(完整版)Maxwell超级电容器的发展
超级电容器的现状及发展趋势
超级电容器的现状及发展趋势一、本文概述随着科技的飞速发展和人类对能源需求的日益增长，超级电容器作为一种新兴的储能器件，正逐渐在能源储存和转换领域崭露头角。
本文旨在全面概述超级电容器的现状及其未来发展趋势，从而为相关领域的研究人员和技术人员提供有价值的参考。
本文将回顾超级电容器的历史发展，探讨其从概念提出到实际应用的过程。
文章将详细介绍超级电容器的基本原理、结构特点以及性能优势，以便读者对其有深入的理解。
在此基础上，文章将重点分析当前超级电容器在各个领域的应用状况，如交通运输、电力储能、电子设备等领域。
同时，文章还将探讨超级电容器在实际应用中面临的挑战和问题，如成本、安全性、寿命等。
本文还将关注超级电容器的未来发展趋势。
随着材料科学、纳米技术、电化学等领域的进步，超级电容器的性能有望得到进一步提升。
文章将预测超级电容器在未来可能的技术突破和市场应用前景，包括新型电极材料的开发、电容器结构的优化、以及与其他能源储存技术的融合等。
本文将全面梳理超级电容器的现状及其未来发展趋势，旨在为读者提供一个清晰、全面的视角，以便更好地把握超级电容器在能源储存和转换领域的发展动态。
二、超级电容器的现状超级电容器，作为一种介于传统电容器和电池之间的新型储能器件，以其独特的性能优势在现代能源领域引起了广泛的关注。
目前，超级电容器的应用已经渗透到了许多领域，包括交通、能源、工业、电子等。
在交通领域，超级电容器以其高功率密度和快速充放电的特性，被广泛应用于电动公交、混合动力汽车以及电动汽车的启动和加速过程中。
超级电容器能够在短时间内提供大量的电能，使车辆在短时间内达到较高的速度，从而提高车辆的动力性能。
超级电容器还可以作为车辆的辅助能源，与电池配合使用，延长车辆的续航里程。
在能源领域，超级电容器被用作风力发电和太阳能发电系统的储能装置。
在这些系统中，超级电容器可以平滑输出电能，避免由于风速和日照强度的不稳定而导致的电能波动。
超级电容器(1)
双电层电容器放电状态电位分布曲线
Prifile of the potential across an electrochemical double-layer capacitor in the discharged condition
准电容原理
➢ 准电容原理则是利用在电极表面及其附近发生在 一定电位范围内快速可逆法拉第反应来实现能量 存储。这种法拉第反应与二次电池的氧化还原反 应不同。
放电时间 0.3-3小时
比能Wh/kg 30- 40
循环寿命
300
比功率W/kg < 300
充放电效率 0.7-0.85
超级电容器 普通电容器
0.3-若干秒 10-3—10-6秒
0.3-若干秒 10-3—10-6秒
1- 20
<0.1
>10000 >100000
>1000
<100000
0.85-0.98 >0.95
•法拉第准(赝)电容不仅只在电极表面,而且可在整个电 极内部产生,因而可获得比双电层电容更高的电容量和 能量密度。在相同电极面积的情况下,法拉第准(赝)电容 可以是双电层电容量的10～100倍。
超级电容器的大容量和高功率充放电就是由 这2种原理产生的。充电时,依靠这2种原理储存 电荷,实现能量的积累;放电时,又依靠这2原理, 实现能量的释放。
1、多孔电容炭材料
活性炭表面官能团的作用
➢ 含氧官能团越多，导电性越差。
➢羧基浓度越大，漏电电流越大，储存性 能越差。 ➢ 羧基浓度越高，静态电位越高，越易析 氧，电极越不稳定。
处理炭表面官能团容炭材料
➢ 增加电导率和密度， ➢ 减少表面官能团，也减小比表面、比容量 。 ➢适宜的高温处理，可提高大电流下体积比 容量。 ➢ 进行二次活化可提高比表面--重量比容量。
超级电容器的发展与应用-杨院士-南通江海
+
②成都有机所
正极：活性炭电极 60-45% 加15-30% LiMn2O4 负极：Li4Ti5O12 4C恒电流下：14.47Wh/kg，5000次衰减<8%
Xuebo Hu et.al J PowerSources187(2009)635
8
活性炭 + 锂盐
钛 酸 锂
电池添加活性炭的变种
电池中的电极与活性炭电极并联 电池的电极中混入少部分活性炭 ——电容型电池
4
超级电容器及其变种
超级电容器
活 性 炭 隔 活 性 膜 炭
两个电极均以双电层原理蓄电 的储能器件
超级电容器主要用活性炭（大 比表面的炭）作为活性物质 超级电容器的电解液 水溶液体系：酸、碱、中性 有机溶液体系——电压高
超级电容器的比能量低
5
1、混合型超级电容器
简称混合电容器 一个电极以双电层原理蓄电、 另一个为电池电极的储能器件
（江苏常州，辽宁朝阳，2011年6月）
• 活性炭混入镍氢电池负极
（天津国泰之光研究院，2011年9月）
混入活性炭的效果： (+) 比功率提高 循环性改善 (--) 比能量减低——活性炭占了电极部分位置 可能增加电极析气量和调浆、涂佈难度
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2.1 电容型铅酸电池 ——“铅炭电池”
炭加到入铅酸电池的负极中
—正极NiOOH,负极活性炭
+
例1：正极PbO2,负极活性炭
advanced lead-acid batteries （美国？） — 活 性 炭
水溶液电解质
氧 化 镍
6
+
1、混合型超级电容器（续）
简称混合电容器
例3: 正极活性炭,负极Li4Ti5O12 有机溶液电解质
超级电容器的研究进展及其在新能源领域中的应用
超级电容器的研究进展及其在新能源领域中的应用近年来，越来越多的人开始意识到新能源的重要性，而超级电容器作为重要的能源储存设备，备受人们的关注。
本文将介绍超级电容器的研究进展以及其在新能源领域中的应用。
一、超级电容器的研究进展超级电容器是一种能够储存和释放能量的设备，它与传统的电池不同，电容器可以快速充放电且寿命较长。
随着技术的不断改进，超级电容器的性能也得到了很大的提升。
1.1 材料研发超级电容器的性能很大程度上取决于储存介质的材料。
传统电容器使用的是电解质，而超级电容器使用的是活性碳、金属氧化物等材料。
目前，研究人员致力于开发新的储存介质，如金属材料、纳米纤维等，以提高超级电容器的性能。
1.2 结构设计超级电容器的结构设计也是影响其性能的关键因素。
采用不同的结构设计，可以提高电容器的能量密度和功率密度。
当前，研究人员正在探索多种结构设计，如半球形或石墨烯包覆的超级电容器等。
1.3 改进制备工艺超级电容器的制备工艺也是影响其性能的一个关键因素。
目前，研究人员正致力于改进预处理工序、电极浸渍工艺等，以提高超级电容器的性能。
二、超级电容器在新能源领域中的应用超级电容器在新能源领域中有广泛的应用，包括电动车、储能系统等。
2.1 电动车电动车需要一个可靠的能源储存设备。
超级电容器具有快速充放电、寿命长等特点，是一种适合用于电动车的储能设备。
超级电容器还能提高电动车的动力性能和续航里程，因此越来越受到关注。
2.2 储能系统超级电容器在储能系统中也有重要的应用。
在发电系统和能源系统之间，需要一种缓冲机制，可以储存电能并在需要时快速释放。
超级电容器可以很好地满足这个需求。
此外，超级电容器还可以协助防止电力峰值和电压下降等问题，提高能源利用效率。
三、结论超级电容器已经成为新能源领域中的重要组成部分，越来越多的研究人员开始关注其研究和应用。
未来，随着技术的不断提升，超级电容器的性能将会进一步提高，其在新能源领域中的应用将变得更加广泛。
超级电容器的现状及发展趋势
别是电动汽车、混合燃料汽车和特殊载重车辆)、 电力、铁路、通信、国防、消费性电子产品等。从 小容量的特殊储能到大规模的电力储能，从单独 储能到与蓄电池或燃料电池组成的混合储能，超级 电容器都展示出了独特的优越性。美、欧、日、韩 等发达国家和地区对超级电容器的应用进行了卓有 成效的研究。目前全球已有上千家超级电容器生产 商，可以提供多种类的超级电容器产品。
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Chinese Journal of Nature Vol. 37 No. 3 REVIEW ARTICLE
式中，C+ 代表 H+、Li+、Na+、K+、Ca2+等阳离子。
3 超级电容器的特点
基于上述储能原理的超级电容器，可弥补 传统电容器与电池之间的空白，即超级电容器兼 有电池高比能量和传统电容器高比功率的优点 (图3)，从而使得超级电容器实现了电容量由微 法级向法拉级的飞跃，彻底改变了人们对电容器 的传统印象。
超级电容器的产业化最早开始于20世纪80年 代——1980年NEC/Tokin与1987年松下、三菱的 产品。20世纪90年代，Econd和ELIT推出了适合 于大功率启动动力场合的电化学电容器。如今， Panasonic、NEC、EPCOS、Maxwell、NESS等 公司在超级电容器方面的研究非常活跃。目前美 国、日本、俄罗斯的产品几乎占据了整个超级电 容器市场，各个国家的超级电容器产品在功率、 容量、价格等方面都有自己的特点和优势。
(MOx) surface + C+ + e-↔(MOx-C+) surface 式中，C+ 代表 H+、Li+、Na+、K+、Ca2+等阳离 子。②体相嵌入脱出储能。溶液中的阳离子通过 界面进入到电极活性物质的体相，发生氧化还原 反应，从而表现出氧化还原赝电容。该类赝电容 的充放电过程可表述为
超级电容储能发展历史
超级电容储能发展历史超级电容储能是一种能够高效储存和释放电能的先进技术。
它的发展历史可以追溯到上世纪60年代初，当时科学家们开始研究电化学电容器，以寻找一种比传统电池更高效的能量储存方式。
最初的电化学电容器是由两个电极和一个电解质组成的，通过在电极上施加电压，电荷可以在电极和电解质之间移动，实现能量的储存和释放。
然而，由于电极材料的限制，这种电容器的能量密度很低，无法满足实际应用的需求。
随着科学技术的不断进步，研究人员开始寻找新的电极材料，以提高电化学电容器的能量密度。
在20世纪80年代，碳材料被引入到电容器中作为电极材料，这种新型电容器被称为超级电容器。
碳材料具有很高的比表面积和导电性能，可以大大增加电容器的能量密度。
在超级电容器的发展过程中，研究人员还不断改进电解质和电极结构，以提高电容器的性能。
一种重要的改进是使用活性材料作为电极，这可以增加电容器的能量密度，并扩大其应用范围。
例如，金属氧化物和导电聚合物等材料被广泛应用于电极制备中。
随着对超级电容器研究的深入，人们发现它具有很多优点。
首先，超级电容器的充放电速度非常快，可以在几秒钟内完成充放电过程。
其次，超级电容器具有很长的寿命，可以进行数万次的充放电循环。
此外，超级电容器还具有较高的功率密度和较低的内阻，可以满足高功率应用的需求。
超级电容器的发展为许多领域带来了新的机遇。
在交通运输领域，超级电容器可以用于回收制动能量，并提供额外的动力输出。
在可再生能源领域，超级电容器可以与太阳能电池和风力发电机等设备结合使用，平衡能源供应和需求。
此外，超级电容器还可以应用于电网调峰、储能系统和便携设备等领域。
总的来说，超级电容器的发展经历了数十年的研究和改进。
通过不断改进电极材料、电解质和电极结构，超级电容器的能量密度和性能得到了显著提高。
超级电容器的应用范围也不断扩大，为各个领域的发展带来了新的机遇。
相信随着科学技术的不断进步，超级电容器将在未来发挥更重要的作用，为人类创造更加绿色、高效的能源未来。
2024年超级电容器市场规模分析
2024年超级电容器市场规模分析引言超级电容器是一种新兴的电子器件，其具有高能量密度、快速充放电、长寿命等特点。
随着电动车、可再生能源等领域的快速发展，超级电容器市场呈现出快速增长的趋势。
本文将对超级电容器市场的规模进行深入分析。
市场规模超级电容器市场的规模主要由市场容量和市场价值两个方面来衡量。
根据市场研究数据，预计到2025年，全球超级电容器市场的市场容量将达到X万台。
同时，市场价值也将达到X亿美元。
行业状况超级电容器市场在过去几年取得了快速增长，主要得益于其在传统电池无法满足需求的领域的广泛应用。
特别是在电动车领域，由于超级电容器能够快速充电和高效能量释放，被认为是替代传统电池的重要解决方案。
此外，可再生能源领域也是超级电容器市场的主要驱动力之一。
超级电容器能够与太阳能和风能等可再生能源相结合，提供更稳定和可靠的电力存储和释放方案。
市场机会超级电容器市场在未来几年将继续保持快速增长的趋势，主要受到以下因素的驱动：1.新能源政策的推动：各国政府相继推出鼓励可再生能源发展的政策，为超级电容器市场提供了良好的环境。
2.电动车市场的扩大：随着电动车市场的不断扩大，对高效能量储存和释放的需求也在增加，超级电容器作为重要的解决方案将有更广阔的市场空间。
3.工业自动化需求的增加：工业自动化的快速发展带来了对高效能量存储设备的需求，超级电容器由于其快速充放电的特点而受到青睐。
挑战与限制虽然超级电容器市场发展迅猛，但仍面临一些挑战和限制：1.高成本：超级电容器的制造成本较高，导致产品价格相对较高，限制了其市场普及程度。
2.技术瓶颈：超级电容器的技术瓶颈仍存在，比如能量密度和电容量等方面与传统电池还有差距，限制了其在某些领域的应用。
3.市场竞争：目前超级电容器市场竞争激烈，存在着来自传统电池和其他新兴技术的竞争。
市场前景尽管存在一些限制和挑战，超级电容器市场仍具有广阔的前景：1.技术革新：随着技术的不断推进，预计超级电容器的能量密度和电容量等性能将大幅提升，进一步拓展其在各个领域的应用。
2024年超级电容器市场分析报告
2024年超级电容器市场分析报告摘要本文对超级电容器市场进行了全面的分析。
首先，介绍了超级电容器的基本原理和分类。
然后，分析了超级电容器市场的发展趋势、竞争格局和主要应用领域。
最后，对超级电容器市场的前景进行了展望。
1. 引言超级电容器是一种新型的电子元件，具有高能量密度和高功率密度的特点，被广泛应用于储能、电动车辆、再生能源等领域。
本节介绍超级电容器的基本原理和分类。
1.1 基本原理超级电容器是一种电容器，其储存能量的机制是电荷在电极表面的吸附和解吸附。
相比传统电容器，超级电容器的电极表面积更大，电荷的吸附和解吸附速度更快，能够实现高能量密度和高功率密度。
1.2 分类根据电解质的不同，超级电容器可以分为电解质型和储能型两大类。
电解质型超级电容器使用液体电解质，具有高电导率和低内阻的特点；储能型超级电容器使用固体电解质，具有较高的储存能量密度。
2. 市场发展趋势超级电容器市场在近几年呈现出快速增长的趋势。
本节分析超级电容器市场的发展趋势，包括市场规模、成本趋势和技术进步。
2.1 市场规模超级电容器市场规模持续扩大，主要受到电动车辆、储能、再生能源等市场需求的推动。
随着相关技术的成熟和市场竞争的加剧，超级电容器市场有望进一步扩大。
2.2 成本趋势超级电容器的成本一直是市场发展的关键因素之一。
随着生产规模的增大和技术进步，超级电容器的成本逐渐降低。
预计随着技术的进一步成熟，超级电容器的成本将进一步下降。
2.3 技术进步超级电容器技术不断进步，主要表现在电极材料的改进、电解质的优化和结构设计的创新。
这些技术进步有助于提高超级电容器的性能，促进市场的发展。
3. 竞争格局超级电容器市场竞争激烈，主要由国际和国内企业共同竞争。
本节分析了超级电容器市场的竞争格局和主要竞争对手。
3.1 竞争格局超级电容器市场竞争主要集中在少数大型企业和一些小型企业之间。
大型企业具有较强的研发和生产能力，小型企业则寻找市场的细分和差异化发展。
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3 Getting Ready to Change
3
Change and Value
Wind Pitch Control Value
4
The Ultracapacitor Market
Source: Avicenne Energy Analysis, 2013 5
Ultracapacitors in Buses
• Power stabilization • Frequency
regulation (FR)
8
RENEWABLES
• Solar and Wind Firming
• Ramp rate control
• Frequency regulation (FR)
• Voltage stability
• Peak shaving/load shifting
Load sharing is largely a function of relative resistance of the devices
In-rush (peak) currents
– UC//BAT total: 907A
– UC (2.5mΩ): 716A
– Battery (*10mΩ): 204A
9
Continental AG VSS – UCAP Based Stop-Start
CONTINENTAL POWER ELECTRONICS UNIT
PEUGEOT
1144VV PPoowweerrnneett
ssttaabbiilliizzeedd SSuubbnneett
Kl.50
+-
12V
2014 Ultracapacitor Anniversary Summit Keynote Speech
Beijing China December 16/17, 2014
1
The Changing World
2
The Three States
1 Changing
2 Just Changed
(An Instant)
MAXWELL ULTRACAPACITORS
CITROËN
10
Ultracapacitors in Rail
RAIL Rapid energy storage through braking energy
recapture Re-use for acceleration Reduced power consumption Bridge non-powered track sections Stationary and on-vehicle system designs Catenary Free Operation
BUS Frequent stops and long operational hours Reduces fuel consumption Significantly lower emissions Smaller capacity batteries required in hybrid systems Extends battery life Diesel/CNG Hybrid, Plug-In Diesel/CNG Hybrid,
TRADITIONAL
• Gen-set starting
• Power stabilization
• Peak shaving/load shifting
• Bridge and back-up power
• Frequency regulation (FR)
Ultracapacitors in Automotive
G
Pb-Acid
CONTINENTAL components VSS
S
Voltage
Stabilization System
M
Starter
Generator
+
DLC DC
+
DC
Support of the Powernet during cold start and restart Voltage stabilization during cold start and restart Increase of the cranking reliability Enables the usage of 12 V Starter Generators
All temperature operation
Enhance safety
12
Supercapacitor Load Sharing Benefit
Ultracapacitors Deliver Most of Cranking Current
UC’s peak-shaving of battery load is demonstrated in actual vehicle engine cranks
AUTOMOTIVE Regenerative Braking / Energy Recovery Start / Stop Power Assist Hybrid Electric Vehicles Short-Term Back Up Power for Safety and
Premium Features Peak Power Assist for High Power Functions
Electric Bus
6
UltracapacitorsBSoost and Back Up Power
7
Ultracapacitors in Grid Segments
WAYSIDE RAIL
• Energy efficiency brake energy recovery
11
Ultracapacitors + Batteries = Better Performance
MAXWELL ULTRACAPACITOR
Lead Acid Lithium Ion
Extend operational life of batteries
Increase performance and efficiency