成果報告書詳細
管理番号20110000001586
タイトル平成18年度-平成22年度成果報告書 系統連系円滑化蓄電システム技術開発 要素技術開発 高エネルギー密度を有する新型電気二重層キャパシタおよびその蓄電システムの研究開発
公開日2014/4/1
報告書年度2006 - 2010
委託先名日清紡ホールディングス株式会社
プロジェクト番号P06004
部署名スマートコミュニティ部
和文要約我々は、電気二重層キャパシタの性能を向上させ、再生可能エネルギー発電のための蓄電システムの構築に向け、10年以上の耐用年数およびコスト4万円/kWh未満の達成を目標とした、二次電池とキャパシタで構築したハイブリッド組電池を研究した。 新規活性炭、新規電解液、および新たに設計した密閉容器を用いることによって、組電池に適用するための長期寿命性能および低コストを実現し得る新型キャパシタセルを開発した。電解液は高電圧での使用におけるキャパシタのエネルギー密度、内部抵抗、および寿命に影響することがわかった。キャパシタセルの密閉容器として角型缶および上蓋を設計し、セルの高い信頼性を維持するために、レーザー溶接装置によって溶接した部位の密閉性および強度について検討した。検討結果を反映した900Fキャパシタセルおよびそれを直列接続することによって構築した60Vキャパシタモジュールを試作し、蓄電システムに適用するために評価した。 組電池の寿命を調査するために、13Ahから30Ahまでの12V ニッケル水素電池と0.8Ahから2.4Ah (組合せにおける蓄電量の比率が0.4から0.8)までのキャパシタモジュールを用いて試作した組電池を、風力発電における発電条件を前提に断続的に電流が変化する充電条件を設定し、その充電条件におけるサイクル性能を評価した。ニッケル水素電池-キャパシタ並列組電池では、約500sec以内の短時間における断続充電によって、ニッケル水素電池の発熱が低減し、組電池の充電効率が向上することが分かった。また、30Ahニッケル水素電池と2.4Ah キャパシタを組合せた並列組電池のサイクル寿命が3,000サイクル以上に延命することを確認した。 2.4V、12V、および100V規模のニッケル水素電池-キャパシタ並列組電池を試作し、試作品の評価によって、本蓄電システムの寿命性能、安全性、およびコストについて検討した。短い間隔の断続充電条件による充放電サイクルおよび放置による劣化から推測した組電池の寿命は10年を達成した。組電池に使用したキャパシタセルおよびニッケル水素電池セルの安全性評価は、評価基準の全てを通過した。1,000MWh/年の組電池の生産および販売を想定して見積もった組電池の直材費は約4万円/kWhとなった。しかしながら、電力変換機などを含めた蓄電システムのコストが要求値より高く見積もられたことから、キャパシタセルの原材料および製造に関わるコスト低減がさらに必要である。 我々が開発した、特殊な充電環境下で運用する蓄電システムは、本系統連系円滑化蓄電システム技術開発プロジェクトにおいて要求される性能を持つことが示唆された。
英文要約We have studied to enhance the performances of the electric double layer capacitor (EDLC) and investigated the performance of the hybrid-assembled cells that is composed of the secondary battery cells and the EDLC for getting a useful life span of 10 years or more at a cost of 40 kyen/kWh or less as a storage system for renewable energy generation system.:A newly designed capacitor cell using new activated carbons, a new electrolyte, and newly designed sealed case which give it a long life performance and a low cost was developed for the hybrid-assembled cells. Electrolytes had an effect on capacitor’s performances of energy density, internal resistance, and life time in a high voltage condition. A newly designed rectangular canisters and caps were studied to enhance the ability of sealing and strength of welded places using a laser welder for capacitor cell’s higher reliability. 900F capacitors and a 60V module built by connecting them in series were manufactured and tested for applying to storage system.:Cycle performances of the assembled batteries, that is 13Ah or 30Ah 12V Ni-MH battery connected with a 15V capacitor module, from 0.8Ah to 2.4Ah (corresponding to proportion from 0.4 to 0.8 as a storage energy of capacitor to Ni-MH) were tested in several patterns with intermittent charges for a wind power generation condition. We have found that the intermittent charge contributes to both decreasing heat evolution from Ni-MH batteries and increasing assembled battery efficiency. Moreover, it was found that the capacitor in assembled battery with capacitor was contributing to its charge efficiency under the condition of continuous charge time less than ca. 500sec. We considered that the assembled battery with 2.4Ah capacitor holds high expectation for longer life of over 3,000 charges and discharge cycles.:Our developed storage system built Ni-MH batteries and capacitors in for renewable energy generation system with variable power gave the higher power input-output characteristics and longer life performances. Efficiency of our storage system in a condition that charge current underwent a lot of changes like an actual wind power or photovoltaic power became high, then because the capacitors which were connected in parallel the Ni-MH batteries let them charge at a small current. And then life of the storage system became long.:Life performance, safety, and cost of the storage system of Ni-MH batteries connected with capacitors in parallel were studied by testing the preproduction prototypes of the 2.4V, 12V, and 100V class assembled cells. As the results, durable period of the storage system which would deteriorate by stresses of charge and discharge cycle in conditions of intermittent charge in a short period of time, and storage were estimated to be about 10 years. All criterions in the safety tests of capacitor cells and Ni-MH cells used in the storage system were passed. Cost of raw materials of the storage system in a case that over 1,000 MWh per year storage system would be produced and marketed was predicted to be about 40 kyen/kWh. However, Efforts for decreasing costs of raw materials and manufacturing of the capacitor cells must be expend because cost of the storage system with power converter, inverter, and so on is more expensive than desired.:We suggest that our developed storage system in particular charge conditions have performances comparable to required in the project of the development of an electric energy storage system for grid-connection with new energy resources.
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