超级电容器MicrosoftWord文档
超级电容器的研究
3、表面官能团
主要通过两种途径： 1）改变表面的润湿性能 2）官能团自身发生可逆的氧化还原反应 从制备高容量、耐高压、稳定性好的电容器角度 出发 , 要求活性炭材料表面的官能团有一个合适 的比例。
4、微晶结构
对超级电容器来说,中孔比例大一些比较好 中孔碳材料的方法主要有三种: 1）催化活化法 2）混合聚合物炭化法 3）模板炭化法
3、发展趋势：
• 提高性能、降低成本是超级电容器发展的主旋律。 • 从超级电容器的发展历史来看，电容器虽然能够 提供高功率，但电容器不能像电池一样提供高的 重量能量比，期望将来超级电容器能够代替电池 作为储能元件，兼具高能量和高功率的性能。 • 超级电容器是绿色环保、能源开发的重要方向之 一，它的研发必将带动整个电子产业及相关行业 的发展，目前国内超级电容器的开发生产刚刚起 步，具有广阔的发展空间。
双电层原理示意图
2. 性能特点
—介于电池和物理电容器之间
性 能 铅酸电池 1-5小时 超级电容器 0.3-若干秒 普通电容器 10-3—10-6秒
充电时间
放电时间
比能Wh/kg 循环寿命 比功率W/kg 充放电效率
0.3-3小时
30- 40 300 < 300 0.7-0.85
0.3-若干秒
1- 20 >10000 >1000 0.85-0.98
2) 赝电容型超级电容器
(1) 金属氧化物材料 • 贵金属氧化物材料 —RuO2：无定型RuO2拥有更高 的电导率，更高的比电容，更高的电化学可逆性。 • 替代RuO2的廉价金属氧化物材料—MnO2和NiO。
(2) 导电聚合物材料 聚苯胺(PANI)、聚吡 (PPy)和聚噻吩(PTh) 他们的一些相关衍生 物。 优点： 价格低廉、对环境友 好、高导电率、高度 可逆以及活性可控。
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。
新型柔性超级电容器设计及其优化
新型柔性超级电容器设计及其优化 随着科技的不断进步，我们正处于一个电能储存需求量极大的时代。在日常生活中，我们使用的电子设备越来越多，而对于这些设备来说，它们的电池寿命和充电速度是两个非常重要的指标。因此，研究一种新型的电容器已经成为当今科技领域的一个热点。在所有电容器中，超级电容器因为它的高电容量、长寿命和高能量密度特性被广泛关注。本文将讨论一种新型柔性超级电容器的设计及其优化。
1. 超级电容器概述 超级电容器（Supercapacitor）又称电化学电容器，它是一种能够将电能通过化学方式储存的设备，相比传统的电化学电池，它的寿命更长，而且以秒级别的短时间内即可充满电，从而具有快速充电和放电的特点。与普通电容器不同的是，超级电容器利用的是电化学原理，其外形类似于插座电容器，内部含有两种不同的电极材料，以及介质电解质。
2. 柔性超级电容器的意义 在过去的几年中，研究人员们已经研制出了许多柔性电子设备，这些设备不仅能够适应各种不同的形状，而且可以像纸一样折叠和弯曲。这些设备包括柔性电子纸、智能手表、可穿戴设备等等。柔性电子设备的崛起为研究柔性超级电容器提供了契机。相比于传统的电容器，柔性超级电容器拥有更好的柔性和可塑性，可以适应各种不同的形态。同时，柔性超级电容器也可以在储能系统中发挥更好的效果，例如在电动汽车以及新能源领域中的应用。
3. 新型柔性超级电容器的设计 最新的研究表明，新型柔性超级电容器的设计采用了光敏化表面的新技术。这种技术可以使柔性超级电容器表面具有类似于叶绿素的光敏化染料，通过吸收光能使电极的表面压缩并具有形变的性质。这种新型柔性超级电容器的设计具有高度的可塑性和极低的内阻，同时还可以实现高效的能量转换，具有优秀的电储能和电传输的性能。
4. 优化柔性超级电容器的性能 为了优化柔性超级电容器的性能，研究人员们采用了多种不同的方法。一种常用的优化方法是改变电极材料的组合，或者调节负载电压和频率以达到更好的电容性能。此外，科学家们通过选择不同的电极材料，以及优化电解质的组成，可以在保证其准静态使用特性的同时，大大提高电容量和循环寿命。最近，一种新型的薄膜超级电容器也被研究出来，它利用纳米电印制造而成，在提高电容量的同时，还大幅减小了体积和重量。
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。
超级电容器详细介绍(有机系超级电容器)
制造工艺
深圳好电科技有限公司
制造设备
深圳好电科技有限公司
二、市场主要应用
应用方式
瞬间大电流放电：如USB产品要用0.5A以上电流, 闪光灯, 电动工具. 快速充电：如警卫手电筒, 玩具,电动工具 大电流能量快速回收：如独力太阳能发电, 节能电梯, 环保汽车 使用频繁、充放次数多： 如应急灯 免维护、无需更换：如太阳能道钉灯、地埋灯. 智能水,电,气表 零下40度正常工作：如汽车/电动车泠起动 轻质移动电源：如遥控飞机 非常安全可靠、永远不会爆炸的储能产品
深圳好电科技有限公司
法是内装锂电池。锂电池使用到一定时间后，不得不更换。需要上门为用户更换电池或水表，这对于水表生 产厂家和自来水公司来说都是一件繁琐的事。另外，电池电量不足的情况出现是随机的，如果不精确和及时 的监测电池电量，将无法可靠的关断水阀，造成无法计费、逃水现象等情况出现。这是内部安装了锂电池的 智能水表的致命缺点，直接影响到它的推广和使用。 用超级电容代替锂电池可以解决这个问题。超级电容 是一种无源器件，具有电容的大电流快速充放电特性，同时也有电池的储能特性，并且重复使用寿命长，放 电时利用移动导体间的电子（而不依靠化学反应）释放电流，从而为设备提供电源。
深圳好电科技有限公司
•税控收款机都具有断电保护功能，即当出现突然断电时，仍能将数据存储，并能进行短时间IC读写卡的操作过 程，这时需要有后备电源作保护。 •后备电源有两种解决方案：超级电容器和电池。超级电容器与电池相比具有放电电流大，循环寿命长、绿色环 保等特点。 •使用超级电容器增强了税控收款机的可靠性，免除了电池需要每隔2-3年维护更换一次的工作。在断电时，由超 容为控制电路提供能量，CPU可在短时间执行数据存储过程，读写完成后，电容器再提供瞬间脉冲电流（几A）， 将IC卡弹出。
超级电容器基本概念课件
电极材料
01
02
03
活性炭
具有高比表面积、良好的 电导性和化学稳定性，常 用作电极材料。
碳纳米管
具有优良的电学性能和机 械性能，可以提高电极的 电容量和稳定性。
金属氧化物
如MnO2、NiO等，具有 较高的电化学活性，可以 提供较大的能量存储。
电解质
固态电解质
具有较高的离子电导率， 可以提供快速的电荷传输 。
能量密度
提高超级电容器的能量密度，以满足更广泛的能 源存储需求。
标准化和可靠性
建立统一的行业标准和测试方法，确保产品的可 靠性和一致性。
06
案例分析
案例一：某品牌超级电容器的性能分析
总结词
该案例对某品牌的超级电容器进行了性能分析，包括其储能密度、充放电速度、循环寿命等关键指标 。
详细描述
该品牌超级电容器具有较高的储能密度，能够提供快速充电和放电的能力，同时具有较长的循环寿命 ，能够满足各种应用场景的需求。
集流体
金属集流体
如铝、铜等，具有良好的导电性能和 机械性能，可以提供电流输出。
非金属集流体
如碳布、石墨烯等，具有良好的导电 性能和机械性能，可以提高电极的稳 定性。
03
超级电容器的性能指标
电化学性能
充放电性能
描述超级电容器在特定时间内 充电和放电的能力。
能量密度与功率密度
衡量超级电容器储能和放电能 力的指标。
02
它利用了电极与电解质界面上形 成的双电层来储存电荷，这种双 电层具有非常大的表面积，可以 提供大量的电荷储存空间。
超级电容器的特点
高功率密度
超级电容器具有非常高的功率密 度，可以在短时间内释放出大量 的电能，非常适合用于需要快速
超级电容器综述
级电容器综述电子技术查新训练文献综述报告题目超级电容器技术综述学号3130434055班级微电132学生赵思哲指导教师杨莺2014 年超级电容器技术综述摘要：近年来，随着经济的迅猛发展，人们在实际应用中对储能装置各项技术指标的需求不断提高，而当前电池的标准设计能力已经逐渐无法满足人们的要求，超级电容器应运而生。
超级电容器是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。
作为一种新的储能元件,它填补了传统电容器和电池之间的空白,能提供比普通电容器更高的能量和比二次电池更高的功率以及更长的循环寿命,同时还具有比二次电池耐温和免维护的优点。
本文主要针对超级电容器的储能机理、超级电容器电极材料、超级电容器的发展动态以及未来应用的展望进行了简单的论述。
关键词：超级电容器；储能机理；活性炭；发展现状；应用展望。
A Review of the technology of super capacitor Abstract：In recent years，With the rapid development of economy，People advance the need that can equip each technique index sign to continuously raise at practical application。
But the standard design ability of the current battery have already canned not satisfy people's request gradually，The super capacitor emerges with the tide of the times。
The super capacitor is a kind of new energy storing device, it has many characteristics such as short refresh time, long service life, good temperature characteristic, energy conservation,Environment protecting.As a new kind energy storage element, it filled up traditional capacitor and the blank of battery.It can provide energy than the common capacitor higher and the power than secondary battery higher and the longer circulating life.Meanwhile it has the advantage ofrating of temperature and no maintenance than secondary battery.The text mainly aims at the keeping of super capacitor development dynamic state of ability mechanism, super capacitor electrode material, super capacitor and in the future apply of the outlook carried on simple treatise.Key Words：super capacitor; The energy storage mechanism; active carbon; development trend; Application trend .引言近几年出现的超级电容器，它兼有物理电容和电池的特性，是人们未来探索的确定方向。
(整理)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。
力神超级电容器力神超级电容器
超级电容器介绍力神超级电容器超级电容器(Supercapacitor)是由两个浸在电解液的电极和阻止电荷在两极移动的隔膜组成。
超级电容器(Supercapacitor)储存能量是基于相对的两个双电层电极表面的静电荷，电荷形成于电极和电解液之间。
当充电时，在电场作用下电解液中随机分布的离子向相对极性的电极表面移动这是个纯粹的物理现象而不是通过个化的离子向相对极性的电极表面移动。
这是一个纯粹的物理现象而不是通过一个化学反应，并且也是高可逆的过程，从而获得高功率，高循环寿命，长的搁置寿命以及免维护的特性。
特点力神超级电容器额定电压：至2.8 V高输出（与电池比）高效率（与电容器比）环保型无维修费用宽温度范围(-40 °C ~ 60 °C)低内阻各元件的均衡及过电压保护装置容易构建高电压用模式有效率的散热设计力神超级电容器超级电容器的优势力神超级电容器产品比较与可充电电池相比，超级电容器作为能量储存器件具有不同的充放电特性。
在与充电电池相比超级电容作为能量储存件具有不的充放电特性充放电时，电池具有电压平台，而超级电容器只显示电压的线性关系。
电压的线性关系可以通过DC/DC转换而变成恒电压平台。
通过测量的电压很容易计算超级电容器的存储能量超级电容器的存储能量。
超级电容器的法拉单位与电池的安时单位经常会让使用者困惑。
使用下列公式很容易计算存贮在超级电容器中的总能量。
使用下列公式很容易计算存贮在超级电容器中的总能量能量（焦耳）= 1/2 X 容量（法拉第）X 电压（伏）这个公式可以将法拉第转化成电池常用的瓦时单位。
能量（瓦时）=能量（焦耳）/3600（秒）力神超级电容器主要作用如下：辅助峰值功率向应用产品提供峰值备用电源超级电容器的长期高功率，其它电源供给正常功率。
可减少发动机或电池电容器等其它能量来可靠性提供有关短期备用电源的完美解决方案源储存再生能量能量再生条件通常为高能量短替代电池常为高能量、短频率时间、500K寿命周期及适于再生能量储存的高电力特性在超级电容器UPS 或有关短期能量供给的远程控制装置等部分应用产品内，作为主能量储存装置使用力神超级电容器潜在市场：产业力神超级电容器潜在市场：消费品力神超级电容器潜在市场：运输力神超级电容器潜在市场：其他。
超级电容器
分离器 【图2】DLCAPTM 的结构
目录中记载的内容有可能未经提示而变更。贵司在购买、使用时请要求敝司提供规格书，并以此为基准去使用。
2
CAT. No. C1009F
ELECTRIC DOUBLE LAYER CAPACITOR
DKA系列 New!
DLCAPTM
● 提升模块设计自由度 ● 模块包小型化、省空间。 ● 不受温度范围影像的低阻抗特性。
4. 结构
日本贵弥功开发了圆筒型的 DLCAPTM。（图片1） 基本结构是卷绕铝箔上使得活性炭电极层形成的物质（图2）。 通过在电极中使用比表面积较大的活性炭，以及利用本公司的高密度电极制造技术，实现了兼顾高容量和低阻抗、胜于电池、电气特性优异 的电极。
端子
封口板 电极
AI外壳&套管
【图片1】DLCAPTM
Capacitance Typ. (rated) [F]
50
Nominal Case Size
φDternal Resistance
Typ. [mΩ]
Max. [mΩ]
11.0
13.2
Weight*1 [g]
18
Energy Storage*2 [Wh]
0.04
*1 参考值 *2 本品中记载的能源存储容量（Wh）是根据“电气及电子机器用双电层电容器的运输相关指南（JEITA）”计算得出。
EDLC
电介质
电极
电解液
电极
－
＋
－ ＋－＋
－－ ＋ ＋
－ －
＋
－
＋ ＋
电解液
【图1】EDLC的原理
电气双层
3. 特征
上述 EDLC，和二次电池不同，不发生化学反应，仅依靠活性炭表面的离子的物理性吸收来蓄积能量，因此，它具有以下特征。
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超级电容的容量比通常的电容器大得多。
由于其容量很大,对外表现和电池相同,因此也有称作“电容电池”。
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。
超级电容器原理电化学双层电容器(EDLC)因超级电容器被我们所熟知。
超级电容器利用静电极化电解溶液的方式储存能量。
虽然它是一个电化学器件,但它的能量储存机制却一点也不涉及化学反应。
这个机制是高度可逆的,它允许超级电容器充电放电达十万甚至数百万次。
超级电容器可以被视为在两个极板外加电压时被电解液隔开的两个互不相关的多孔板。
对正极板施加的电势吸引电解液中的负离子,而负面板电势吸引正离子。
这有效地创建了两个电荷储层,在正极板分离出一层,并在负极板分离出另外一层。
传统的电解电容器存储区域来自平面,导电材料薄板。
高电容是通过大量的材料折叠。
可能通过进一步增加其表面纹理,进一步增加它的表面积。
过去传统的电容器用介质分离电极,这些介质多数为:塑料,纸或薄膜陶瓷。
电介质越薄,在空间受限的区域越可以获得更多的区域。
可以实现对介质厚度的表面面积限制的定义。
超级电容器的面积来自一个多孔的碳基电极材料。
这种材料的多孔结构,允许其面积接近2000平方米每克,远远大于通过使用塑料或薄膜陶瓷。
超级电容器的充电距离取决于电解液中被吸引到电极的带电离子的大小。
这个距离(小于10埃)远远小于通过使用常规电介质材料的距离。
巨大的表面面积的组合和极小的充电距离使超级电容器相对传统的电容器具有极大的优越性。
超级电容器内部结构超级电容器结构上的具体细节依赖于对超级电容器的应用和使用。
由于制造商或特定的应用需求,这些材料可能略有不同。
所有超级电容器的共性是,他们都包含一个正极,一个负极,及这两个电极之间的隔膜,电解液填补由这两个电极和隔膜分离出来的两个的孔隙。
图1. 超级电容器结构超级电容器的部件从产品到产品可以有所不同。
这是由超级电容器包装的几何结构决定的。
对于棱形或正方形封装产品部件的摆放,内部结构是基于对内部部件的设置,即内部集电极是从每个电极的堆叠中挤出。
这些集电极焊盘将被焊接到终端,从而扩展电容器外的电流路径。
对于圆形或圆柱形封装的产品,电极切割成卷轴方式配置。
最后将电极箔焊接到终端,使外部的电容电流路径扩展。
Maxwell超级电容器结构图2. 超级电容器电极图3.电极——制胜的关键如上图2所示,为Maxwell超级电容的电极,这被认为是他们超级电容器技术的最关键部分。
这个电极是由铝,碳元素制成,其中树脂作为粘合剂,纸作为隔膜。
超级电容器的特点(1)充电速度快,充电10秒~10分钟可达到其额定容量的95%以上;(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,没有“记忆效应”;(3)大电流放电能力超强,能量转换效率高,过程损失小,大电流能量循环效率≥90%;(4)功率密度高,可达300W/KG~5000W/KG,相当于电池的5~10倍;(5)产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染,是理想的绿色环保电源;(6)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;(7)超低温特性好,温度范围宽-40℃~+70℃;(8)检测方便,剩余电量可直接读出;(9)容量范围通常0.1F--1000F 。
法拉(farad),简称“法”,符号是F1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/1V1库仑是1A电流在1s内输运的电量,即1C=1A?S。
1库仑=1安培?秒1法拉=1安培?秒/伏特超级电容在电动汽车上的探讨摘要:电动汽车的设计是未来汽车工业改造和发展的必经过程,故确定动力性系统的指标与控制方法是需要研究的问题。
本文介绍作为电动汽车唯一能源的超级电容的特点、存在的问题以及研发情况。
基于ADVISOR车辆仿真软件系统,进行了在典型的道路环境(驾驶工况)下的仿真研究。
关键词:电动汽车;超级电容;仿真;驾驶工况A simulation and model on Dynamic Performance of Electric Vehicle(School of Machinery and Automobile Engineering,HeFei University of Technology,HeFei 230009,China)Abstract: The design of the (EV) will be vital course of the improvement anddevelopment of a utomobile’s industry in the future. It is necessary to research the dynamic performance system and control method in the design of electric vehicle. This paper introduces the traitor、existing question and development starter of the super capacitor as only power. The simulation study of the pure electric vehicle is carried on under the typical road environment (driving cycles), and based on the automobile simulation software ADVISOR. The simulation resultillustrates the validity of the models of the power parts.Key Words: electrical vehicle super capacitor simulation performance随着科技的进步,近年来出现了一种新的元器件——超级电容。
这种新型的电子器件有着比蓄电池高10倍以上的功率密度和100倍以上的充放电速率。
利用超级电容可以迅速地吸收和释放制动再生能量。
汽车在行驶过程中有一部分能量因热量散发和制动而消耗掉,特别是在城市中行驶,经常遇到交通信号的提示,这样不仅造成能源浪费,而且增加环境污染。
如何把制动所消耗的能量回收到电池中是一个能量管理系统中的关键。
由于蓄电池充电是通过化学反应来完成的,所需时间较长,但制动时间较短,因而回收能量效果不佳。
超级电容是介于蓄电池和电容器之间的一种能量存储器,它具有优良的脉冲充放电性能和大容量储能性能。
1.超级电容器的机理与特点1)超级电容器的机理[1]:超级电容器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。
它是根据电化学双电平理论研制而成的,如图所示。
当向电极充电时,处于理想化电极状态的电极表面电荷将吸引周围电解质溶液中的异性离子,使这些离子附于电极表面形成双电荷层,构成双电层电容。
由于两电荷层的距离非常小(一般在0.5以下),加之采用特殊电极结构,使电极表面积成万倍地增加,从而产生极大的电容量,电容器的这种极化作用可以储存电能。
图1. 超级电容器工作机理超级电容器结构形式大致分为两种:一种是圆柱状电容器,即把基片卷绕起来装进圆形金属外壳内,这种电容器适用于低电压大电流充放电的情况;另一种是叠层式的,即将电极基片叠起来,组装在塑料或金属壳内,这种电容器用在高电压小电流充放电的情况下比较合适。
2)超级电容器的特点[2]:(Ⅰ)很高的功率密度:超级电容器的内阻很小,且在电极液界面和电极材料本体内均能够实现电荷的快速贮存和释放,因而它的输出功率密度高达数,是一般蓄电池的数十倍。
(Ⅱ)极长的充放电循环寿命:超级电容器在充放电过程中没有发生电化学反应,其循环寿命可达一万次以上。
当今蓄电池的充放电循环寿命只有数百次,只有超级电容器的几十分之几。
(Ⅲ)贮存寿命极长:超级电容器充电之后贮存过程中,虽然也有微小的漏电电流存在,但这种发生在电容器内部的离子或质子迁移运动乃是在电场的作用下产生的,并没有出现化学或电化学反应,没有产生新的物质。
而且,所用的电极材料在相应的电解液中也是稳定的,故理论上超级电容器的贮存寿命几乎可以认为是无限的。
(IV)高可靠性:超级电容器工作过程中没有运动部件,维护工作极少,因而超级电容器的可靠性是非常高的。
(V)比能量低:比能量低是目前超级电容器的显著缺陷,并在一定程度上限制了电动汽车的续驶里程超级电容器和电化学电容器、充电电池和燃料电池等电池的功率密度、能量密度之间关系的曲线比较,超级电容器功率密度较高。
(VI)非常短的充电时间:从目前已经做出的超级电容器充电试验结果来看,全充电时间只要10~12min;蓄电池在这么短的时间内是无法实现全充电的。
2.超级电容主要参数及充放电时间常数的确定1)超级电容主要参数[3](a)工作电压: 电容器能够连续长期保持的最大电压。
(b)电流: 对电容器进行充电后,为使电容器在某一电压处于稳定态而从外部施加的一个电流。
(c)时间常数: 如果一个超大容量电容器能够模拟为一个电容和一个电阻的简单串联组合,则该电容和电阻的乘积便为时间常数。
其单位为秒,相当于将电容器恒压充电至满充容量的63.2%时所需的时间。
(d)等效串联电阻: 当一个电容器被模拟为包括电感、电容、电阻的等效模拟电路时,其中的电阻部分即为等效串联电阻。
等效串联电阻可以利用交流阻抗技术或电流阶跃技术测试得到。
(e)放电容量: 电容器在放电过程中可以放出的全部容量,具体计算方法是将放电过程中一个瞬间的电压与电流的乘积对放电时间进行积分。
(f)理想存贮能量: 电容器存贮能量的理想值。
对于一个简单的电化学电容器,其理想存贮能量值可以通过来计算,其中为电容器的容量,为电容器的工作电压。
(g)平均放电功率: 平均放电电流和平均放电电压的乘积即为平均放电功率。
(h)最大输出功率: 当为电容器外接一个合适的负载时,其可以达到的最大输出功率,计算公式为,此处为电容器的初始电压,而为电容器的等效串联电阻。
(i)放电效率: 在一个特定的充放电循环中,电容器放出的能量占充入的能量的百分比。
2)超级电容充放电时间常数的确定超级电容作为一种高功率动力源,可大电流充放电,并且使用寿命比电池大的多,这使得其充放电效率对性能的发挥有着极其重要的影响。
超级电容器组的时间常数是决定超级电容器组充放电效率的重要因数。
超级电容器组的充放电时间的确定主要从如下一个方面考虑:超级电容器组的充放电效率假设电容组以恒定的电流充放电,经过时间后,电容器组电量从到,相应的电压由到,则电容器组存储释放的能量为:=此时超级电容器组内阻消耗的能量:为:==定义时间常数,(充电)或(放电),由得到充电效率和放电效率为:====1-(1-)根据以上可以知道,对于相同的,超级电容器组效率随充放电深度增大而减小,随充放电时间增大而增大。