competitor (AN) a 20, 2.5V, caricato per 24hrs 80 0 7 14 Days

Test Data -2 Load life test a temperature e tensioni nominali 0 Capacitance Change [%] -5-10 -15-20 -25-30 0 500 1000 1500 2000 2500 Time [h] DLCAP TM (PC), 60 2.5V Competitor A (AN), 60 2.7V Competitor B (AN), 70 2.3V

Test Data -3 Load life test con differenti elettroliti Capacitance change [%] 0-5 -10-15 -20-25 -30 at 60 2.5V, φ35 50L (senza valvola) AN PC 0 500 1000 1500 2000 2500 Time [h] Internal resistance change [%] 60 50 40 30 20 10 0 AN PC 0 500 1000 1500 2000 2500 Time [h]

Test Data -4 deformazione del case dopo il load life test con differenti elettroliti a 60 2.5V, φ35 50L (senza valvola) 1.6 1.4 AN 1.2 L-size [mm] 1.0 0.8 0.6 0.4 PC dopo Load Life Test ΔL 0.2 0.0 0 500 1000 1500 2000 2500 Time [h] Flat Swell

Test Data -5 deformazione del case dopo load life test a 60, 2.3 V 17,000h, 54 128 L 3000F 0.8mm 4.6mm Con la valvola regola pressione Senza valvola regola pressione

Struttura della valvola regola pressione Usually In operation, air is kept gas is released. Due funzioni della valvola : tightly. 1. Sicurezza--->in caso di tensione, corrente o temperatura eccessiva la valvola si apre. 2. Regulazione---> il gas fuoriesce automaticamente quando necessario.

Temperature dependency

Variazioni della Capacità e DCIR - Load life test 2.5 Milioni cicli carica/scarica 5 200 Capacitance Change [%] 0-5 -10-15 -20-25 150 100 50 Internal Resistance Change [%] Condizioni: tensione nominale temperatura ambiente senza ventilazione forzata Currente: 250A -30-35 0 1,000,000 2,000,000 Cycle Numbers 0

NCC Roadmap 2008

Riassumendo: I supercondensatori presentano caratteristiche superiori alle batterie in quanto immagazzinano energia senza alcuna reazione chimica. 1. Elevata ciclo vita >2 milioni di cicli 2. Benchè la densità di energia sia inferiore rispetto ad una batteria forniscono una più alta energia in totale grazie ad una potenza specifica superiore 3. Alta potenza specifica conduce a rapida ciclo di carica con alte correnti 4. Elevata efficienza del ciclo carica/scarica ( 97/98% ) 5. Non contiene metalli pesanti: ecologico 6. Elevata affidabilità garantita senza corto circuiti 7. Eccellente comportamento alle basse temperature 8. Praticamente senza manutenzione

Applicazioni

Produzione e R&D Chemi-Con Yonezawa Manufacturing Plant DLCAP Cell Chemi-Con Yamagata Corp Double Layer capacitor DEPT DLCAP Cell Design Nuova Fabbrica 2022 m2 Capacità produttiva: 180K pzz mese

Roadmap produzione kpzz/ mese 800 700 600 500 400 300 200 100 0 2005 2006 2007 2008 2009 Anno Prismatico Cilindrico

Grazie per L attenzione!