Pilot-scale · process → structure → performance → reliability
เก็บพลังงานที่ ผิวคาร์บอน
ไม่ใช่ในปฏิกิริยาเคมี
supercapacitor 18650 ผลิตเอง roll-to-roll คุมกระบวนการจน Cpk>1.5 ผ่าน IEC ครบ แล้วเสียบ UPS จริงเทียบ lead-acid. เลื่อน slider ดูฟิสิกส์สดๆ →
GCD · charge–discharge · LIVE
2.7 V class
E ∝ V² · iR drop = I × DCIR(24.8 mΩ) · เพิ่ม current → เห็น step โตขึ้นในกราฟ
01
สิ่งที่งานนี้พิสูจน์
3 เสาหลัก · ไม่มีใครทำพร้อมกัน
Reproducible
ผลิตซ้ำได้ระดับโรงงาน
roll-to-roll คุม slurry→coat→calender→wind, mass loading แปรปรวน ±4.5%, capacitance scatter <5%.
Cpk > 1.5
Qualified
ผ่าน IEC 62193-1 ครบ
−40→72 °C 1000 h · 90% RH · vibration · 1500 m s⁻² shock · short / over-V / over-T.
<10% drift
System-validated
ใช้จริงใน UPS
pack 11S4P เสียบ UPS 1,200 W เทียบ lead-acid บน chassis เดียวกัน, recover ~90% พลังงาน.
10⁶ vs 500
02
ประจุถูกเก็บยังไง
Electric Double Layer
ป้อนแรงดัน → อิเล็กตรอนสะสมที่ผิวคาร์บอน → ดึงไอออนตรงข้ามมา เรียงตัว ห่างแค่ระดับนาโนเมตร เกิด capacitor จิ๋วที่ทุกจุดบนผิว.
C = ε·A / d
E = ½ C V²
ผิว AC ~2,000 m²/g (1 กรัม ≈ ครึ่งสนามฟุตบอล) → C ระดับ Farad. ไม่มี redox → ไม่มีพันธะแตก → ทน 10⁶ รอบ. นี่คือต้นตอของทุกข้อดี (เร็ว/ทน) และข้อเสีย (energy ต่ำ เก็บแค่ที่ผิว).
desolvation: ในรู ~ขนาดไอออนเปลือย ไอออนถอดเปลือก solvent เข้าไปได้ → C เพิ่ม (Gogotsi 2006) = อธิบาย cold-soak gain ที่ −40 °C
03
กระบวนการผลิต (R2R)
คลิกแต่ละ step · physics ของ knob
ยืมสายการผลิต Li-ion battery มาทำ supercapacitor. แต่ละ step คุม physics คนละอย่าง — นี่คือ "process → structure" ที่เป็นแก่นของงาน.
04
กลไกทั้งหมด
คลิกเปิดแต่ละชั้น
05
Rate capability
0.25 → 10 A
กระแสต่ำ ไอออนมีเวลาเข้า micropore ลึก → ใช้ผิวเต็ม (114 F). กระแสสูง วิ่งไม่ทัน เข้าได้แค่ผิวนอก → C ตก (91 F @10 A).
= ข้อจำกัด kinetic ไม่ใช่ thermodynamic. GCD ยังเป็นสามเหลี่ยม = ยัง capacitive. เหลือ ~80% ที่ 40× current = robust สำหรับงาน high-power.
06
Cycle life
100k → 200k cycles @ 5 A
88% retention หลัง 100,000 รอบ (data จริงถึง 200k). เพราะ non-faradaic → ไม่มีพันธะเคมีแตกทุกรอบ → fade ช้ามาก เทียบแบต (500–2,000 รอบ).
การเสื่อมส่วนใหญ่ = ESR creep + เสีย active surface เล็กน้อย, ไม่ใช่ catastrophic. Energy efficiency คง >90% ตลอด.
07
Temperature (1000 h)
คลิกเลือกอุณหภูมิ
08
EIS / Nyquist
ทำไม DCIR ≈ 2× AC-ESR
R_s (AC-ESR @1 kHz) = 12.63 mΩ — ohmic ตรงๆ (carbon + collector + electrolyte bulk).
เส้น 45° Warburg = ion diffusion ในรูพรุน. DCIR ≈ 24.8 mΩ รวมส่วนนี้เข้าไป → สูงกว่า ~2× (de Levie transmission-line ของ porous electrode). ของเรา 1.96× = ตรงทฤษฎี.
iR drop = I × DCIR
09
Voltage window (ESW)
2.7 vs 2.9 V tradeoff
ดัน 2.7 → 2.9 V: energy +23% (E ∝ V²) แต่ retention 91% vs 88% — voltage-lifetime tradeoff ตรงๆ. ขีดบนคือจุดที่ electrolyte เริ่ม decompose.
10
IEC 62193-1 qualification
ผ่านครบทุก test
11
Self-discharge · process win
PMUC §4.5 · separator + degassing
hold 2.7 V แล้วปล่อย 72 ชม. → วัด % แรงดันคงเหลือ. เปลี่ยน separator + เพิ่ม degassing (wettability) → ดีขึ้นชัด.
12
UPS system validation
11S4P · vs lead-acid · 4 protocols
Test bench · Zircon SMOOTH-1
pack 11S4P → UPS 1,200 W
protocol 1 Zero-transfer transient — undershoot EDLC 2.2 V settle 4.7 ms (flatter, ESR ต่ำ)
protocol 2 Repeated outage 5× @90 s — pack ตัดที่ 23.8 V เพราะ cell imbalance → active balancing
protocol 3 Discharge–recharge — recover ~90% stored energy (½CV², C=38.18 F)
protocol 4 Dynamic LED-TV — qualitative (sensor saturate → video S1)
EDLC vs lead-acid · same chassis
SoC ของ capacitor = (V²−V_min²)/(V_max²−V_min²) → วัด V ตัวเดียวรู้พลังงานเลย (ต่างจากแบตที่ต้อง OCV table + coulomb counting).
13
Benchmark (in-house measured)
เครื่องเดียวกัน · IEC Class 3
| Device | F g⁻¹ | retention @100k/5A | system validation |
|---|
| This work (YP-80F 18650) | 44.96–46.90 | 88% | 11S4P in UPS + lead-acid baseline |
| Maxwell | 11.14 | 90.42% | cell-level |
| Vinatech | ~11.1 | 86.91% | cell-level |
| CDA-CAP | ~10 | 84.62% (80k) | cell-level |
| TECATE | ~10 | 74.97% | cell-level |
เซลล์เรา F/g สูงกว่า commercial 51–321% ที่ retention เทียบเท่า · commercial วัดเองในเครื่องเดียวกัน (IEC 62391-1)
14
Techno-economic
cost-flexible platform
≈48 ฿
active material / cell
AC ครองต้นทุน (YP-80F 18,000 ฿/kg). platform เดียวสลับ AC ถูกลงได้ ~20× (AC1200 = 800 ฿/kg) — มีงานคู่ขนานพิสูจน์แล้ว (Songthan JES 060504).
10⁶ : 500
lifetime advantage
cycle life EDLC : lead-acid → normalise ต่อ kWh-throughput แล้ว lifetime cost ชนะ แม้ energy ต่อชาร์จต่ำกว่า. เหมาะ high-frequency backup.
15
Characterization ↔ mechanism
วัดอะไร บอกกลไกอะไร
16
Ragone plot
power vs energy · ตำแหน่ง EDLC · คลิก region
EDLC อยู่มุมซ้ายบน: power density สูงมาก (kW/kg) แต่ energy ต่ำ (~5 Wh/kg) — ตรงข้ามแบต. นี่คือ identity ของ supercapacitor.
เซลล์เรา ~5 Wh/kg @ kW/kg-class power → เหมาะ burst / backup / power-quality ที่ต้องจ่ายเร็ว + อายุยาว ไม่ใช่ long-duration storage.
คลิก region ดูบทบาท
17
ข้างใน jelly-roll 18650
wound layers cross-section
AC electrode (+) — YP-80F บน Al foil 14 µm
Cellulose separator — TF4030 (กัน short, อุ้ม electrolyte)
AC electrode (−) — symmetric, เหมือนขั้วบวก
Stainless can — hermetic, กัน moisture ingress
2 ขั้ว AC + 2 separator พันเป็นเกลียว → ผิวสัมผัสมหาศาลในปริมาตรเล็ก. electrolyte 1M TEABF₄/ACN ซึมเต็มทุกชั้น (degassing ช่วย).
18
BMS live dashboard
11S4P · JBD · ตอน UPS outage
JBD-SP14S004 · pack monitor
11 cell อนุกรม · pre-test imbalance ~1.0 V (cell 7/8 ต่ำ, cell 10 สูง) → ตอน outage cell ต่ำสุดถึง cutoff ก่อน = ตัด pack. แก้ด้วย active balancing.
19
ตัวเลขที่ต้องท่อง
คลิกพลิกการ์ด
20
กลไกเสื่อม & การแก้
root → evidence → observable
⚠ Degradation · 72 °C aging
root stressor
Temperature 72 °C + high SOC
(Fig 3b,e)↓
mid-mechanism
Interfacial degradation —
ไม่ใช่ pore breakdown
↓ evidence
ESR ↑ 33→51 mΩ · capacitance loss เพียง 3–6% → ตัด pore-collapse ออก
↓
final observable
ESR-dominated fade ที่ Al current-collector (predictable, ไม่ catastrophic)
✓ Mitigation · process + material
root control
Moisture <25 ppm + cellulose sep + degassing
↓
mid-mechanism
Full wetting ของ thick electrode 205 µm → ไม่มี dry-spot
↓ evidence
self-discharge 13 → 50 → 67% · cap scatter <5% · Cpk>1.5
↓
final observable
ESR เสถียร · 88% @100k · humidity drift <4%
HF pathway: H₂O + BF₄⁻ → HF → กัด Al collector → ESR พุ่ง + แก๊ส. เพราะงี้ <25 ppm = บังคับ.
21
Defense Q&A
คำถามจริงจาก reviewer