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。
超级电容器简介课件
用。
政策支持与产业发展建议
政策引导与资金支持 建立产业联盟 加强国际合作与交流
超级电容器与其他储能技术 的比较
与电池的比较
充放电速度
。
循环寿命
能量密度 成本
与超级电感的比较
储能原理
超级电容器通过双电层储能， 而超级电感通过磁场储能。
响应速度
超级电容器简介课件
目录
• 超级电容器的性能特点 • 超级电容器的制造工艺与材料 • 超级电容器市场现状与趋势 • 超级电容器的发展前景与挑战 • 超级电容器与其他储能技术的比较
超级电容器概述
定义与工作原理
定义 工作原理
超级电容器的主要类型
根据电解质类型
根据储能原理
可分为水系超级电容器和有机系超级 电容器。
超级电容器的发展前景与挑 战
技术创新与突破方向
材料创新
结构设计 集成化技术
市场拓展与合作机会
电动汽车领域
与电动汽车制造商合作，开发高 性能的超级电容器，提升电动汽
车的续航里程和加速性能。
智能电网领域
与电网公司合作，研发用于智能 电网的储能超级电容器，提高电 网的稳定性和可再生能源的接入
能力。
工业应用领域
主要应用领域市场现状与趋势
总结词
详细描述
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。
超级电容器工作原理
超级电容器工作原理超级电容器是一种储能元件，具有高能量密度、高功率密度、长循环寿命等优点。
它在许多领域都有着重要的应用，比如电动车、电子设备等。
那末，超级电容器是如何工作的呢？下面我们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 电荷分布：超级电容器由两块带电极的导体板和介质组成。
当电容器充电时，正极板上的电子会被吸引到负极板上，形成正负电荷分布。
1.2 电场形成：正负电荷之间形成电场，这个电场会储存能量，使得电容器具有储能功能。
1.3 电容量：电容器的电容量取决于电极之间的距离、介质的介电常数等因素。
二、超级电容器与普通电容器的区别2.1 电介质：超级电容器的电介质通常是活性炭或者氧化铝等高表面积材料，具有更高的比表面积和更好的电导率。
2.2 极板材料：超级电容器的极板材料通常是活性炭或者导电聚合物，具有更好的导电性和化学稳定性。
2.3 极板结构：超级电容器的极板结构设计更为复杂，可以实现更高的电容量和更低的内阻。
三、超级电容器的工作原理3.1 双层电容效应：超级电容器利用双层电容效应储存能量，即电荷在电极表面形成两层电荷层，实现高能量密度的储能。
3.2 离子迁移：在充放电过程中，离子在电解质中迁移，形成电荷分布，实现能量的储存和释放。
3.3 电荷传输：电荷在电极和电解质之间传输，实现能量的转换和储存。
四、超级电容器的应用4.1 电动车：超级电容器可以作为电动车的辅助储能装置，提供瞬时大功率输出，减轻电池负荷，延长电池寿命。
4.2 可再生能源：超级电容器可以与太阳能、风能等可再生能源结合使用，平衡能源供需，提高能源利用效率。
4.3 电子设备：超级电容器可以用于电子设备的快速充放电，提高设备的性能和响应速度。
五、超级电容器的发展趋势5.1 提高能量密度：超级电容器的能量密度仍然相对较低，未来的发展方向是提高能量密度，实现更高的储能效率。
5.2 降低成本：超级电容器的成本相对较高，未来的发展方向是降低成本，推动其在更广泛领域的应用。
超级电容器综述
超级电容器综述超级电容器(supercapacitor,ultracapacitor),又叫双电层电容器(Electrical Double-Layer Capacitor)、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。
超级电容器是建立在德国物理学家亥姆霍兹提出的界面双电层理论基础上的一种全新的电容器。
众所周知,插入电解质溶液中的金属电极表面与液面两侧会出现符号相反的过剩电荷,从而使相间产生电位差。
那么,如果在电解液中同时插入两个电极,并在其间施加一个小于电解质溶液分解电压的电压,这时电解液中的正、负离子在电场的作用下会迅速向两极运动,并分别在两上电极的表面形成紧密的电荷层,即双电层,它所形成的双电层和传统电容器中的电介质在电场作用下产生的极化电荷相似,从而产生电容效应,紧密的双电层近似于平板电容器,但是,由于紧密的电荷层间距比普通电容器电荷层间的距离更小得多,因而具有比普通电容器更大的容量。
双电层电容器与铝电解电容器相比内阻较大,因此,可在无负载电阻情况下直接充电,如果出现过电压充电的情况,双电层电容器将会开路而不致损坏器件,这一特点与铝电解电容器的过电压击穿不同。
同时,双电层电容器与可充电电池相比,可进行不限流充电,且充电次数可达10^6次以上,因此双电层电容不但具有电容的特性,同时也具有电池特性,是一种介于电池和电容之间的新型特殊元器件。
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。
超级电容器工作原理
超级电容器工作原理超级电容器，也被称为超级电容或者超级电容器电池，是一种能够快速存储和释放大量电能的电子设备。
它采用了一种不同于传统电池的工作原理，使其具有高电容量、高能量密度和长寿命等优点。
本文将详细介绍超级电容器的工作原理及其相关技术。
1. 引言超级电容器是一种储存电能的设备，它主要由两个电极和介质组成。
与传统电容器不同的是，超级电容器的电极材料采用活性炭、金属氧化物等高表面积材料，以增加其电容量。
超级电容器以其高电容量和高功率密度的特点，被广泛应用于电动车辆、储能系统、风力发电站等领域。
2. 超级电容器的工作原理超级电容器的工作原理基于电荷的分离和储存。
当超级电容器处于放电状态时，正极电极上的正离子会向负极电极挪移，负离子则相反。
这个过程是通过电解质中的离子在电场作用下进行的。
当电荷在电极表面积增加时，电容量也会相应增加。
3. 超级电容器的构造超级电容器的构造通常包括电极、电解质和隔膜。
电极是超级电容器的核心部件，它由活性炭或者金属氧化物等高表面积材料制成。
电解质是指填充在电极之间的介质，它能够传导离子并分离正负电荷。
隔膜则用于隔离正负电极，防止直接接触。
4. 超级电容器的充放电过程超级电容器的充放电过程是通过控制电压和电流来实现的。
当超级电容器处于充电状态时，外部电源会提供电流，使正极电极上的离子向负极电极挪移，同时负离子也相反。
这个过程中，电极表面积的增加导致电容量的增加。
当超级电容器处于放电状态时，电极上的离子会回到原来的位置，释放储存的电能。
5. 超级电容器的性能参数超级电容器的性能参数包括电容量、电压范围、内阻和能量密度等。
电容量是指超级电容器可以存储的电荷量，通常以法拉（F）为单位。
电压范围是指超级电容器可以承受的最大电压。
内阻是指超级电容器内部电阻，影响其充放电效率。
能量密度是指单位体积或者质量的超级电容器可以存储的能量。
6. 超级电容器的应用超级电容器由于其特殊的性能优势，被广泛应用于各个领域。
超级电容器原理及电特性
超级电容器原理及电特性超级电容器（Supercapacitor）是一种高能量密度和高功率密度的电子储存设备，也被称为超级电容器或电化学电容器。
它是一种介于传统电容器和化学电池之间的电子器件，具有高容量和高电流输出的特性，在能量存储和释放方面相比传统的电池具有很大的优势。
超级电容器的原理是基于电荷在电解质中的吸附原理，它由两个带有相互交替排列的互连电极和电解质组成。
电极通常由活性材料制成，如活性炭、过渡金属氧化物、活性金属等。
电容器的两个电极中，一个电极带正电，一个带负电，当电解质通过电极时，正极会吸引负电荷，而负极则会吸引正电荷，从而形成了一个电荷分离的状态，储存着电能。
超级电容器与传统电容器的最大区别在于其电解质的性质。
超级电容器使用的电解质是有机盐溶液或聚合物溶液，相比之下，传统电容器使用的是固体或液体介质。
由于电解质的存在，超级电容器具有较高的离子导电性，使其能够在短时间内获得较大的充电和放电电流，从而实现高功率输出。
超级电容器的电特性主要包括容量、电压和内电阻。
容量是用来衡量超级电容器储存电能的大小，单位通常是法拉（F）。
对比传统电容器，超级电容器的容量通常要大得多，可以达到几千法拉甚至更高。
电压是电容器的工作电压范围，超级电容器的电压一般在1.2-2.7伏之间。
内电阻是超级电容器放电时的阻抗，也称为超级电容器的等效串联电阻。
内电阻较低则能够提供更大的电流输出。
超级电容器具有很多优点。
首先，它具有很高的循环寿命和快速充放电特性。
传统电池在充放电过程中会有能量损失，导致其循环寿命较短，而超级电容器可以进行数万次的充放电循环而不损失能量。
其次，超级电容器具有很高的功率密度，能够在短时间内释放出大量电能，因此在需要高功率输出的场合具有很大的优势。
此外，超级电容器具有良好的可靠性和环保性，不含重金属等有害物质，对环境友好。
然而，超级电容器的能量密度还不如传统电池高。
虽然超级电容器的容量较大，但其能量存储量仍然不及化学电池，这限制了其在一些应用中的使用。
超级电容器技术及应用
VS
聚合物电解质材料的制备方法包括溶 胶凝胶法、聚合物共混法等，其性能 与应用领域与制备方法和条件密切相 关。聚合物电解质材料的电导率较高， 但能量密度较低，循环寿命也有待提 高。
03
超级电容器的应用领域
电动汽车与混合动力汽车
电动汽车与混合动力汽车是超级电容 器的重要应用领域之一。超级电容器 可以提供高功率能量，用于加速和爬 坡等需求，同时还能回收制动能量， 提高能源利用效率。
ABCD
加强安全检测
在生产和使用过程中加强安全检测，及时发现并 处理安全隐患。
提高可靠性
通过提高超级电容器的可靠性和稳定性，降低因 元器件失效导致的安全事故。
06
案例分析：某电动汽车公司采用 超级电容器的实践经验
技术选型与方案设计
技术选型
该电动汽车公司根据自身需求，选择了具有 高能量密度、快速充放电、长寿命等优点的 超级电容器，以满足电动汽车的储能和动力 需求。
02
超级电容器的技术原理
双电层电容器技术
双电层电容器技术是超级电容器中的一种，其工作原理是利 用电极和电解质之间形成的双电层来存储电能。在充电过程 中，正电荷和负电荷分别在电极和电解质表面积累，形成双 电层，从而产生电场和电压。
双电层电容器具有高功率密度、快速充放电、长寿命等优点 ，因此在混合动力汽车、电动车、电网储能等领域有广泛应 用。
相比传统电池，超级电容器具有更高 的充放电速度和更长的循环寿命，能 够更好地满足电动汽车和混合动力汽 车的运行需求。
风力发电与太阳能发电系统
风力发电和太阳能发电系统中，超级电容器可以用于储存和释放能量，以稳定电力输出。在风力发电系统中，超级电容器可 以吸收多余的能量，并在电力需求高峰时释放，提高电力系统的稳定性。
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二、超级电容的工作原理
1、充电过程 超级电容充电过程如图3-4-3所示。 充电时，电子通过外加电源从正极流向负极 ，同时，正负离子在固体电极上电荷引力的作用 下从溶液体相中分离并分别移动聚集到两个固体 电极的表面，形成双电层；充电结束后，电极上 的正负电荷与溶液中的相反电荷离子相吸引而使 双电层稳定，在正负极间产生相对稳定的电位差 。
图3-3-1 氢燃料电池的组成与原理
二、超级电容器结构
超级电容电池是由电极、集电板、隔膜及电解液组成，如图3-4-2所示。电极材料与集电板之间 要紧密相连，以减小接触电阻；隔膜应满足具有尽可能高的离子电导和尽可能低的电子电导的条件， 一般为纤维结构的电子绝缘材料。电解液的类型根据电极材料的性质进行选择。
三、超级电容特点
超级电容器除了上述有点外，自身还存以下缺点： （1）低能量密度。目前超级电容器可储存的能量比化学电源少得多。 （2）低电压。超级电容单体电压低，需要多个电容串联才能提升整体电压。 （3）高自放电。它的自放电速率比化学电源要高。 （4）线性放电。超级电容器线性放电的特性使它无法完全放电。
图3-4-4 超级电容的放电过程
三、超级电容特点
超级电容器具有以下优点： （1）高功率密度。超级电容器的内阻小，输出功率密度高，是一般蓄电池的数十倍。 （2）充电速度快。可以用大电流给起级电容器充电，充电10S～10min可达到其额定容量的 95%以上。 （3）工作温度范围宽。超级电容器能在-40℃～60℃的环境温度中正常工作。 （4）循环办命长。超级电容器具有至少十万次以上的充电寿命，没有“记忆效应”。 （5）简单方便。超级电容器充放电线路简单，无需充电电池那样的充电电路，安全系数高，长 期使用免维护；检测方便，剩余电量可直接读出。 （6）绿色环保。超级电容器在生产过程中不使用重金属和其他有害化学物质，因而在生产、使 用、储存及拆解过程中均没有污染，是一种新型的绿色环保电源。
新能源汽车技术
——冷却系统
——超级电容
2课时
提出任务
作为一名汽车专业的学生，你知道新能源汽车超级电容是什 么，它是怎么工作的吗？
超级电容
超级电容类型及结构原理 超级电容的特点及应用
本节 重点
（1）了解超级电容的类型与结构； （2）知道超级电容的工作原理与特点； （3）了解超级电容在汽车上的应用。
四、超级电容的应用
目前超级电容器被广泛应用到新能源汽车中，用作起动、制动、爬坡时的辅助动力。汽车频繁 的起步、爬坡和制动造成其功率需求曲线变化很大，在城市路况下更是如此。一辆高性能的电动汽 车的峰值功率与平均功率之比可达16 : 1，但是这些峰值功率的特点是持续时间一般都比较短，需 要的能量并不高。对于纯电动、燃料电池和串联混合动力汽车而言，这就意味着要么汽车动力性不 足，要么电压总线上要经常承受大的尖峰电流，这无疑会大大损害电池、燃料电池或其他辅助动力 装置的寿命。如果使用比功率较大的超级电容器，当瞬时功率需求较大时，由超级电容器提供尖峰 功率，并且在制动回馈时吸收尖峰功率，那么就可以减轻对电池、燃料电池或其他辅助动力装置的 压力，从而可以大大增加起步、加速时系统的功率输出，而且可以高效地回收大功率的制动能量， 这样做还可以提高电池的使用寿命，改善其放电性能。
超级电容
超级电容器是介于蓄电池和传统静电电容器之间的一种新型储能装置ห้องสมุดไป่ตู้它是一种具有超级储电能 力、可提供强大脉冲功率的物理二次电源。超级电容器主要利用电极/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。
一、超级电容器的类型
超级电容器的类型如图3-4-1所示
本章 小节
1、超级电容的类型与结构； 2、超级电容的工作原理与特点； 3、超级电容在汽车上的应用。
1、超级电容器的工作原理？ 2、超级电容器的结构组成？ 3、超级电容器在汽车上的应用？
课后作业
图3-4-3 超级电容的充电过程
二、超级电容的工作原理
2、放电过程 超级电容放电过程如图3-4-4所示。 在放电时，电子通过负载从负极流到正极， 在外电路中产生电流，正负离子从电极表面被释 放进入溶液体相呈电中性。这种储能原理允许大 电流快速充放电，其容量大小随所选电极材料的 有效比表面积的增大而增大。双电层的厚度取决 于电解液的浓度和离子大小。