STTR Phase I: AC-Supercapacitors for Power Applications

STTR 第一阶段:用于电力应用的交流超级电容器

基本信息

  • 批准号:
    1820098
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 22.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-06-15 至 2019-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The broader impact/commercial potential of this project is an innovative new capacitor technology based on kilohertz high-frequency supercapacitor, called AC-Supercap, aiming to replace conventional aluminum electrolytic capacitors (AECs) for a vast range of electronic and power systems. Capacitors are an essential component used in electronic devices, in power supplies driving electrical machines, appliances and instruments, as well as in power conversion and conditioning systems used for renewable energy generation. In the consumer electronics sector, miniaturization and low-profile or even flexible packaging, and higher power efficiency are some of the key demands. In the power system and other power-demanding industry sectors, large capacitance, large ripple current absorption, and high temperature rating are the key requirements. With the emergence of distributed wireless sensors and Internet of Things (IoT), pulse energy storage and generation will be necessary as well. AC-Supercap, with its much better performance than current solutions, is anticipated to better serve the needs of broad range of customers. Upon the success of this technology, there will also be tremendous impact on the local ecosystem and regional community of West Texas. This Small Business Technology Transfer (STTR) Phase I project will investigate the feasibility of producing AC-Supercap as high-performance alternating current (AC) filtering capacitors for power modules, on-board application, or as compact and efficient pulse power storage. Conventional AECs, limited by their low capacitance density, bulky size, poor lifetime, large equivalent series resistance, and polarity sensitivity cannot meet technical needs well. To achieve AC-Supercaps with both large capacitance density and high-frequency response, two contradictory requirements, and nanostructured electrode engineering will be investigated. To produce a compact capacitor with a large voltage rating and capacitance, multicell integration will be optimally designed and demonstrated, which is crucial considering the intrinsic low voltage rating of a single cell. The proposed innovative solutions to these technical challenges will de-risk the AC-Supercap product prototyping in the following project phases to make ready the technology for commercialization. These research activities will advance the scientific understanding and technological development of nanostructured electrode process and property control, multicell integration design, and particularly AC-Supercap technology.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该项目更广泛的影响/商业潜力是一种创新的新电容器技术,基于千赫兹高频超级电容器,称为AC-SuperCap,旨在为广泛的电子和电力系统取代传统的铝电解电容器(AEC)。电容器是电子设备、驱动电机、电器和仪器的电源以及用于可再生能源发电的电力转换和调节系统中使用的基本部件。在消费电子领域,小型化和低调甚至软包装,以及更高的能效是一些关键需求。在电力系统和其他高功率工业领域,大容量、大纹波电流吸收和高额定温度是关键要求。随着分布式无线传感器和物联网(IoT)的出现,脉冲能量的存储和产生也将是必要的。AC-SuperCap的性能比目前的解决方案好得多,预计将更好地服务于广泛客户的需求。这项技术一旦成功,也将对西德克萨斯州的当地生态系统和地区社区产生巨大影响。这个小型企业技术转移(STTR)第一阶段项目将研究生产交流超级电容作为电源模块、车载应用的高性能交流(AC)滤波电容器或作为紧凑高效的脉冲储能装置的可行性。传统的AEC存在电容密度低、体积大、寿命差、等效串联电阻大、极性敏感等缺点,不能很好地满足技术要求。为了获得同时具有大容量密度和高频响应的交流超级电容,需要研究两个相互矛盾的要求和纳米结构电极工程。为了生产具有大额定电压和大容量的紧凑型电容器,将对多电池集成进行优化设计和演示,考虑到单个电池固有的低额定电压,这一点至关重要。针对这些技术挑战提出的创新解决方案将在接下来的项目阶段降低AC-SuperCap产品原型的风险,为该技术的商业化做好准备。这些研究活动将促进纳米结构电极工艺和性能控制、多单元集成设计,特别是交流超级电容技术的科学理解和技术开发。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力优势和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
ZIF-67-derived edge-oriented graphene clusters coupled with carbon nanotubes containing encapsulated Co nanoparticles for high-frequency electrochemical capacitors
  • DOI:
    10.1039/c9se00503j
  • 发表时间:
    2019-10
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Wenyue Li;Nazifah Islam;S. Azam;Zhen Xu;J. Warzywoda;Zhaoyang Fan
  • 通讯作者:
    Wenyue Li;Nazifah Islam;S. Azam;Zhen Xu;J. Warzywoda;Zhaoyang Fan
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