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.
该小型企业创新研究(SBIR)第二阶段项目将展示非对称超级电容器,这些超级电容器达到或超过美国先进电池联盟为FreedomCar应用设定的成本和性能目标。 这些设备将基于低成本VN和NiOOH与水性电解质。 目前可用的商业产品是基于碳与有机电解质,并提供3-6 Wh/kg,功率密度为700 W/kg,成本约为每法拉0.10美元。 成本必须降低至少两倍,以获得更广泛的市场接受度,并且提高能量密度以减小超级电容器的尺寸。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,成本比目前可用的商业设备低10倍。 上级性能和成本源自于使用便宜的贱金属氮化物和氧化物,其被定制为提供高比电容、低阻抗水性电解质,其能够实现快速、有效的高功率循环,以及最大化操作电势窗口的不对称设计。 这种性能和成本的结合将使超级电容器在许多重要应用中的使用得到显著扩展。该项目更广泛的影响/商业潜力在于电力负载的有效峰值功率管理,例如汽车启动/停止系统,混合动力汽车(HEV)的加速和再生制动,以及不间断电源。 超级电容器提供能量和功率的组合,补充其他电化学存储和转换设备,包括电池和燃料电池。随着能量密度的提高和成本的降低,超级电容器市场预计将迅速增长。 交通运输和智能电网应用代表着每年增长30%的大型市场。 2009年,汽车超级电容器市场总额为5500万美元,到2015年可能增长到2.43亿美元,这得益于对混合动力汽车的需求。 超级电容器的智能电网市场预计将在2015年达到25亿美元,主要受轻轨的峰值负荷管理和再生制动的推动。 在这个SBIR计划中开发的设备可以支持最小化我们的国家?中国的温室气体生产和对外国能源的依赖。 包括国防部在内的联邦机构也将特别受益于增程车辆、外骨骼系统和电磁装甲等应用。

项目成果

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