超级电容器
超级电容器
燃料电池与超级电容联用
实验： 25W的质子交换膜燃料电池（PEMFC）
70F电容，Panasonic 方式：并行连接 测试：(18W2min-2.5W18min)循环负载实验 结果：单独由燃料电池不能维持10秒钟 混合应用可以运行24h没有发现电池性能 降低
System 25 W PEMFC and 70 F capacitor hybrid baseline curve.
超级电容的应用
混合动力汽车 移动设备(如GPS、手机、数码相机等)电源 太阳能、风能、燃料电池等发电的储存 替代不间断电源UPS 紧急照明系统 点焊机、X光机、充磁机、大型激光器以及某些无线 电动工具等大功率电脉冲设备上 激光炮、电磁炮等定向能武器 大功率雷达、电磁干扰系统
碳纳米管改性
利用剩余的SP3杂化轨道引入官能团，产生法拉第准电 容。E.Frackowiak证实表面官能团参与氧化还原反应故 会形成准电容，比电容从80F/g增至137F/g。 E．Frackowiak:掺金属锂的碳纳米管电极在LiClO4电解 液中在1．5～3V之间充放电时，表现出良好且独特的高 压下的双电层电容效应，容量可达30F/g(非水电解液)。 K.Jurewicz在碳纳米管上包覆导电聚合物吡咯，利用吡 咯良好的导电性和碳纳米管的开口、中孔网络以及优异 的离子导电性，设计一种复合物电极材料用于超级电容 器。在纯碳纳米管电极的电容量为50F/g情况下，这种 复合电极的电容量可达163F/g。 掺杂75％的Ru02· xH20时，电容器的比容量可达107F/cm3， 即600F/g。
表面特性对性能影响
A．Yoshida等研究结果表明，随着ACF表面含氧官 能团含量的增加，电容器的表观漏电流增加。 K．Hiratsuka等研究发现碳电极表面氧含量越多 的，容量降低也越多。 X.Liu在研究发现，经过电化学氧化处理后碳电极 容量从135F/g增加到171F/g，氧化处理后进行还 原处理，容量增加更明显，增加到215F/g。认为 主要是由于碳材料氧化后表面含氧官能团含量增 加而引起的。 从制备高容量、耐高压、稳定性好的电容器角度 出发，希望活性碳材料表面的官能团有一个合适 的比例。
超级电容器
电极材料
电极材料是影响超级电容器性能的重要因素。 为了进一步提高超级电容器的容量和循环寿命，最主要的 是开发新的高比容量，高比功率的电极材料。 超级电容器的电极材料可以分为以下几类:炭电极材料， 金属氧化物电极材料，导电聚合物电极材料，复合电极材 料。
碳电极材料
目前已经开发用在双电层电容器上的碳材料有:活性炭 粉末、活性碳纤维、碳纳米管、膨胀性石墨、碳气凝胶、 炭黑和石墨烯等。 炭材料的性质中最为关键的几个影响因素为炭材料的表 面积和粒径分布，炭材料的电学稳定性，炭材料的导电 率。
在沿海岛屿、边远山区，地广人稀的草原牧场等地方， 风能和太阳能可作为解决生产和生活能源的一种可靠 途径。然而，这些能源还不能稳定地供给。将超级电 容器与风力发电装置或太阳能电池组成混合电源，超 级电容器在白天阳光充足或风力强劲的条件下吸收能 量以电能的形式存储起来，在夜晚或风力较弱时放电， 可解决上述问题。
超级电容器还可用作汽车的主电源。
（4）工业领域
超级电容器在工业不间断电源(UPs)、安全预防 设备以及仪器仪表等方面得到广泛应用。
（5）消费电子领域
使用超级电容器做为储能元件的手电筒，充电只 需90秒，循环寿命可达50万次，可使用约135年。电 子玩具常要求瞬时大电流，而电池无法提供，使用超 级电容器作为电源不仅可以解决这个问题，还可以降 低使用成本、减轻质量。一种自动的切管工具用于替 代一种己经有十年历史的旧式手持切管设备。考虑实 际应用，要求能提供瞬间高功率及长寿命，并且要求 快速充电，一次充电能满足100次的切割工作，超级 电容器与电池混联后能使产品满足应用的需求。
超级电容器的研究及应用现状
美国、日本、韩国、俄罗斯、德国等国研究超级 电容器起步较早，技术相对比较成熟。
超级电容器简介
3．非常短的充电时间，在0.1-30s即可完成。
4．解决了贮能设备高比功率和高比能量输出之间的矛盾， 将它与蓄电池组合起来，就会成为一个兼有高比功率输出的贮 能系统。
5．贮能寿命极长，其贮存寿命几乎可以是无限的。
6．高可靠性。
四、超级电容器技术及电极材料的进展
电压、能量密度高
按照电解液分,分为水溶液电解液超级电容器和有机电解液超级电容器。
根据结构分为对称型电容器(SymmetricCapacitor)和混合型超级电容器(Hybrid Capacitor)。
三、超级电容器的性能特点——介于电池与物理电容器
之间
优点
1. 高功率密度，输出功率密度高达数KW/kg，一般蓄电池的 数十倍。
氧化还原赝电容即法拉第赝电容是指活性电极材料发生氧化还原反应表现出 来的电容特性,主要包括过渡金属氧化物和导电聚合物。
双电层电容器存储的电荷与它的电容和电压相关 Q=CV，电容和电压是独 立的，但取决于电极的表面积，双电层的厚度和电解液的介质常数。根据 双电层电容器所需设备的性能或是使用的电解液选择电极材料。活性炭是 双电层电容器传统的电极材料
双电层原理示意图
充电时,外电源使电容器正负极分别带正电和负电,而电解液中的正负离子分别移动到电 极表面附近,形成双电层,整个双电层电容器实际上是两个单双电层电容器的串联装置。
双电层电容器充电状态电位分布曲线
Profile of the potential across electrochemical double layer capacitor in the charged condition
双电层电容器的储能机理本质上与静电容器一致,其依靠材料表面电子和溶液中等量 离子在电极材料/电解液界面的分离储存电量。通常电极材料采用高比表面积炭材料, 具有较高的比表面积(高达2000 m2 /g),远大于电解电容器电极的比表面积,
超级电容器简介课件
THANKS
主要应用领域市场现状与趋势
总结词
电动汽车和可再生能源领域是超级电容器的最主要应用领域，未来市场份额将进一步扩 大。
详细描述
电动汽车和可再生能源领域是超级电容器最主要的应用领域。在电动汽车领域，超级电 容器可以提供快速充电和大功率放电，提高车辆的加速和爬坡性能。在可再生能源领域 ，超级电容器可以用于储存和释放能量，提高能源利用效率。未来，随着电动汽车和可
能量密度与功率密度
能量密度高
超级电容器具有较高的能量密度，能 够存储较多的电能，使得其在混合动 力汽车、电动车等领域具有广泛应用 。
功率密度高
超级电容器具有极高的功率密度，可 以在短时间内释放大量电能，适用于 需要瞬时大功率输出的场合。
循环寿命与稳定性
长寿命
超级电容器经过多次充放电循环后，性能衰减较小，循环寿命长，可达数十万 次以上。
再生能源市场的不断扩大，超级电容器的市场份额也将进一步增加。
市场竞争格局与挑战
总结词
超级电容器市场竞争激烈，企业需要不 断创新以保持竞争优势。
VS
详细描述
目前，全球超级电容器市场已经形成了较 为稳定的竞争格局，但随着新技术的不断 涌现和市场的不断扩大，竞争也日趋激烈 。企业需要不断加大研发投入，提高产品 性能和降低成本，以应对市场竞争的挑战 。同时，企业还需要加强与上下游企业的 合作，共同推动超级电容器市场的快速发 展。
响应速度
超级电感的响应速度较快， 能够快速提供和回收能量， 而超级电容器的响应速度相 对较慢。
储能密度
超级电容器的储能密度较高 ，能够存储更多的能量，而 超级电感的储能密度相对较 低。
应用范围
超级电感适用于高频、大电 流的应用场景，而超级电容 器适用于需要快速充放电和 长循环寿命的应用场景。
超级电容器的原理与应用
超级电容器的原理与应用超级电容器，又称为超级电容、超级电容放电器，是一种新型电化学器件，它具有比传统电容器更高的电容量和能量密度，以及更高的功率密度。
这种电化学器件在现代电子设备、交通工具、能源储存系统等领域有着重要的应用。
本文将从超级电容器的原理、结构、特点以及应用领域等方面进行介绍。
一、超级电容器的原理超级电容器的工作原理基于电荷的吸附和离子在电解质中的迁移。
其正极和负极均采用多孔的活性碳材料，两者之间的电解质是导电液体。
当加上电压时，正负极之间形成两层电荷分布，即电荷层，进而形成电场。
电荷的吸附和电子的迁移使得电容器储存电能。
二、超级电容器的结构超级电容器的主要结构包括两块活性碳电极、电解质和两块集流体。
活性碳电极是超级电容器的核心部件，通过高度多孔的结构使得电极表面积大大增加，从而增加电容器的电容量。
电解质则起着导电和电荷传递的作用，而集流体则是用于导电的金属片或碳素片。
三、超级电容器的特点1.高功率密度：超级电容器具有较高的功率密度，能够在短时间内释放大量电能。
2.长循环寿命：相比于锂离子电池等储能装置，超级电容器具有更长的循环寿命。
3.快速充放电：超级电容器具有快速的充放电速度，适用于需要频繁充放电的场景。
4.环保节能：超级电容器不含有有害物质，具有较高的能源利用效率。
四、超级电容器的应用1.汽车启动系统：超级电容器作为汽车启动系统的辅助储能装置，能够有效提高发动机启动速度，降低能源消耗。
2.再生制动系统：超级电容器在电动汽车的再生制动系统中起到储能和释放能量的作用，提高能源回收效率。
3.电网能量储存：超级电容器可用作电网能量的储存装置，用于平衡电力需求与供给之间的波动。
4.工业自动化设备：超级电容器在工业自动化领域中广泛应用，用于缓冲电源波动和提供紧急供电。
5.医疗设备：超级电容器可用于医疗设备的储能，确保设备持续稳定运行。
结语超级电容器以其高功率密度、长循环寿命、快速充放电等特点在各个领域发挥着重要作用，为现代社会的能源存储和利用提供了新的技术解决方案。
什么是超级电容超级电容器（supercapacitor），又叫双电层电容器
什么是超级电容超级电容器（supercapacitor），又叫双电层电容器(Electrical Doule-Layer Capacitor)、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解质中的两个无反应活性的多孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，实际上形成两个容性存储层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近。
超级电容器向快速充电与大功率发展充电1分钟即可驱动小型笔记本电脑运行近1个半小时--在2004年10月于幕张MESSE举行的IT博览会“CEATEC JAPAN”上，这种快速充电的演示成了人们关心的话题。
一般笔记本电脑的充电电池要充满电至少需要1个小时。
但“双电层电容器”却大幅缩短了这一时间。
超级电容器是介于电容器和电池之间的储能器件，它既具有电容器可以快速充放电的特点，又具有电化学电池的储能机理。
超级电容器也可以分为两类：（1）以活性炭材料为电极，以电极双电层电容的机制储存电荷，通常被称作双电层电容器(DLC);(2)以二氧化钌或者导体聚合物等材料为阳极，以氧化还原反应的机制存储电荷，通常被称作电化学电容器。
作为一种新型储能元件，电化学电容器的电容量可高达法拉级甚至上万法拉，能够实现快速充放电和大电流发电，并比蓄电池具有更高的功率密度(可达1,000W/kg数量级)、和更长的循环使用寿命(充放电次数可达10万次)，同时可在极低温等极端恶劣的环境中使用，并且无环境污染。
这些特点使得电化学电容器在电动汽车、通讯、消费和娱乐电子、信号监控等领域的电源应用方面具有广阔的市场前景。
有业内专家预测，仅就中国市场而言，目前的年需求量可达2,150万只，而整个亚太地区的总需求量则超过9,000万只。
美国市场研究公司Frost & Sullivan不久前发布的一份报告也预计，2002年到2009年之间，全球超级电容器产业的产量和销售收入这两项数据将分别以157%和49%的年复合增长率保持高速增长。
超级电容器工作原理
超级电容器工作原理引言概述：超级电容器是一种新兴的电子元件，具有高能量密度、快速充放电和长寿命等特点，被广泛应用于电子设备、汽车、航空航天等领域。
本文将详细介绍超级电容器的工作原理。
一、电容器基本原理1.1 电容器的定义和结构电容器是一种能够存储电荷的电子元件，由两个导体板和介质组成。
导体板上的电荷会在两板之间形成电场，存储电能。
1.2 电容器的充放电过程充电过程：当电容器接入电源时，电荷从电源流入导体板，导体板上的电荷逐渐增加，电场强度增大，电容器储存的电能增加。
放电过程：当电容器与电源断开连接时，导体板上的电荷会通过电路释放出来，电场强度减小，电容器储存的电能逐渐减小。
1.3 电容器的电容量和电压电容量是电容器存储电荷的能力，单位为法拉(F)。
电容量越大，电容器存储的电能越多。
电压是电容器两板之间的电势差，单位为伏特(V)。
电压越高，电容器存储的电能越大。
二、超级电容器的结构和特点2.1 超级电容器的结构超级电容器由两个电极和电解质组成。
电极通常采用活性炭材料，具有大表面积和高导电性。
电解质是一种能够导电的液体或者固体，能够提高电容器的电导率和存储电荷的能力。
2.2 超级电容器的高能量密度超级电容器的电极具有大表面积，能够存储更多的电荷，因此具有高能量密度。
相比之下，传统电容器的电能密度较低。
2.3 超级电容器的快速充放电由于超级电容器的电极和电解质具有低电阻性质，电荷在电容器内部的传输速度非常快，因此具有快速充放电的特点。
三、超级电容器的工作原理3.1 双电层电容效应超级电容器的电极表面存在双电层结构，即电极表面的电荷分布形成两层电荷层。
这种双电层结构使得超级电容器能够存储更多的电荷。
3.2 电化学反应超级电容器的电解质能够发生电化学反应，将电能转化为化学能。
这种反应可以增加电容器的电能存储能力。
3.3 电容器的电压稳定性超级电容器具有较好的电压稳定性，即在充放电过程中，电容器的电压变化较小。
超级电容器简介
超级电容器不含有有毒物质，对环境友好 ，且在使用寿命结束后可回收再利用。
02
超级电容器的应用领域
汽车工业
01
02
03
混合动力汽车
超级电容器可以提供瞬时 大电流，辅助发动机启动 和加速，提高燃油效率。
电动汽车
超级电容器可以快速储存 和释放能量，用于启动、 加速和制动回收，提高车 辆性能。
汽车零部件
产业链整合
通过整合上下游产业链，提高生产效率和降低 成本，企业将获得更多竞争优势。
跨界合作
与其他产业领域进行跨界合作，拓展超级电容器的应用领域和商业模式。
THANKS
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特点与优势
高功率密度
长寿命
超级电容器具有极高的功率密度，能够在 短时间内提供大量电能，适合用于需要瞬 时大电流的场合。
由于超级电容器的充放电过程中发生的电 化学反应较为温和，因此其寿命较长，可 达到数万次甚至数十万次充放电循环。
快速充放电
环境友好
超级电容器可以在短时间内完成充电，放 电速度也较快，提高了使用效率。
寿命与稳定性
薄膜电容器的寿命和稳定性较好，而 超级电容器的寿命和稳定性相对较差 。
Байду номын сангаас
05
超级电容器的市场前景与趋势
市场现状
市场规模
全球超级电容器市场规模持续增长，应用领域不断扩 大。
竞争格局
市场竞争激烈，主要集中在技术领先和品牌优势的企 业。
区域分布
全球超级电容器市场主要集中在中国、欧洲和北美等 地区。
超级电容器可用于汽车零 部件的能量回收和节能控 制，如座椅、车门等。
能源存储
可再生能源
超级电容器可以用于储存太阳能 、风能等可再生能源产生的电能 ，提高能源利用效率。
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杨凡 2016年3月
一、什么是超级电容器
• 超级电容器是介于传统电容器和充电电池之 间的一种新型储能装置，其容量可达几百至上 千法拉。 • 与传统电容器相比，它具有较大的容量、较 高的能量、较宽的工作温度范围和极长的使用 寿命。 • 而与蓄电池相比，它又具有较高的比功率， 且对环境无污染。因此可以说，超级电容器是 一种高效、实用、环保的能量存储装置。
五、超级电容器在电力系统的应用
1、用于分布式发电系统 超级电容器储能系统利用多组超级电容器 将能量以电场能的形式储存起来，当能量紧急 缺乏或需要时，再将存储的能量通过控制电源 释放出来，准确快速的补偿所需的有功和无功。 2、用于变、配电电站直流系统 超级电容器以其超长使用使用寿命、频繁 快速的充放电特性、便宜的价格等优点，使解 决35kv变电站、10kv开关站的直流电源设备在 使用中的致命缺陷成为可能。
•
2005年，由中国科学院电工所承担的 “863”项目“可再生能源发电用超级电容 器储能系统关键技术研究”通过专家验收， 该项目完成了用于光伏发电系统的超级电 容器储能系统的研究开发工作。 • 华北电力大学等有关课题组，正在研 究将超级电容器储能系统应用到分布式发 电系统的配电网。 • 但从整体来看，我国在超级电容器领 域的研究与应用水平明显落后于世界先进 水平。
3、用于动态电压跌落装置 作为电网断电或电网电压瞬时跌落时设 备电源的补救装置，超级电容比起现在常 用的不间断电源有事要明显的多。
4、用于静止同步补偿器 基于双电层电容储能的静止同步补偿器， 几乎不需要运行费用，但现在常用的静止 同步补偿器需要相当多的制冷费用。
六、结束语
超级电容器的出现，解决了能源系统 中功率密度与能量密度之间的矛盾。随着 超级电容器技术的进一步发展，它将逐步 取代当前需频繁更换的蓄电池，且家用储 能系统也有可能得到实现。作为一种储能 巨大、充放电速度快、工作温度范围宽、 工作可靠安全、无需维护保养、价格低廉 的储能系统，如能大量应用于电力系统， 则必将推动技术进步和取得更大的经济效 益。
2、电化学电容器 对于电化学电容器，其存储电荷的过 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 原反应导致的电荷在电极中的储存。与双 电层超级电容器的静电容量相比，相同表 面积下的电化学电容器的容量要大10~100 倍。
三、超级电容器主要应用领域 Nhomakorabea四、发展现状
• 当前美国、日本、俄罗斯的产品几乎 占据了整个超级电容器的市场，实现产业 化的超级电容器基本上都是双电层电容器。 • 在我国，北京有色金属研究总院、锦州 电力电容器有限责任公司、北京科技大学、 北京化工大学、北京理工大学、北京金正 平公司、解放军防化院、哈尔滨巨容公司、 上海奥威公司等正在开展超级电容器的研 究。
二、超级电容器的工作原理
一般认为超级电容器包括双电层电容器和 电化学电容器两大类。 1.双电层电容器 当金属插入电解液中时，金属表面上的净 电荷将从溶液中吸引部分不规则分布的带异种 电荷的例离子，使他们在电极溶液界面的溶液 一侧离电极一定距离外处排成一排，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。该界面由两个电荷层组成，一 层在电极上，一层在溶液中，因此称作双电层。