SBIR Phase II: High Power and Energy Density VN-based Asymmetric Supercapacitors

SBIR 第二阶段:高功率和能量密度 VN 基不对称超级电容器

基本信息

  • 批准号:
    1230387
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 44.58万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2012
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2012-09-01 至 2017-02-28
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This Small Business Innovation Research (SBIR) Phase II project will demonstrate asymmetric supercapacitors that meet or exceed the cost and performance targets set by the United States Advanced Battery Consortium for FreedomCar applications. These devices will be based on low-cost VN and NiOOH with aqueous electrolytes. Currently available commercial products are based on carbon with organic electrolytes and deliver 3-6 Wh/kg with power densities of 700 W/kg at a cost of ~$0.10 per Farad. The cost must be decreased by at least a factor of two for broader market acceptance, and the energy density improved to reduce the supercapacitor size. The proposed SBIR program will lead to next generation supercapacitors with energy densities that approach 15 Wh/kg and costs that are as much as 10 times lower than those for currently available commercial devices. The superior performance and cost are derived from the use of inexpensive, base metal nitrides and oxides tailored to give high specific capacitance, low impedance aqueous electrolytes that enable fast, efficient high power cycling, and an asymmetric design that maximizes the operating potential window. This combination of performance and cost will enable significant expansion in the use of supercapacitors for a number of important applications.The broader impact/commercial potential of this project lies in efficient peak power management of electric loads, such as automotive start/stop systems, acceleration and regenerative braking of hybrid electric vehicles (HEVs), and uninterruptible power supplies. Supercapacitors offer a combination of energy and power that complements other electrochemical storage and conversion devices, including batteries and fuel cells. With improvements in energy density and reductions in cost, the markets for supercapacitors are expected to grow rapidly. Transportation and smart grid applications represent large markets with 30% annual growth. The automotive supercapacitor market totaled $55 million in 2009 and could grow to $243 million by 2015, fueled by the demand for HEVs. The smart grid market for supercapacitors is forecasted to reach $2.5 billion in 2015 driven by peak-load management and regenerative braking for light rails. The devices developed during this SBIR program could support minimizing our nation?s production of greenhouse gases and dependence on foreign energy sources. Federal agencies including the Department of Defense will also benefit, in particular, for applications such as extended range vehicles, exoskeleton systems, and electromagnetic armors.
这项小型企业创新研究(SBIR)第二阶段项目将证明不对称的超级电容器满足或超过美国高级电池联盟为FreedomCar应用程序设定的成本和性能目标。 这些设备将基于带有水解的低成本VN和NiOOH。 目前可用的商业产品基于带有有机电解质的碳,并提供3-6 WH/kg,功率密度为700 W/kg,每公斤费用约为0.10美元。 对于更广泛的市场接受度,必须将成本降低至少两倍,并且能量密度有所提高以降低超级电容器的规模。拟议的SBIR计划将导致下一代超级电容器的能量密度接近15 WH/kg,成本比当前可用的商业设备低10倍。 卓越的性能和成本源于廉价,碱金属硝酸盐和量身定制的氧化物,以产生高特异性,低阻抗水解电解质,从而实现快速,高效的高功率循环以及最大化操作势窗口的不对称设计。 性能和成本的这种结合将使超级电容器在许多重要应用中的使用中有显着扩展。该项目的更广泛的影响/商业潜力在于电力负载的有效峰值电源管理,例如汽车起动/停止系统,加速度和重新制动混合电动汽车(HEVS)以及不用的电源。 超级电容器提供了能量和功率的结合,可以补充其他电化学存储和转换设备,包括电池和燃料电池。随着能源密度的提高和成本降低,超级电容器的市场预计将迅速增长。 运输和智能电网应用代表大型市场,年增长30%。 汽车超级电容器市场在2009年总计5500万美元,并在2015年增长到2.43亿美元,这是由于对HEV的需求所推动的。 预计,由于峰值负载管理和轻轨再生制动,预计超级电容器的智能电网市场将在2015年达到25亿美元。 在此SBIR计划中开发的设备可以支持最大程度地减少我们国家的温室气体生产以及对外国能源的依赖。 包括国防部在内的联邦机构也将受益于诸如扩展范围车辆,外骨骼系统和电磁装甲等应用。

项目成果

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