《超级电容器》PPT课件

Nominal Voltage (V)
Dimensions (mm)
Product Family
4.5V
20.0 x 15.0 28.5 x 17.0 39.0 x 17.0
GZ 2 GW 2 GS 2
DC capacitance 2 (mF ± 20%) 4
75 140 - 550 250 - 1200
ESHSP-1700C0-002R7
ESHSP-3500C0-002R7
ESHSP-5000C0-002R7
2.7
2.7
Large Cylindrical
Weldable
2.7
2.7
2.7
2.7
2.7
Large
Cylindrical
2.7
Threaded
2.7
2.7
650 1200 1600 2000 3000 650 1200 1600 2000 3000
<0.50 60.2 51.5 <0.40 60.2 74 <0.34 60.2 85 <0.28 60.2 102 <0.22 60.2 138 <0.50 60.2 52.5 <0.40 60.2 75 <0.34 60.2 86 <0.28 60.2 103 <0.22 60.2 139
164
205
228
280
259
335
307
390
410
530
223
210
288
285
319
340
367
395
470
535
ESHSR-0650C0-002R7A5 ESHSR-1200C0-002R7A5 ESHSR-1600C0-002R7A5 ESHSR-2000C0-002R7A5 ESHSR-3000C0-002R7A5 ESHSR-0650C0-002R7A5T ESHSR-1200C0-002R7A5T ESHSR-1600C0-002R7A5T ESHSR-2000C0-002R7A5T ESHSR-3000C0-002R7A5T
超级电容器在其额定电压范围内可以被充电至任意电位，且可以 完全放出。而电池则受自身化学反应限制工作在较窄的电压范 围，如果过放可能造成永久性破坏。
超级电容器的荷电状态（SOC）与电压构成简单的函数，而电池的 荷电状态则包括多样复杂的换算。
超级电容器与其体积相当的传统电容器相比可以存储更多的能 量，电池与其体积相当的超级电容器相比可以存储更多的能量。 在一些功率决定能量存储器件尺寸的应用中，超级电容器是一种 更好的途径。
超级电容器研究
超级电容器的主要特性 超级电容器优势 超级电容器分类 超级电容器发展现状 超级电容器测试 超级电容器性能相关因素 超级电容器应用领域
超级电容器的主要特性
额定容量： 单位：法拉（F），测试条件：规定的恒定电流充电到额定电压后保持23分钟，在规定的恒定电流放电条件下放电到端电压为零所需的时间与电 流的乘积再除以额定电压值，即：
寿命：
在25℃环境温度下的寿命通常在90 000小时，在60℃ 的环境温度下为4 000小时，与铝电解电容器的温度寿 命关系相似。寿命随环境温度缩短的原因是电解液的 蒸发损失随温度上升。寿命终了的标准为：电容量低 于额定容量20%，ESR增大到额定值的1.5倍。
循环寿命：
20秒充电到额定电压，恒压充电10秒，10秒放电到额 定电压的一半，间歇时间：10秒为一个循环。一般可 达500000次。寿命终了的标准为：电容量低于额定容 量20%，ESR增大到额定值的1.5倍。
赝电容型超级电容器：
包括金属氧化物电极材料与聚合物电极材料，金属氧化物包 括NiOx、MnO2、V2O5等作为正极材料，活性炭作为负极材 料制备的超级电容器，导电聚合物材料包括PPY、PTH、 PAni、PAS、PFPT等经P型或N型或P/N型掺杂制取电极，以 此制备超级电容器。这一类型超级电容器具有非常高的能量 密度，目前除NiOx型外，其它类型多处于研究阶段，还没有 实现产业化生产。
由于等效串联电阻（ESR）比普通电容器大，因而充放电时ESR产生的电 压降不可忽略。
额定电压：
可以使用的最高安全端电压（如2.3V、2.5V、2.7V以及不久将来 的3V），除此之外还有承受浪涌电压电压（可以短时承受的端电 压，通常为额定电压的105%），实际上超级电容器的击穿电压远 高于额定电压（约为额定电压的1.5-3倍左右，与普通电容器的额 定电压/击穿电压比值差不多。
超级电容器体积在逐年减小，120F/2.7V已做到直径20毫米高40 毫米，3F/2.7V直径8毫米高20毫米。ESR在小容量中接近0.3Ω.F， 大容量接近0.45Ω.F，0.5Ω.F。
能量密度和功率密度分别达到5.82Wh/kg、7.11Wh/l、 5.24Kw/kg、6.4kW/l。
循环寿命和寿命分别达到500 000次和90 000小时。
>105
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超级电容器分类
超级电容器的类型比较多，按不同方式可以分为 多种产品，以下作简单介绍。
按原理分为双电层型超级电容器和赝电容型超级 电容器：
双电层型超级电容器，包括
1.活性碳电极材料，采用了高比表面积的活性炭材料经过成型制备电 极。 2.碳纤维电极材料，采用活性炭纤维成形材料，如布、毡等经过增 强，喷涂或熔融金属增强其导电性制备电极。 3.碳气凝胶电极材料，采用前驱材料制备凝胶，经过炭化活化得到电 极材料。 4.碳纳米管电极材料，碳纳米管具有极好的中孔性能和导电性，采 用高比表面积的碳纳米管材料，可以制得非常优良的超级电容器电 极。
超级电容器可以反复传输能量脉冲而无任何不利影响，相反如果 电池反复传输高功率脉冲其寿命大打折扣。
超级电容器可以快速充电而电池快速充电则会受到损害。 超级电容器可以反复循环数十万次，而电池寿命仅几百个循环。
超级电容器和蓄电池性能比较
条件
蓄电池
超级电容器
电化学位变化
由活性物质的热力学性质决定
随活性物质的变化而变化
2.3V
额定电流：
5秒内放电到额定电压一半的电流，除此之外还有最大电流（脉冲 峰值电流）
最大存储能量：
在额定电压是放电到零所释放的能量，以焦耳（J）或瓦时 （Wh）为单位
能量密度： 最大存储能量除以超级电容器的重量或体积（Wh/kg或Wh/l）
功率密度： 在匹配的负载下，超级电容器产生电/热效应各半时的放电功率， 用kW/kg或kW/l表示。
国外
Maxwell
NESSCAP
Size Small
Rated Voltage (V, DC)
2.3
2.3 2.3 2.3 2.3 2.7 2.7 2.7 2.7 2.7 2.7
Rated Capacitance
(F)
5
7 10 25 60 3 5 6 10 25 50
MAX ESR (mΩ)
7.6
10.2
13.5
1.0
1.5
1.6
2.3
1.5
2.3
1.5
3.2
1.0
6.5
1.5
11.3
Part Number
ESLSR-0005C0-002R3 ESLLR-0007C0-002R3 ESLSR-0010C0-002R3 ESLSR-0025C0-002R3 ESLSR-0060C0-002R3 ESHSR-0003C0-002R7 ESHSR-0005C0-002R7 ESHSR-0006C0-002R7 ESHSR-0010C0-002R7 ESHSR-0025C0-002R7 ESHSR-0050C0-002R7
按电解质类型可以分为水性电解质和有机电解质 类型：
水性电解质，包括以下几类
1.酸性电解质，多采用36％的H2SO4水溶液作为电解质。 2.碱性电解质，通常采用KOH、NaOH等强碱作为电解质，水作为溶 剂。 3.中性电解质，通常采用KCl、NaCl等盐作为电解质，水作为溶剂，多 用于氧化锰电极材料的电解液。
NEC
Max.
Part Number Rated voltage
HPSL0G223 ZL
HPSN0G473 ZL
(Vdc) 4.2 4.2
Norminal Capacitance
Max. ESR
(F)
(at 1kHz)
(mΩ)
0.022
300
0.047
200
L Max (mm)
34 42.5
W Max (mm)
有机电解质
通常采用LiClO4为典型代表的锂盐、TEABF4作为典型代表的季胺 盐等作为电解质，有机溶剂如PC、ACN、GBL、THL等有机溶剂作 为溶剂，电解质在溶剂中接近饱和溶解度
另外还可以分为：
1.液体电解质超级电容器，多数超级电容器电解质均为液态。 2.固体电解质超级电容器，随着锂离子电池固态电解液的发展，
工作与存储温度：
通常为-40℃-60℃或70℃，存储温度还可以高一些。
漏电流：
一般为10μA/F
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超级电容器优势
超级电容器和铝电解电容器相比，它内阻较大，因而不可以用于 交流电路。
超级电容器不同于电池，在某些应用领域，它可能优于电池。有 时将两者结合起来，将电容器的功率特性和电池的高能量存储结 合起来，不失为一种更好的途径。
14 17
T Max (mm)
2.3 2.3
Dimensions
Markings
Z (mm)
P (mm)
2.5
7.5 ± 0.5
3
10 ± 0.5
CAP-XX
G Series: General Purpose Supercapacitors
(operating temperature range: -40°C to +70°C) 1
以上电极材料可以制成：
1.平板型超级电容器，在扣式体系中多采用平板状和圆片状的电 极，另外也有Econd公司产品为典型代表的多层叠片串联组合 而成的高压超级电容器，可以达到300V以上的工作电压。
2.绕卷型溶剂电容器，采用电极材料涂覆在集流体上，经过绕 制得到，这类电容器通常具有更大的电容量和更高的功率密度
2.3 2.7 Medium 2.7 2.7
2.7
2.7 Large Prismatic
2.7
2.7
120 90 100 360 600
1700
3500
5000
<16 22 45
<6
22 45
<9
22 45
<3.2 35 62
17.1
23
17.1
21.5
17.1
21
60
67
<0.64
90
62 08
Dimension(mm)
Volume Weight
(ml)
(g)
AC
D源自文库
L WT
<123 10 20
1.6
2.4
<35
8
30
<70 10 30
<38 16 25
<23 18 40
<61
8
20
<29 10 20
<26
8
30
<26 10 30
<21 16 25
<14 18 40
1.5
2.2
2.4
3.6
5.0
应用于超级电容器的电解质也对凝胶电解质和PEO等固体电 解质进行研究
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超级电容器国外发展现状
超级电容器通常耐压为2.5-3V，也有耐压为1.6V的产品。 主要有美国、德国、日本、韩国、俄罗斯和中国等国家生
产。 比较知名的公司有：Maxwell、Epcos、Nesscap、ELNA、
NEC、松下等。我国有锦州超容等企业，从容量上看有机 系的国外达到2.7V/5 000F，国内的锦州超容接近这一水 平。
151
210
<0.50
165
62 08
277
385
<0.28
165
65 02
515
685
<0.25
165
67 02
713
930
ESLSR-0120C0-002R3 ESHLR-0090C0-002R7 ESHSR-0100C0-002R7 ESHSR-0360C0-002R7A ESHSP-0600C0-002R7
充放电电极电位变化
如果不发生非热力学过程或物相 变化电极电位保持不变
电极电位随充电状态而发生 变化
电量储存方式 恒电位变化时
非电容性 得不到恒流曲线
电容性 可得恒流曲线呈线性变化
恒流放电时电位变化
基本不变
呈线形变化
比能量 比功率 充放电次数
20-200Wh/kg <500 W/kg <104
0.2-20 Wh/kg 102 -104 W/kg
等效串联电阻：
测试条件：规定的恒定电流（如1 000F以上的超级电 容器规定的充电电流为100A，200F以下的为3A）和规 定的频率（DC和大容量的100Hz或小容量的KHz）下的 等效串联电阻。通常交流ESR比直流ESR小，随温度上 升而减小。
超级电容器等效串联电阻较大的原因是：为充分增加 电极面积，电极为多孔化活性炭，由于多孔化活性炭 电阻率明显大于金属，从而使超级电容器的ESR较其它 电容器的大。