超级电容器_性能优越的储能器件
超级电容器是２０世纪６０年代发展起
来的一种新型储能器件，并于８０年代逐渐走向市场。自从１９５７年美国人Ｂｅｃｋｅｒ申报的第一项超级电容器专利以来，超级电容器的发展就不断推陈出新，直到１９８３年，日本ＮＥＣ公司率先将超级电容器推向商业化市场，使得超级电容器引起人们的广泛兴趣，研究开发热潮席卷全球，不但技术水平日新月异，而且应用范围也不断扩大。
超级电容也称电化学电容，与传统
静电电容器不同，主要表现在储存能量的多少上。作为能量的储存或输出装置，其储能的多少表现为电容量的大小。根据超级电容器储能的机理，其原理可分为：
１．在电极Ｐ溶液界面通过电子和离子或偶极子的定向排列所产生的双电层电容器。
双电层理论由１９世纪末Ｈｅｌｍｈｏｔｚ等提出。关于双电层的代表理论和模型有好几种，其中以Ｈｅｌｍｈｏｔｚ模型最为简单且能够充分说明双电层电容器的工作原理。该模型认为金属表面上的静电荷将从溶液中吸收部分不规则的分配离子，使它们在电极Ｐ溶液界面的溶液一侧，离电极一定距离排成一排，形成一个电荷数量与电极表面剩余电荷数量相等而
符号相反的界面层。于是，在电极上和溶液中就形成了两个电荷层，这就是我们通常所讲的双电层。双电层有储存电能量的作用，电容器的容量可以利用以下公式来计算：
Ｅ＝０．５ＣＶ ２
式中，Ｅ为电容器的储能大小；Ｃ为电容器的电容量；Ｖ为电容器的工作电压。由此可见，双电层电容器的容量与电极电势和材料本身的属性有关。通常为了形成稳定的双电层，一般采用导电性能良好的极化电极。
２．在电极表面或体相中的二维与准二维空间，电活性物质进行欠电位沉积，
发生高度可逆的化学吸附、脱附或氧化
还原反应，产生与电极充电电位有关的法拉第准电容器。在电活性物质中，随着存在于法拉第电荷传递化学变化的电化学过程的进行，极化电极上发生欠电位沉积或发生氧化还原反应，充放电行为类似于电容器，而不同于二次电池，不同之处为：（１）极化电极上的电压与电量几乎呈线性关系；
（２）当电压与时间成线性关系ｄＶ／ｄｔ＝Ｋ时，电容器的充放电电流为一恒定值Ｉ＝ＣｄＶ／ｄｔ＝ＣＫ。此过程为动力学可逆过程，与二次电池不同但与静电类似。法拉第电容和双电层电容的区别在于：双电层电容在充电过程中需要消耗电解液，而法拉第电容在整个充放电过程中电解
超级电容器是一种新型的储能元件，储能特性介于普通电容器和蓄电池之间。本文通过对超级电容器的原理、特性、分类以及应用进行了介绍，并对其应用前景进行了展望。
超级电容器： 性能优越的储能器件
■ 解放军理工大学工程兵工程学院周 强 王金全 杨 波
液的浓度保持相对稳定。
法拉第准电容不仅在电极表面产生，而且还可以在电极内部产生，其最大充放电能力由电活性物质表面的离子取向和电荷转移速度控制，因此可以在短时间内进行电荷转移，即可以获得更高的比功率（比功率大于５００Ｗ／ｋｇ）。
超级电容器具有优良的脉冲充放电
和大容量储能性能，单体容量已经达到万法拉级是一种介于静电电容器与电池之间的储能元件。与普通电容器和电池相比，超级电容器具有许多电池无法比拟的优点。
１．具有极高的功率密度。电容器的功率密度为电池的１０～１００倍，可达到１０ｋＷ／ｋｇ左右，可以在短时间内放出几百到几千安培的电流。这个特点使得超级电容器非常适合用于短时间高功率输出的场合。
２．充电速度快。超级电容器充电是双电层充放电的物理过程或是电极物质
表面的快速、可逆的化学过程，可采用大电流充电，能在几十秒到数分钟内完成充电过程，是真正意义上的快速充电。而蓄电池则需要数小时完成充电，采用快速充电也需要几十分钟。
３．使用寿命长。超级电容器充放电过程中发生的电化学反应都具有良好的可逆性，不易出现类似电池中活性物质那样的晶型转变、脱落、枝晶穿透隔膜等一系列的寿命终止现象，碳极电容器理论循环寿命为无穷大，实际可达１０００００次以上，比电池高１０ ～１００倍。４．低温性能优越。超级电容充放电过程中发生的电荷转移大部分都在电极活性物质表面进行，所以容量随温度衰减非常小。电池在低温下容量衰减幅度却可高达７０％。（表１）
表１ 静电电容器、超级电容器与蓄电池的性能比较［６］
元件名称
放电时间充电时间能量密度功率密度循环效率循环寿命
静电电容器１０－６ ～１０－３ （ｓ）１０－６ ～１０－３～ （ｓ）＜０．１（Ｗｈ／ｋｇ）＞１００００（Ｗ／ｋｇ）
１．０％不限
超级电容器１～３０（ｓ）１～３０（ｓ）１～１０（Ｗｈ／ｋｇ）１０００～２０００（Ｗ／ｋｇ）
０．９０～０．９５％＞１００ ０００次
蓄电池０．３～３（ｈ）１～５（ｈ）
２０～１００（Ｗｈ／ｋｇ）５０～２００（Ｗ／ｋｇ）
０．５～０．８５％５００～２０００次
超级电容的分类有许多不同的方式。按采用的电极不同，超级电容可以分为以下３种：
１．碳电极电容器［１０］：碳电极电容器的研究历史较长。１９６２ 年，标准石油公司
（ＳＯＨＩＯ）认识到燃料电池中石墨电极表面双层电容的巨大利用价值，并生产出了工作电压为６Ｖ 的以碳材料作为电极的电容器。电容器的大小和汽车蓄电池的大小差不多，可以驱动小舟在湖面上行驶十分钟左右。稍后，这项技术转让给了日本ＮＥＣ电气公司，该公司从１９７９ 年开始一直生产超级电容器，并将这项技术应用于电动汽车的电机启动系统，开始了电化学电容器的大规模商业应用。与此同时，日本松下公司设计了以活性炭为电极材料，以有机溶液为电解质的超级电容器。
碳电极电容器的电容大小与电极的极化电位及电极表面积大小有关，故可以通过极化电位的升高和增大电极表面积达到提高电容量的目的。电极Ｐ电解质双电层上可贮存的电量其典型值约为
１５～４０μＦ?ｃｍ－２。选用具有高表面积的高分散电极材料可以获得较高的电容。对理想可极化体系而言，可通过无限提高充电电压而大量储存能量。但是，对于实际体系却受电极材料和电解液组成的电极系统的可极化性和溶剂分解的限制，可通过加大电极表面积来增加电容值。电容Ｃ可由下式给出
Ｃ＝ε?ε０式中：ε０为自由空间的绝对介电常数，ε为电导体和内部Ｈｅｌｍｈｏｔｚ面间区域的相对介电常数，Ａ为电极表面积，ｄ为导体与内Ｈｅｌｍｈｏｔｚ面之间的距离。近年来研究主要集中在提高碳材料的表面积和控制碳材料的孔径及孔径分布，并开
Ａ
ｄ
发出许多不同类型的碳材料，主要有： 活性碳粉、活性炭纤维、碳气凝胶、碳纳米管等。
２．贵金
属氧化物电极电容器：对贵金属氧化物
电极电容
器的研究，
主要采用
ＲｕＯ２，ＩｒＯ２
等贵金属氧化物作为电极材料。由于电极的导电性比碳电极好，电极在硫酸中稳定，可以获得更高的比能量，制备的电容器比碳电极电容器具有更好的性能，因此具有很好的发展前景。但是，由于ＲｕＯ２贵金属的资源有限、价格昂贵限制了它的使用。以ＲｕＯ２?ｎＨ２Ｏ无定型水合物作电极，５．３mol ?L -1H 2SO 4作电解液所制得的电容器比电容能达到７００Ｆ?ｇ－１；而以无定型水合物MnO 2?nH 2O 作电极，２ｍｏｌ?Ｌ－１ＫＣｌ水溶液作电解液所制得的电容器比电容也可达到２００Ｆ?ｇ－１。但比较
而言，因为在中性ＫＣｌ水溶液中材料比较稳定，不发生化学副反应，以ＫＣｌ水
溶液作电解液适用于多种电极材料。以ＲｕＯ２作为电极材料的研究主要集中在电极制备方法上。
３．导电聚合物电极电容器：导电聚合物电极电容器作为一种新型的电化学电容器，具有高性能和比贵金属超级电容器更优越的电性能。可通过设计选择相应聚合物的结构，进一步提高聚合物的性能，从而提高电容器的性能。
导电聚合物电极电容器可分为３种类型：对称结构——电容器中两电极为相同的可ｐ型掺杂的导电聚合物（如聚噻吩）；不对称结构——两电极为不同的可进行ｐ型掺杂的聚合物材料（如聚吡咯和聚噻吩）；导电聚合物可以进行ｐ型和ｎ型掺杂，充电时电容器的一个电极是ｎ型掺杂状态而另一个电极是ｐ型掺杂状态，放电后都是去掺杂状态，这种导电
聚合物电极电容器可提高电容电压到３Ｖ，而两电极的聚合物分别为ｎ型掺杂和ｐ 型掺杂时，电容器在充放电时能充分利用溶液中的阴阳离子，结果它具有很类似蓄电池的放电特征，因此被认为是最有发展前景的电化学电容器。研究工作主要集中在寻找具有优良掺杂性能
的导电聚合物，提高聚合物电极的放电性能、循环寿命和热稳定等方面。按储存电能的机理，超级电容器可分为以下２种一种是“双电层电容器”，其电容的产生主要基于电极Ｐ电解液上电荷分离
所产生的双电层电容，
如碳电极电容器；另一种则被称为
“法拉第准电容”，由贵金属和贵金属氧化物电极等组成，其电
容的产生是基于电活性离子在贵金属电极表面发生欠电位沉积，或在贵金属氧化物电极表面及体相中发生的氧化还原反应而产生的吸附电容，该类电容的产
生机制与双电层电容不同，并伴随电荷传递过程的发生，通常具有更大的比电容。
根据超级电容器的结构及电极上发生反应， 又可分为以下２种
如果两个电极的组成相同且电极反应相同，反应方向相反，则被称为对称型。碳电极双电层电容器，贵金属氧化物电容器即为对称型电容器。如果两电极组成不同或反应不同，则被称为非对称型，由可以进行ｎ型和ｐ型掺杂的导电聚合物作电极的电容器即为非对称型电容器，其性能表现形式更接近蓄电池，表现出更高的比能量和比功率。
根据超级电容器的电解质来分，又可分为以下２种
超级电容器的最大可用电压由电解质的分解电压所决定。电解质可以是水溶液（如强酸或强碱溶液）也可是有机溶液（如盐的质子惰性溶剂溶液）。用水溶液体系可获得高容量及高比功率（因为水溶液电解质电阻较非水溶液电解质低，水溶液电解质电导为１０－１～１０－２Ｓ?ｃｍ－１，而非水溶液体系电导则为１０－３～１０－４Ｓ?ｃｍ－１
）
选用有机溶液体系则可获得高电压（因为其电解质分解电压比水溶液的高，有机溶液分解电压约３．５Ｖ，水溶液则为１．２Ｖ），从而也可获得高的比能量。 超级电容器产品虽然问世不久而且
相对较少，但由于它具有特殊的优点，在许多领域获得应用，其前景是十分光明的。混合型电动车的加速或启动电源由Ｍａｘｗｅｌｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ公司生产的Ｐｏｗｅｒ Ｃａｃｈｅ超级电容器，已由通用汽车公司Ａｌｌｉｓｏｎ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ组成并联混合电源系统和串联电源系统用在货车和汽车上。Ａｌｌｉｓｏｎ期望Ｍａｘｗｅｌｌ超级电容有６年以上的使用寿命。跟相应的蓄电池组比起来，超级电容的储能装置重量只有前者的１／３，体积只有前者的１／２。ＩＳＥ Ｒｅｓａｒｃｈ－Ｔｈｕｎｄｅｒ Ｖｏｌｔ公司也将Ｐａｒｅｒ Ｃａｃｈｅ超级电容器用于其新开发的重型混合电力推进系统Ｔｈｕｎｄｅｒ Ｐａｃｋ。该系统是将１４９个Ｍａｘｗｅｌｌ的ＰＣ２５００超级电容器装到一个用风扇冷却的铝套内。每个贮能堆可以贮存或释放１５０ｋＷ的电力，双连体可达到３００ｋＷ，完全满足了大型汽车或卡车加速时的需求。第一个Ｔｈｕｎｄｅｒ堆交给拉斯维加斯的Ｎｅｖａｄａ大学做混合动力车试验。
将蓄电池与超级电容结合起来，他们的优点可以互补，成为一个极佳的贮能系统。Ｍａｘｗｅｌｌ公司和Ｅｘｉｄｅ公司联合开发这一组合系统，用于卡车低温起动、中型和重型卡车、陆上和地下的军事用车，它在大电流以及高低温条件下工作，都会有很长的寿命。
优秀的贮能装置
现有超级电容器产品，它不仅已经用作光电功能电子表和计算机贮存器等小型装置电源，而且还可以用于固定电站。在边远缺电地区，超级电功容器可以和风力发电装置或太阳能电池组成混合电源，使无风或夜间也可以提供足够
的电源。卫星上使用的电源多是由太阳能电池与镉镍电池组成的混合电源，一旦装上了超级电容器，那么卫星的脉冲通讯能力一定会得到改善。此外，由于它具有快速充电的特性，那么相对于电动玩具这种需要快速充电的设备来说，无疑是一个理想电源。
ＵＳＰ系统和应急电源
当今的ＵＳＰ系统大多使用铅蓄电池
作为电能存储装置。由于它的充电接受能力远不如超级电容器，在频繁停电的
情况下使用时，就会因为长期充电不足而使电池硫酸盐化，从而缩短使用寿命。超级电容器可以在数分钟之内充足电，就完全不会受频繁停电的影响。此外，在某些特殊情况下，超级电容器的高功率密度输出特性，会使它成为良好的应急电源。例如在炼钢厂的高炉冷却水是不允许中断的，都备有应急水泵电源。一旦停电，超级电容器可以立即提供很高的输出功率启动柴油发电机组，向高炉和水泵供电，确保高炉安全生产。
军事领域大有作为
美国军方对超级电容器用于重型卡车、装甲运兵车及坦克很感兴趣。Ｍａｘｗｅｌｌ公司正在向Ｏｓｈｋｏｓｈ汽车公司提供的ＰｏｗｅｒＣａｃｈｅ超级电容器，为美国军方制造ＨＥＭＴＴ ＬＭＳ概念车。所用的动力就是该公司生产的Ｐｒｏ Ｐｕｌｓｅ混合电力推进系统。
激光探测器或激光武器需要大功率脉冲电源；若为移动式的，就必须有大功率的发电机组或大容量的蓄电池，而其重量和体积会使激光武器的机动性大大降低。超级电容器可以高功率输出并可在很短时间内充足电，显然是一个极佳的电源。
用超级电容器对氢能燃料电池进行补偿是其在军事领域一个很重要的应用
。
ＰＥＭＦＣ发电技术以其高效、清洁、重量轻、体积小、工作温度低等优点，在人防指挥工程中有着极其广阔的应用前景。但是无论采取哪种供电方式，都必须将ＰＥＭＦＣ发电机发出的不稳定直流电变换为
稳定的直流电，才能供给
负载或逆变器使用。而ＰＥＭＦＣ发电机的动态特性在发生负载突增时表现出明显的电压瞬时跌落，使后续的ＤＣ／ＤＣ和ＤＣ／ＡＣ发生保护而无法正常工作。采用超级电容器对ＰＥＭＦＣ发电机的动态特性进行补偿，可以去掉突增负载时的电压跌落尖峰，改善发电机的动态输出性能，为后续的直流负载和ＤＣ／ＡＣ提供稳定的直流电压。
目前，国外（特别是美国、日本）对
超级电容器的研究重点主要在于如何提高超级电容器的储能密度以满足电动车等应用，其研究内容涉及到新材料的研发、制作工艺方法改进等。国内对超级电容器的研究则刚刚起步，目前只有少数企业可以工业化生产活性炭类超级电容器，所需要做的工作还很多。
虽然超级电容器在应用中显示出强大的生命力，但是也要看到，目前的超级电容器在电能储存方面与电池相比还有一定的差距，因此怎样提高单位体积内的储能密度是目前超级电容器领域的一个研究重点和难点。
应该说制作工艺与技术的改进是提高超级电容器储存电能能力的一个行之有效的方法，这种方法包括“杂化”超级电容技术。但从长远来看，寻找新的电极活性材料才是根本所在，但同时这也是难点所在。超级电容器越来越轻、供电能力越来越强的目标实现必须借助
一些高新技术的开发与应用，如纳米技术等，只有这样，超级电容器的前景才会越来越光明。
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４２
替代蓄电池的超级电容储能模块设计
替代蓄电池的超级电容储能模块设计 引言 电能是当代社会不可或缺的重要资源，而储能设备的优劣直接影响着电力设备的充分应用。近年来随着便携式设备、不间断电源系统以及电动车的大量开发使用，蓄电池的使用量日益增加。可充电蓄电池，特别是铅酸蓄电池凭借其价格低廉、性能稳定、没有记忆功能等卓越特点普遍应用在各行各业。但蓄电池受其先天条件的制约，存在着循环寿命差、高低温性能差、充放电过程敏感、深度放电性能容量恢复困难、环境污染的问题，传统蓄电池已经越来越无法满足人们对储能系统的要求。 超级电容是近几年才批量生产的一种新型电力储能器件，也称为电化学电容。它既具有静电电容器的高放电功率优势又像电池一样具有较大电荷储存能力[1，2],单体的容量目前已经做到万法拉级。同时，超级电容还具有循环寿命长、功率密度大、充放电速度快、高温性能好、容量配置灵活、环境友好免维护等优点。自1957年美国人Becker发表第一篇关于超级电容的专利以来，超级电容的应用范围越来越广:在直流电气化铁路供电、UPS等应用方向进行研究，目前已开发出了50kVA和80kVA的实验样机[3]；利用超级电容器配合蓄电池作为辅助动力源，促进汽车的能源回收，提高能源利用率[4]，并出现了超级电容混合动力汽车[5]。随着超级电容性能的提升，它将有望在小功耗电子设备、新能源利用以及其他一些领域中部分取代传统蓄电池。 本文介绍了一种基于超级电容设计的用以替代12V蓄电池的超级电容模块，通过计算分析得出模块的组合结构、最佳充电电流范围、充电时间以及总的输出能量。该模块具有寿命长，不造成污染，功率和能量密度大等优点，具有很好的开发应用前景。 一、超级电容储能模块的设计 由于超级电容的放电不完全，存在最低工作电压，所以单体超级电容的能量为 ，其中C为超级电容的单体电容量，为单体超级电容充电 完成的电压值。 超级电容器单体储存能量有限且耐压不高，需要通过相应的串连并联方法扩容，扩大超级电容的使用范围。而通过相应的DC-DC芯片可以提高超级电容的最低工作电压。假设超级电容以m个串联，n组并联的方式构成。则每个超级电容的能量输出为 (1) 其中，为芯片的最低启动电压。故超级电容阵列的能量总输出为，为超级电容的总能量。 本文采用SU2400P-0027V-1RA超级电容，具有较高的功率比、能量比和较低的等效串联电阻（ESR（DC）=1mΩ）。为了构成替代12V蓄电池的超级电容模块，我们采用8
2016年国内外超级电容行发展现状及未来趋势分析
2016年国内外超级电容行发展现状及未来趋势分析 一、超级电容的定义 超级电容又名电化学电容器，双电层电容器是通过极化电解质来储能的一种电化学元件。它不同于传统的化学电源，是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原假电容电荷储存电能。但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。 二、超级电容有哪些特点 （1）充电速度快，充电几秒-几分钟就可充满； （2）循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达1-50万次，远高于充电电池的充放电使用寿命； （3）功率密度高，可以快速存储释放电荷，可达300W/KG-5000W/KG，相当于电池电量的5-10倍； （4）大电流放电能力强，能量转换效率高，循环过程能量损失小，循环效率≥90%； （5）贮存寿命长，因为充电过程没有化学反应，电极材料相对稳定； （6）低温特性好，温度范围宽-40℃～+70℃，随着温度的降低，锂电池放电性能显著下降；（7）可靠性高。 缺点：成本高，功率密度较高，能量密度低。 法拉（farad），简称“法”，符号是F 1法拉是电容存储1库仑电量时，两极板间电势差是1伏特1F=1C/1V 1库仑是1A电流在1s内输运的电量，即1C=1A·S。 1法拉=1安培·秒/伏特 一个12伏14安时的电瓶放电量=14×3600×1/12=4200法拉（F），图中一个30000F的超级电容的电量相当于7个12伏14安时的电瓶放电量，够大吧。 三、超级电容的种类 按储存电能的机理，超级电容器可分为以下2种：包括双电层电容器和赝电容器。 四、超级电容的用途 超级电容可以广泛应用于辅助峰值功率、备用电源、存储再生能量、替代电源等不同的应用场景，在工业控制、风光发电、交通工具、智能三表、电动工具、军工等领域具有非常广阔的发展前景，特别是在部分应用领域具有非常大的性能优势。 1、电子设备最早应用：例如我们电脑的内存系统、照相机的闪光灯，音响设备后备存储电源。 2、汽车工业中：插电式混合动力汽车中超级电容主要和电池相配合形成智能启停控制系统。（1）超级电容可以迅速高效地吸收电动汽车制动产生的再生动能； （2）加速和爬坡时超级电容为智能启停控制系统电机提供电能，延长了电池的使用寿命。 3、大尺寸超级电容器可用在火车和地铁的刹车制动系统上，可以节省30%的能量。 4、超级电容轻轨列车 超级电容轻轨列车是一种新型电力机车。2012年8月10日，世界第一列超级电容轻轨列车在湖南省株洲市下线。这种新型电力机车最多能运载320人，不再需要沿途架设高压线，停站30秒钟就能快速充满电。列车充电后能高速驶向相距2公里左右的另一个站点，再上下客并充电，如此周而复始。 5、全球首创超级电容储能式现代电车
超级电容器原理及电特性
超级电容器原理及电特性 Principle & Electric characteristics of Ultra capacitor 辽宁工学院陈永真孟丽囡宁武 Chen Yongzhen Liao Ning Institute of Technology 摘要：叙述了超级电容器的基本结构和工作原理，比较全面地介绍了超级电容器的特点和在特定测试条件下的电特性，分析了如较大的ESR、发热等特殊电特性产生的原因，提出一些注意事项。 关键词：超级电容器 ESR 放电电流 Abstract:Basic structure & principle of ultra-capacitor are described in this paper. The characteristics about ultra-capacitor and electric characteristics in special measuring conditions are also introduced in detail. Some reasons of special electric characteristics are analyzed, such as big ESR and heat, at last some attentions are also put forward. Key words: ultra-capacitor ESR Discharging current 超级电容器是一种高能量密度的无源储能元件，随着它的问世，如何应用好超级电容器，提高电子线路的性能和研发新的电路、电子线路及应用领域是电力电子技术领域的科技工作者的一个热门课题。 1. 级电容器的原理及结构 1.1 超级电容器结构 图一为超级电容器的模型，超级电容器中，多孔化电极采用活性炭粉和活性炭和活性炭纤维，电解液采用有机电解质，如丙烯碳酸脂（propylene carbonate）或高氯酸四乙氨（tetraetry lanmmonium perchlorate）。工作时，在可极化电极和电解质溶液之间界面上形成的双电层中聚集的电容量c由下式确定： 其中ε是电解质的介电常数，δ是由电极界面到离子中心的距离，s是电极界 面的表面面积。 由图中可见，其多孔化电极是使用多孔性的活性碳有极大的表面积在电解液中吸 附着电荷，因而将具有极大的电容量并可以存储很大的静电能量，超级电容器的这一 特性是介于传统的电容器与电池之间。电池相较之间，尽管这能量密度是5%或是更 少，但是这能量的储存方式，也可以应用在传统电池不足之处与短时高峰值电流之中。 这种超级电容器有几点比电池好的特色。 图1超级电容器结构框图 1.2 工作原理 超级电容器是利用双电层原理的电容器，原理示意图如图2。当外加电压加到 超级电容器的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大。当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上电荷不会脱离电解液，超级电容器为正常工作状态（通常为3V以下），如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时，电解液将分解，为非正常状态。由于随着超级电容器放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液的界面上的电荷响应减少。由此可以看出：超级电容器的充放电过程始终是物理过程，没有化学反应。因此性能是稳定的，与利用化学反应的蓄电池是不同的。 2.3 主要特点 由于超级电容器的结构及工作原理使其具有如下特点：
各种储能系统优缺点对比
史上最全储能系统优缺点梳理 谈到储能，人们很容易想到电池，但现有的电池技术很难满足电网级储能的要求。实际上，储能的市场潜力非常巨大，根据市场调研公司Pike Research 的预测，从2011年到2021年的10年间，将有1220亿美元投入到全球储能项目中来。而在大规模储能系统中，最为广泛应用的抽水蓄能和压缩空气储能等传统的储能方式也在经历不断改进和创新。今天，无所不能(caixinenergy)为大家推荐一篇文章，该文章分析了目前全球的储能技术以及其对电网的影响和作用。 现有的储能系统主要分为五类：机械储能、电气储能、电化学储能、热储能和化学储能。目前世界占比最高的是抽水蓄能，其总装机容量规模达到了127GW，占总储能容量的99%，其次是压缩空气储能，总装机容量为440MW，排名第三的是钠硫电池，总容量规模为316MW。 全球现有的储能系统 1、机械储能 机械储能主要包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能等。 (1)抽水蓄能：将电网低谷时利用过剩电力作为液态能量媒体的水从地势低的水库抽到地势高的水库，电网峰荷时高地势水库中的水回流到下水库推动水轮机发电机发电，效率一般为75%左右，俗称进4出3，具有日调节能力，用于调峰和备用。 不足之处：选址困难，及其依赖地势;投资周期较大，损耗较高，包括抽蓄损耗+线路损耗;现阶段也受中国电价政策的制约，去年中国80%以上的抽蓄都晒太阳，去年八月发改委出了个关于抽蓄电价的政策，以后可能会好些，但肯定不是储能的发展趋势。 (2)压缩空气储能(CAES)：压缩空气蓄能是利用电力系统负荷低谷时的剩余电量，由电动机带动空气压缩机，将空气压入作为储气室的密闭大容量地下洞
超级电容器储能技术及其应用
超级电容器储能技术及其应用 摘要：超级电容器是近年发展起来的一种新型储能元件，具有功率密度高、寿命长、无需维护及充放电迅速等特性。叙述了超级电容器的分类、储能原理和性能特点，介绍了超级电容器目前的应用领域及应用中需要关注的问题。 超级电容器，也叫电化学电容器，是20世纪60年代发展起来的一种新型储能元件。1957年，美国的Becker首先提出了可以将电容器用作储能元件，具有接近于电池的能量密度。1962年，标准石油公司(SOHIO)生产了一种工作电压为6V、以碳材料作为电极的电容器。稍后，该技术被转让给NEC电气公司，该公司从1979年开始生产超级电容器，1983年率先推向市场。20世纪80年代以来，利用金属氧化物或氮化物作为电极活性物质的超级电容器，因其具有双电层电容所不具有的若干优点，现已引起广大科研工作者极大兴趣。 1超级电容器的储能原理 超级电容器按储能原理可分为双电层电容器和法拉第准电容器。 1.1双电层电容器的基本原理 双电层电容器的基本原理是利用电极和电解质之间形成的界面双电层来存储能量的一种新型电子元件。当电极和电解液接触时，由于库仑力、分子间力或者原子间力的作用，使固液界面出现稳定的、符号相反的两层电荷，称为界面双电层。这种电容器的储能是通过使电解质溶液进行电化学极化来实现的，并没有产生电化学反应，这种储能过程是可逆的。 1.2法拉第准电容器的基本原理 继双电层电容器后，又发展了法拉第准电容，简称准电容。该电容是在电极表面或体相中的二维或准二维空间上，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度的化学吸脱附或氧化还原反应，产生与电极充电电位有关的电容。对于法拉第准电容，其储存电荷的过程不仅包括双电层上的存储，而且包括电解液中离子在电极活性物质中由于氧化还原反应而将电荷储存于电极中。 2超级电容器的特性 超级电容器是介于传统物理电容器和电池之间的一种较佳的储能元件，其巨大的优越性表现为：①功率密度高。超级电容器的内阻很小，而且在电极/溶液界面和电极材料本体内均能实现电荷的快速储存和释放。②充放电循环寿命长。超级电容器在充放电过程中没有发生电化学反应，其循环寿命可达万次以上。③充电时间短。完全充电只需数分钟。④实现高比功率和高比能量输出。⑤储存寿命长。⑥可靠性高。超级电容器工作中没有运动部件，维护工作极少。⑦环境温
超级电容器的工作原理
超级电容器的工作原理 根据存储电能的机理不同，超级电容器可分为双电层电容器(Electric double layer capacitor, EDLC)和赝电容器(Pesudocapacitor)。 2.1 双电层电容器原理 双电层电容器是通过电极与电解质之间形成的界面双层来存储能量的新型元器件，当电极与电解液接触时，由于库仑力、分子间力、原子间力的作用，使固液界面出现稳定的、符号相反的双层电荷，称为界面双层。 双电层电容器使用的电极材料多为多孔碳材料，有活性炭(活性炭粉末、活性炭纤维)、碳气凝胶、碳纳米管。双电层电容器的容量大小与电极材料的孔隙率有关。通常，孔隙率越高，电极材料的比表面积越大，双电层电容也越大。但不是孔隙率越高，电容器的容量越大。保持电极材料孔径大小在2,50 nm 之间提高孔隙率才能提高材料的有效比表面积，从而提高双电层电容。 2.2 赝电容器原理 赝电容，也叫法拉第准电容，是在电极材料表面或体相的二维或准二维空间上，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸附/脱附或氧化/还原反应，产生与电极充电电位有关的电容。由于反应在整个体相中进行，因而这种体系可实现的最大电容值比较大，如吸附型准电容为2 000×10–6 F/cm2。对氧化还原型电容器而言，可实现的最大容量值则非常大[9]，而碳材料的比容通常被认为是20×10–6 F/cm2，因而在相同的体积或重量的情况下，赝电容器的容量是双电层电容器容量的10,100 倍。目前赝电容电极材料主要为一些金属氧化物和导电聚合物。
金属氧化物超级电容器所用的电极材料主要是一些过渡金属氧化物， 如:MnO2、V2O5、 2、NiO、H3PMo12O40、WO 3、PbO2和Co3O4等[10]。金属氧化物作为超级电容器电RuO2、IrO 极材料研究最为成功的是RuO2，在H2SO4电解液中其比容能达到700,760 F/g。但RuO2稀有的资源及高昂的价格限制了它的应用。研究人员希望能从MnO2及NiO等贱金属氧化物中找到电化学性能优越的电极材料以代替RuO2。用导电聚合物作为超级电容器的电极材料是近年来发展起来的。聚合物产品具有良好的电子电导率，其典型的数值为1,100 S/cm。一般将共轭聚合物的电导性与掺杂半导体进行比较，采用术语“p掺杂”和“n掺杂”分别用于描述电化学氧化和还原的结果。导电聚合物借助于电化学氧化和还原反应在电子共轭聚合物链上引入正电荷和负电荷中心，正、负电荷中心的充电程度取决于电极电势[9]。导电聚合物也是通过法拉第过程大量存储能量。目前仅有有限的导电聚合物可以在较高的还原电位下稳定地进行电化学n型掺杂,如聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩等。现阶段的研究工作主要集中在寻找具有优良的掺杂性能的导电聚合物，提高聚合物电极的充放电性能、循环寿命和热稳定性等方面。 超级电容器作为一种新型的储能元件，具有如下优点: (1)超高的容量。超级电容器的容量范围为0.1,6 000 F，比同体积的电解电容器容量大2 000,6 000倍。 (2)功率密度高。超级电容器能提供瞬时的大电流，在短时间内电流可以达到几百到几千安培，其功率密度是电池的10,100倍，可达到10×103 W/kg左右。 (3)充放电效率高，超长寿命。超级电容器的充放电过程通常不会对电极材料的结构产生影响，材料的使用寿命不受循环次数的影响，充放电循环次数在105以
超级电容储能模块设计
超级电容储能模块设计 电能是当代社会不可或缺的重要资源，而储能设备的优劣直接影响着电力设备的充分应用。近年来随着便携式设备、不间断电源系统以及电动车的大量开发使用，蓄电池的使用量日益增加。可充电蓄电池，特别是铅酸蓄电池凭借其价格低廉、性能稳定、没有记忆功能等卓越特点普遍应用在各行各业。但蓄电池受其先天条件的制约，存在着循环寿命差、高低温性能差、充放电过程敏感、深度放电性能容量恢复困难、环境污染的问题，传统蓄电池已经越来越无法满足人们对储能系统的要求。 超级电容是近几年才批量生产的一种新型电力储能器件，也称为电化学电容。它既具有静电电容器的高放电功率优势又像电池一样具有较大电荷储存能力[1，2],单体的容量目前已经做到万法拉级。同时，超级电容还具有循环寿命长、功率密度大、充放电速度快、高温性能好、容量配置灵活、环境友好免维护等优点。自1957年美国人Becker发表第一篇关于超级电容的专利以来，超级电容的应用范围越来越广:在直流电气化铁路供电、UPS等应用方向进行研究，目前已开发出了50kVA和80kVA的实验样机[3]；利用超级电容器配合蓄电池作为辅助动力源，促进汽车的能源回收，提高能源利用率[4]，并出现了超级电容混合动力汽车[5]。随着超级电容性能的提升，它将有望在小功耗电子设备、新能源利用以及其他一些领域中部分取代传统蓄电池。 本文介绍了一种基于超级电容设计的用以替代12V蓄电池的超级电容模块，通过计算分析得出模块的组合结构、最佳充电电流范围、充电时间以及总的输出能量。该模块具有寿命长，不造成污染，功率和能量密度大等优点，具有很好的开发应用前景。 一、超级电容储能模块的设计 由于超级电容的放电不完全，存在最低工作电压，所以单体超级电容的能量为 ，其中C为超级电容的单体电容量，为单体超级电容充电完成的电压值。 超级电容器单体储存能量有限且耐压不高，需要通过相应的串连并联方法扩容，扩大超级电容的使用范围。而通过相应的DC-DC芯片可以提高超级电容的最低工作电压。假设超级电容以m个串联，n组并联的方式构成。则每个超级电容的能量输出为
超级电容直流储能系统
第一章前言 1.1课题背景 1.1.1超级电容直流储能系统的发展概况 由于石油资源日趋短缺，并且燃烧石油的内燃机尾气排放对环境的污染越来越严重（尤其是在大、中城市），人们都在研究替代内燃机的新型能源装置。已经进行混合动力、燃料电池、化学电池产品及应用的研究开发，取得了一定的成效。但是由于它们固有的使用寿命短、温度特性差、化学电池污染环境、系统复杂、造价高昂等致命弱点，一直没有很好的解决办法。而超级电容器以其优异的特性扬长避短，可以部分或全部替代传统的化学电池用于车辆的牵引电源和启动能源，并且具有比传统的化学电池更加广泛的用途。正因为如此，世界各国（特别是西方发达国家）都不遗余力地对超级电容器进行研究与开发。其中美国、日本和俄罗斯等国家不仅在研发生产上走在前面，而且还建立了专门地国家管理机构（如：美国的USABC、日本的SUN、俄罗斯的REVA等），制定国家发展计划，由国家投入巨资和人力，积极推进。就超级电容器技术水平而言，目前俄罗斯走在世界前面，其产品已经进行商业化生产和应用，并被第17届国际电动车年会（EVS—17）评为最先进产品，日本、德国、英国、法国、澳大利亚等国家也在急起直追，目前各国推广应用超级电容器的领域已相当广泛。在我国推广使用超级电容器，能够减少石油消耗，减轻对石油进口的依赖，有利于国家石油安全；有效地解决城市尾气污染和铅酸电池污染问题；有利于解决战车的低温启动问题。目前，国内主要有10余家企业在进行超级电容器的研发。 1.2 超级电容在国内外相关技术发展现状 1.2.1 国外超级电容的生产及发展状况 目前,在超级电容产业化方面，美国、日本、俄罗斯处于领先地位，几乎占据了整个超级电容市场。这些国家的超级电容产品在功率、容量、价格等方面各有自己的特点与优势。 1.2.2 国内超级电容的研究现状 1.2. 3 超级电容的应用研究现状 1.2.3.1 超级电容做混合型电动机车的启动或加速用辅助电源目前，大部分内燃机车、混合动力汽车、电动汽车、车辆低温启动、轨道车辆能量回收、航天航空、电动叉车、起重机 1.2.3.2 超级电容是方便可靠的储能设备超级电容放电速度快、体积小、重量轻，可以为众多电子产品和存储器提供电源或后备电源，同时又可以提供大功率的脉冲电流，可以满足通讯设备对电源的要求。手电筒、直流屏储能系统、应急照明灯储能系统 1.2.3.3 超级电容在电力系统中的应用超级电容在电力系统中的应用主要有以下两个方面： (1)提高供电质量在电力变配电所系统中，变配电设备主要是由直流电源装置直流屏来提供直流电源的。 (2)UPS系统和应急电源为了解决工厂车间因为停电而带来的经济损失，通常的储能设备是用UPS系统。 1.3.3.4 超级电容在军用领域有重要用途卫星等空间飞行器的电源大多是: (1)调节飞行器配电系统的电压电动飞行器配电系统直流线电压是270V，它
超级电容器的研究进展
超级电容器的研究进展
超级电容器的研究进展 摘要：超级电容器是一种新型储能装置，它具有功率密度高、充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。近年来，各种新兴材料 的发展，为超级电容器电极材料的选取提供了更多的选择条件，促进了超级电 容器的快速发展。本文总结了超级电容器的特点，重点介绍了超级电容器的工 作原理、分类以及超级电容器的材料。并简要展望了超级电容器电极材料的发 展方向和前景。 关键词：超级电容器碳电极贵金属氧化物导电聚合物 Abstract: Super capacitor is a new type of energy storage device. It has the characteristics of high power density, short charging time, long service life, good temperature characteristics, energy saving and green environmental protection. In recent years, the development of a variety of new materials, for the selection of the super capacitor electrode materials to provide more options to promote the rapid development of the super capacitor. This paper summarizes the characteristics of the super capacitor, and introduces the working principle of the super capacitor, classification and the material of the super capacitor. And briefly discussed the developing direction of super capacitor electrode materials and prospect. Key words: Super capacitor Carbon electrode Precious metal oxide Conducting polymer 一、引言 超级电容器是建立在德国物理学家亥姆霍兹（1821～1894）提出的界面双 电层理论基础上的一种全新的电容器，又叫电化学电容器(Electrochemcial Capacitor, EC)、黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容器可以被视为悬浮在电
电容储能
电容储能 超级电容器是介于传统电容器与电池之间的一种新型电化学储能器件，它相比传统电容器有着更高的能量密度，静电容量能达千法拉至万法拉级；相比电池有着更高的功率密度和超长的循环寿命，因此它兼具传统电容器与电池的优点，是一种应用前景广阔的化学电源。它主要是利用电极/电解质界面电荷分离所形成的双电层，或借助电极表面、内部快速的氧化还原反应所产生的法拉第“准电容”来实现电荷和能量的储存的。因此，超级电容器具有充电速度快、大电流放电性能好、超长的循环寿命、工作温度宽等特点。 1.平台构成 超级电容储能装置主要由超级电容组和双向DC/DC变换器以及相应的控制电路组成。 2.功能介绍 超级电容器储能系统已经广泛应用于电动汽车，风光发电储能，电力系统中电能质量调节，脉冲电源等。 2.1超级电容器用于电动汽车 超级电容器用于混合电动汽车中，其应用原理图如图1所示，由于汽车在行驶过程中经常需要加速启动或减速刹车，由于加速电动机需要很大的启动电流，大的启动电流对不论是蓄电池还是燃料电池都会造成大的伤害；而汽车进行减速制动时，根据研究制动所需要的能量占驱动能量的50％。如果加入超级电容储能器对汽车启动加速和刹车减速进行能量管理，既可以降低对电动汽车中蓄电池或燃料电池的伤害，又可以回收多余的能量，延长电动汽车的行驶里程。 图1超级电容器用于电动汽车原理图 2.2应用于风光发电储能 太阳能和风能是最方便、最洁净的能源，目前普遍采用蓄电池作为贮能或缓冲装置，其存在的最大问题就是运行与维护费大、使用寿命短。超级电容器因其具有数万次以上的充放电循环寿命和完全免维护、高可靠性等特点，使得替换蓄
电池成为一种必然趋势。超级电容器在白天阳光充足或风力强劲的条件下吸收能量，在夜晚或风力较弱时放电，以维持系统平衡。风光发电系统结构如图2所示。 图2超级电容器储能的风光发电系统 2.3应用与电力系统 超级电容储能系统在电力系统中的应用目前主要为电能质量调节。在现实的供电系统中，由于非线性负载的广泛应用及大型电机的突然启停，电网电压谐波会增加，出现波形畸变，电压瞬间跌落等问题，这会对需要高质量的供电设备造成伤害，为了提高供电质量，超级电容储能系统作为储能元件来改善电能质量已经被广泛应用，主要分为：动态电压恢复器（DVR），配电静止同步补偿器（D-STATCOM），统一电能质量调节器（UPQR），不间断电源（UPS）。如图3所示。 图3超级电容储能的D-STATCOM和DVR
【CN209767213U】超级电容储能系统及基于超级电容储能系统电源管理系统【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920484704.9 (22)申请日 2019.04.11 (73)专利权人 国网浙江余姚市供电有限公司 地址 315400 浙江省宁波市余姚市体育场 路145号 专利权人 国网浙江省电力有限公司宁波供 电公司 (72)发明人 严文杰 施立 黄永钦 刘文建 朱振洪 (74)专利代理机构 杭州华鼎知识产权代理事务 所(普通合伙) 33217 代理人 项军 (51)Int.Cl. H02J 7/34(2006.01) H02J 7/00(2006.01) (54)实用新型名称 超级电容储能系统及基于超级电容储能系 统电源管理系统 (57)摘要 本实用新型涉及电源领域，尤其涉及超级电 容储能系统及基于超级电容储能系统电源管理 系统，包括若干个串联连接的超级电容器单元， 该系统还包括：连接在电源输出端的恒流限压充 电电路；若干个分别与各超级电容器单元连接的 输入电压均衡电路，所述输入电压均衡电路的输 入端连接恒流限压充电电路的输出端；以及一端 与各超级电容器单元输出端连接，另一端与负载 连接的的动态柔性输出电路。本实用新型在原有 串联超级电容器单元的基础增加恒流限压充电 电路、输入电压均衡电路、动态柔性输出电路以 及过压保护电路，以实现对各超级电容器单元进 行恒流恒压充电、各超级电容器单元两端的电压 达到均衡、 动态柔性均压输出以及过压保护。权利要求书2页 说明书7页 附图4页CN 209767213 U 2019.12.10 C N 209767213 U
超级电容器储能
表4.4 锂电池技术参数表 由表4.4可见，LiB 1在额定电压、能量密度、充放电倍率的技术参数上均优于其他2种锂离子电池，除此之外，LiB 1锂离子电池属于角型叠层式电池、基于印刷技术的集成式电极、铝基外壳激光焊接、具有纵向层叠、横向传热、寿命长、自动化生产工艺路线成熟、电池一致性好，热应力小。最重要是在电池中已内嵌入单体电池管理单元，能有效防止电池串联成组出现的许多技术问题。除此之外，考虑到本项目为国家风储一体化示范项目，对储能电池性能要求较高，因此本项目推荐采用LiB 1锂离子电池作为储能电池。 表5.5 仿真计算结果对比表
本项目希望风电场1min和10min出力变化遵守率均能达到90%以上，从表5.5可以看出，储能系统功率为6.5MW，搭载锂离子电池容量为1.63MWh时可以满足要求。 图5.1是锂离子电池运行容量推移图，从图中可以看出，随着时间的推移，电池容量逐渐减小，因此在初期配置电池容量时，因考虑此种因素，初期配置电池容量应该大于设计容量。考虑到风电场20年运行期，初期搭载电池的容量为计算容量的163%，即2.65MWh。 除此之外，6.5MW/2.65MWh储能系统还可以使风电场的上网电能品质满足《风电场接入电网技术规定》和《风电场功率预测预报管理暂行办法》的部分要求。 整个系统由6套1MW和1套0.5MW储能模块组成，每1MW通过一台升压变压器与风电场35kV母线相连，共需要6台35kV /1000kVA变压器、1台35kV /500kVA变压器及相应的配电装置。 1MW模块技术参数 （1）额定容量：1MW(15分钟) （2）搭载电池容量：408kWh（8块电池串成1组，23组串成1串，12串并联） （3）额定电压：AC 300V (三相) （4）系统效率：大于90% （5）周围温度：-30～+40℃ （6）海拔：约1500m （7）主要设备 ①PCS（Power Conditioning System）：2台
超级电容--储能界的后起之秀
超级电容--储能界的后起之秀 当前，储能系统在不同领域内扮演着越来越重要的角色，比较典型的领域如电动交通工具、电力系统等。在这种背景下，超级电容器作为一种储能技术，具有功率密度高、免维护、寿命长等优异性能，成为学术界和产业界关注的热点。 近年来，超级电容器技术进步较快，在学术界不断有新的技术突破。在学术支持下，产业界在生产制造和应用端也取得了较大进展。随着大量的研究，超级电容器的电极材料不断涌现出突破性进展，且新型超级电容器引起广泛研究，如可修复超级电容器，可拉伸超级电容器，可穿戴超级电容器，混合超级电容器等。 超级电容器是一种电化学的物理部件，自身不具备化学反应。超级电容通过注入电解质来储能，电解质在电极的作用下，表面电荷吸附周围的异性离子，并附着在电极表面形成双电荷层，超级电容器采用特殊电极结构，产生极大的电容量。 与传统的电化学储能技术相比，超级电容器具有高输出功率、快速响应、免维护、长寿命、较宽的工作温度等优点，可以满足多个领域要求，目前市场规模及应用领域在不断扩张。如在能源领域中，该产品对可再生能源等相关领域具有较大的吸引力。 超级电容器在可再生能源系统中主要用途是用于风力发电涡轮机的变桨控制，根据数据显示，20%~30%的风力发电配置了超级电容器变桨控制系统，30%~45%的风力发电机组配备了电池储能系统。 微电网通常配备可再生能源发电机，微电网并网通常会受到一些限制，为减少微电网对电网造成干扰，因此选择合适的ESS及其管理策略具有重要意义。超级电容器具有改善电池储能系统一些缺陷，提升电池放电功率等性能，可以联合电池储能系统用于微电网中，也可用于独立的微电网，以提供高弹性、快速响应等服务。 另外，超级电容器还可以帮助系统满足频率为几赫兹的电力需求。使系统具有更高的效率，并延长了燃料电池使用寿命。 例如在小岛微电网中配备了超级电容器储能系统，系统最大放电4兆瓦，容量为5.5千瓦时；港口23台起重机对电网冲击较大，为了降低起重机对电网的冲击，安装了一个3兆瓦/17.2千瓦时的超级电容器储能系统，作为后备能源，可以提供20秒的持续性电力供应。 据了解，大多数商业化的超级电容器呈圆柱状，该类超级电容器主要由两个附着在铝集流体活性物质的电极卷绕而成，其中隔膜位于两电极之间，防止形成电子短路，正负极输出端分别位于卷芯绕组的上下两端。当卷绕完成后，将制作好的卷芯绕组置于硬壳中，正负输出端与外壳相连，并注入电解质进行密封，以防杂质对电解质和活性物质造成污染。
超级电容器的发展与应用
常州信息职业技术学院 学生毕业设计（论文）报告 系别：电子与电气工程学院 专业：微电子技术 班号：微电071 学生姓名：徐天云 学生学号：0706033131 设计（论文）题目：超级电容器的发展与应用指导教师：刘民建 设计地点：常州信息职业技术学院起迄日期：2009.7.1—2009.8.20
毕业设计（论文）任务书 专业微电子信技术班级微电071姓名徐天云 一、课题名称：超级电容器的发展与应用 二、主要技术指标：额定容量、额定电压、额定电流、最大存储能量、能量密度、功率密度、使用寿命、循环寿命、等效串联电阻、漏电流等技术指标 三、工作内容和要求：本文先从普通电容器入手，进而引出超级电容器的产生。从而以此为基础，阐释了超级电容器的构造、定义、以及工作原理。接着从超级电容器的性能技术介绍其使用特点和注意事项，然后又介绍了超级电容器的发展与现状以及其在生产生活中的应用。最后还进行其以后发展的广阔前景。 四、主要参考文献：[1]夏熙、刘洪涛，一种正在发展的储能装置—超电容器（2）[J]电池工业，2004，9（4）：181-188； [2]钟海云，李荐，戴艳阳，等，新型能源器件—超级电容器研究发展最新动态[J]电源技术，2004，25（5）：367-370； [3]薛洪发，超大容器器在铁路运输生产中的应用[J]中国铁路2000（5）：52.。 学生（签名）2009年6 月26 日 指导教师（签名）2009年6 月26 日 教研室主任（签名）2009年6 月27 日 系主任（签名）2009年6 月28 日
毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题目 一、选题的背景和意义： 超级电容器发展始于20世纪60年代，起先被认为是一种低功率、低能量、长使用寿命的器件。但到了20世纪90年代，由于混合电动汽车的兴起，超级电容器才受到广泛的关注并迅速发展起来。现今，大功率的超级电容器被视为一种大功率物理二次电源，各发达国家都把对超级电容器的研究列为国家重点战略研究项目。目前，超级电容器在电力系统中的应用越来越受到关注。此外，超级电容器还活跃在电动汽车、消费类电子电源、军事、工业等高峰值功率场合。 二、课题研究的主要内容： 主要介绍了超级电容器的构造、定义以及其工作原理，还阐释了超级电容器的特点和使用注意事项，以及超级电容器的发展与现状。最后介绍了超级电容器在生产生活中的应用。 三、主要研究（设计）方法论述： 通过查阅书籍了解超级电容器的基本概念等信息，结合以前所学的电子专业知识认真研究课题。借助强大的网络功能，借鉴前人的研究成果更好的帮助自己更好地理解所需掌握的内容。通过与老师与同学的讨论研究，及时地发现问题反复地检查修改最终完成
超级电容器基本原理及性能特点
聚焦超级电容选型与应用 上网时间：2010-05-27 作者：Zoro 来源：电子元件技术网 超级电容和电池都是能量的存储载体，但二者有不同的特点。超级电容通过介质分离正负电荷的方式储存能量，是物理方法储能，电池是通过化学反应的方法来储能。超级电容充放电次数可达百万次，而电池只有1000次，显然超级电容寿命要远大于电池，降低维护成本且有利于环保。 超级电容充放电速度快，能够在机车启动时提供能量，刹车时捕获能量，因为超级电容充放电的时间在1秒左右，正好与机车刹车或启动的时间匹配。其他设备比如风力发电中，风轮机变桨的时候要提供能量也是在这个时间段。而电池的充放电大概在1小时到10个小时左右，而传统用于滤波的电容，充放电为0.03秒。 超级电容放电速度快，而且容量大，能够瞬间释放巨大的能量，能够用作备用电源，在系统突然断电时，在极短时间内为系统提供能量。超级电容也可以用作发动机或动力电池的辅助，提高发动机的运行效率和能量利用效率。在系统启动时，超级电容将捕获的能量释放，满足峰值功率要求，从而减轻电池或发动机的负担。 除此之外，超级电容还能用于自动抄表系统中的智能电表（水表，燃气表）、相机闪光灯、混合动力汽车。超级电容节能、环保、高效的特点迎合了当下节能减碳的设计诉求。本期半月谈聚焦超级电容，通过以下三个方面介绍超级电容：
超级电容器基本原理及性能特点 超级电容属于双电层电容器，它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种，其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。 超级电容与电池的比较 相对铅酸电池、镍镉电池、锂离子电池，超级电容具有节能、超长使用寿命、安全、环保、宽温度范围、充电快速、无需人工维护等优点。本文通过图表来对比各种不同储能产品的特点。 超级电容的典型应用与选型 超级电容容量大，充放电速度快，而且充放电循环可达百万次，非常适合用作备用电源和提供峰值功率。本文介绍超级电容的工作原理，并着重介绍在集装箱龙门吊车和智能电表上的应用。
超级电容器储能系统的应用研究综述
超级电容器储能系统的应用研究综述 张慧妍１程楠１景阳１，２ １．北京工商大学，计算机与信息工程学院，北京 １０００４８； ２．中国核工业集团公司，中核（北京）仪器厂，北京１００１７６ 摘要：超级电容器储能对于平滑、缓冲不稳定电能需求，改善电能质量具有重要意义。这里从基本特性、模型研究、功率变换、控制策略及容量确定、系统综合优化与评估几个方面综述了超级电容器应用领域的研究现状，总结了各类超级电容模型、功率电路拓扑、非线性控制策略的特点。指出应通过系统的优化评估实现超级电容器储能系统整体性能的改善、储能利用率的提高以及构建成本的下降。 超级电容器；储能系统；功率变换器；控制策略 ＴＭ９Ａ１０００－１００Ｘ （２０１１ ） １２－００５１－０３ Ａ Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｓｕｐｅｒ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ＺＨＡＮＧ Ｈｕｉ－ｙａｎＣＨＥＮＧ ＮａｎＪＩＮＧ Ｙａｎｇ “十一五”国家科技支撑计划（２００６ＢＡＡ０４Ｂ０５） ２０１１－１０－１１ 作者简介：张慧妍（１９７３－），女，博士，副教授，研究方向为 控制理论在超级电容器储能系统中的应用。
过程未来的
＠＠［１］ Ｂｅｌｈａｃｈｅｍｉ Ｆ，Ｒａｅｌ Ｓ，Ｄａｖａｔ Ｂ．Ａ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｂａｓｅｄ Ｍｏｄｅｌ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｏｕｂｌｅ－ｌａｙｅｒ Ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ［Ａ］．Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ［Ｃ］．Ｒｏｍｅ， ２０００ ： ３０６１－３０７６． ＠＠［２］ Ｎｅｌｍｓ Ｒ Ｍ，Ｃａｈｅｌａ Ｄ Ｒ，Ｂｒｕｃｅ Ｊ．Ｔａｔａｒｃｈｕｋ．Ｍｏｄｅｌｉｎｇ Ｄｏｕｂｌｅ Ｌａｙｅｒ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ Ｂｅｈａｖｉｏｒ Ｕｓｉｎｇ Ｌａｄｄｅｒ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ［Ｊ］． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． ｏｎ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ，２００３， ３９ （２） ： ４３０－４３８． ＠＠［３］ Ｓｐｙｋｅｒ Ｒ Ｌ，Ｎｅｌｍｓ Ｒ Ｍ．Ｃｌａｓｓｉｃａｌ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｐａ ｒａｍｅｔｅｒｓ ｆｏｒ ａ Ｄｏｕｂｌｅ Ｌａｙｅｒ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ［Ｊ］．ｌＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． ｏｎ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ， ２０００，３６ （３） ： ８２９－８３６．＠＠［４］ Ｓｃｈｕｐｂａｃｈ，Ｒ Ｍ，Ｂａｌｄａ，Ｊ Ｃ．Ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ＤＣ／ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｆｏｒ Ｐｏｗｅｒ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ ［Ａ］． Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍａｃｈｉｎｅｓ ａｎｄ Ｄｒｉｖｅｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ［Ｃ］．２００３，７： １３６９－１３７４． ＠＠［５］ Ｆ Ｃｉｃｃａｒｅｌｌｉ，Ｄ Ｌａｍｉａ．Ｓｌｉｄｉｎｇ－ｍｏｄｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｂｉｄｉｒｅｃ ｔｉｏｎａｌ ＤＣ／ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｆｏｒ Ｓｕｐｅｒ－ｃａｐａｃｉｔｏｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ａ］．Ｉｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｐｏｗ ｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ， Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｄｒｉｖｅｓ， Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍｏ － ｔｉｏｎ［Ｃ］．２０１０ ： １１１９－１１２２． ＠＠［６］ Ｊｉａｎｂｏ Ｃａｏ，Ｂｉｎｇｇａｎｇ Ｃａｏ，Ｚｈｉｆｅｎｇ Ｂａｉ，ｅｔ ａｌ．Ｅｎｅｒｇｙ－ｒｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ Ｆｕｚｚｙ Ｓｌｉｄｉｎｇ Ｍｏｄｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ＵＩ ｔｒａｃａｐａｃｉｔｏｒ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｈｙｂｒｉｄ Ｐｏｗｅｒ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ［Ａ］． Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａ ｔｉｏｎ［Ｃ］．２００７ ： １５７０－１５７５． ＠＠［７］ Ａ Ｖａｈｉｄｉ，Ｗ Ｇｒｅｅｎｗｅｌｌ．Ａ Ｄｅｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ Ｍｏｄｅｌ Ｐｒｅｄｉｃ ｔｉｖｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ａ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ－ｕｌｔｒａｃａｐａｃｉｔｏｒ ｈｙｂｒｉｄ［Ａ］．Ｐｒｏｃ． Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｏｎ ｆｅｒｅｎｃｅ［Ｃ］．２００７ ： ５４３１－５４３７． ＠＠［８］ Ｇ Ｇｕｉｄｉ，Ｔ Ｍ Ｕｎｄｅｌａｎｄ，Ｙ Ｈｏｒｉ．Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃ ｔｒｏｎｉｃｓ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｆｏｒ Ａｕｘｉｌｉａｒｙ Ｐｏｗｅｒ Ｂｕｆｆｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ［Ａ］．ＩＥＥＥ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｐｏｗｅｒ ａｎｄ Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ［Ｃ］．２００８ ： １－６． ＠＠［９］ ＢＥＲＮＡＲＤ Ｊ， ＤＥＬＰＲＡＴ Ｓ， ＢＵＥＣＨＩ Ｆ， ｅｔ ａｌ．Ｇｌｏｂａｌ Ｏｐ ｔｉｍｉｓａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ Ｐｏｗｅｒ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ａ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｈｙ ｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ （ＦＣＨＶ） ［Ａ］．Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｐｏｗｅｒ ａｎｄ Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ［Ｃ］．２００６ ： １－６． ＠＠［１０］ Ｓ Ｍ Ｈａｌｐｉｎ，Ｓ Ｒ Ａｓｈｃｒａｆｔ．Ｄｅｓｉｇｎ Ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｓｉｎ ｇｌｅ－ｐｈａｓｅ Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｉｅｓ Ｕｓｉｎｇ Ｄｏｕｂｌｅ ｌａｙｅｒ Ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ ａｓ ｔｈｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ［Ａ］．Ｉｎ ｄｕｓｔｒｙ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ［Ｃ］．１９９６：２３９６－２４０３．＠＠［１１］ Ｍｉｓｈｉｍａ Ｔ，Ｏｈｎｉｓｈｉ Ｔ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ＥＤＬＣ ｂａｓｅｄ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ ｆｏｒ ａ Ｐａｒｔｉａｌｌｙ Ｓｈａｄｅｄ ＰＶ Ａｒ ｒａｙ［Ｊ］．Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｓｏｃｉｅｔｙ，２００３：１３０８－１３１３．＠＠［１２］ Ｐｅｒｒｉｎ Ｍ，Ｍａｌｂｒａｎｃｈｅ Ｐ，Ｍａｔｔｅｒａ Ｆ，ｅｔ ａｌ．Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ ｏｆ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｓ ｆｏｒ ＰＶ Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ［Ａ］． Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ［Ｃ］．２００３ ： ２１９４－２１９７．