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超級電容電池
閱讀�3043時間�2017-03-17 16:15:23

名片

    超級電容電池又叫黃金電容、法拉電容,它通過極化電解�(zhì)來儲�,屬于雙電層電容的一種。由于其儲能的過程并不發(fā)生化�(xué)反應(yīng),因此這種儲能過程是可逆的,正因為此超級電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬�。超級電容一般使用活性碳電極材料,具有吸附面積大,靜電儲存多的特�,在新能源汽車中有廣泛使用�

概念

    超級電容器電池又叫雙電層電容�(Electrical Double-Layer Capacitor)是一種新型儲能裝�,它具有充電時間短、使用壽命長、溫度特性好、節(jié)約能源和綠色�(huán)保等特點。超級電容器用途廣�。用作起重裝置的電力平衡電源,可提供超大電流的電力;用作車輛啟動電源,啟動效率和可靠性都比傳�(tǒng)的蓄電池�,可以全部或部分替代傳統(tǒng)的蓄電池;用作車輛的牽引能源可以生產(chǎn)電動汽車、替代傳�(tǒng)的內(nèi)燃機、改造現(xiàn)有的無軌電車;用在軍事上可保證坦克車、裝甲車等戰(zhàn)車的順利啟動(尤其是在寒冷的冬季�、作為激光武器的脈沖能源。此外還可用于其他機電設(shè)備的儲能能源
    超級電容器由于石油資源日趨短�,并且燃燒石油的�(nèi)燃機尾氣排放對環(huán)境的污染越來越嚴(yán)重(尤其是在大、中城市),人們都在研究替代內(nèi)燃機的新型能源裝�。已�(jīng)�(jìn)行混合動�、燃料電�、化�(xué)電池�(chǎn)品及�(yīng)用的研究與開�(fā),取得了一定的成效。但是由于它們固有的使用壽命�、溫度特性差、化�(xué)電池污染�(huán)�、系�(tǒng)�(fù)�、造價高昂等致命弱�,一直沒有很好的解決辦法。而超級電容器以其�(yōu)異的特性揚長避�,可以部分或全部替代傳統(tǒng)的化�(xué)電池用于車輛的牽引電源和啟動能源,并且具有比傳統(tǒng)的化�(xué)電池更加廣泛的用�。正因為如此,世界各國(特別是西方發(fā)�(dá)國家)都不遺余力地對超級電容器�(jìn)行研究與開發(fā)。其中美國、日本和俄羅斯等國家不僅在研�(fā)生產(chǎn)上走在前�,而且還建立了專門的國家管理機�(gòu)(如:美國的USABC、日本的SUN、俄羅斯的REVA等),制定國家發(fā)展計�,由國家投入巨資和人�,積極推�(jìn)。就超級電容器技�(shù)水平而言,目前俄羅斯走在世界前面,其�(chǎn)品已�(jīng)�(jìn)行商�(yè)化生�(chǎn)和應(yīng)�,并被第17屆國際電動車年會(EVS�17)評為產(chǎn)�,日�、德國、法�、英�、澳大利亞等國家也在急起直追,目前各國推廣應(yīng)用超級電容器的領(lǐng)域已相當(dāng)廣泛。在我國推廣使用超級電容�,能夠減少石油消�,減輕對石油�(jìn)口的依賴,有利于國家石油安全;有效地解決城市尾氣污染和鉛酸電池污染問�;有利于解決�(zhàn)車的低溫啟動問題。目�,國�(nèi)主要�10余家企業(yè)在�(jìn)行超級電容器的研�(fā)
    超級電容器是建立在德國物理學(xué)家亥姆霍茲提出的界面雙電層理論基�(chǔ)上的一種全新的電容�。眾所周知,插入電解質(zhì)溶液中的金屬電極表面與液面兩�(cè)會出�(xiàn)符號相反的過剩電荷,從而使相間�(chǎn)生電位差。那�,如果在電解液中同時插入兩個電極,并在其間施加一個小于電解質(zhì)溶液分解電壓的電�,這時電解液中的正、負(fù)離子在電場的作用下會迅速向兩極運動,并分別在兩上電極的表面形成緊密的電荷層,即雙電層,它所形成的雙電層和傳�(tǒng)電容器中的電介質(zhì)在電場作用下�(chǎn)生的極化電荷相似,從而產(chǎn)生電容效�(yīng),緊密的雙電層近似于平板電容�,但是,由于緊密的電荷層間距比普通電容器電荷層間的距離更小得�,因而具有比普通電容器更大的容��
    雙電層電容器與鋁電解電容器相比內(nèi)阻較大,因此,可在無�(fù)載電阻情況下直接充電,如果出�(xiàn)過電壓充電的情況,雙電層電容器將會開路而不�?lián)p壞器件,這一特點與鋁電解電容器的過電壓擊穿不�。同時,雙電層電容器與可充電電池相比,可�(jìn)行不限流充電,且充電次數(shù)可達(dá)10E6次以�,因此雙電層電容不但具有電容的特性,同時也具有電池特�,是一種介于電池和電容之間的新型特殊元器件�

工作原理

    超級電容的容量比通常的電容器大得�。由于其容量很大,對外表�(xiàn)和電池相�,因此也稱作“電容電池”或說“黃金電池�。超級電容器電池也屬于雙電層電容�,它是目前世界上已投入量產(chǎn)的雙電層電容器中容量的一�,其基本原理和其它種類的雙電層電容器一�,都是利用活性炭多孔電極和電解質(zhì)組成的雙電層�(jié)�(gòu)獲得超大的容�.
    傳統(tǒng)物理電容中儲存的電能來源于電荷在兩塊極板上的分離,兩塊極板之間為真�(相對介電常數(shù)�1)或一層介電物�(zhì)(相對介電常數(shù)為�)所隔離,電容值為:C = ε·A / 3.6 πd ·10-6 (μF) 其中A為極板面�,d為介�(zhì)厚度。所儲存的能量為: E = C (ΔV)2/2,其中C為電容�,ΔV為極板間的電壓降.可見,若想獲得較大的電容量,儲存更多的能�,必須增大面積A或減少介�(zhì)厚度d,但這個伸縮空間有限,�(dǎo)致它的儲電量和儲能量較小。超級電容采用活性炭材料制作成多孔電�,同時在相對的碳多孔電極之間充填電解質(zhì)溶液,�(dāng)在兩端施加電壓時,相對的多孔電極上分別聚集正負(fù)電子,而電解質(zhì)溶液中的正負(fù)離子將由于電場作用分別聚集到與正�(fù)極板相對的界面上,從而形成兩個集電層,相當(dāng)于兩個電容器串聯(lián),由于活性碳材料具有�1200m2/g的超高比表面�(即獲得了極大的電極面積A),而且電解液與多孔電極間的界面距離不到1nm(即獲得了極小的介�(zhì)厚度d),根據(jù)前面的計算公式可以看�,這種雙電層電容器比傳�(tǒng)的物理電容的容值要大很�,比容量可以提�100倍以�, 從而使單位重量的電容量可達(dá)100F/g,并且電容的�(nèi)阻還能保持在很低的水�,碳材料還具有成本低,技�(shù)成熟等優(yōu)�。從而使利用電容器�(jìn)行大電量的儲能成為可�,且在實際使用時,可以通過串聯(lián)或者并�(lián)以提高輸出電壓或電流�

特點

    �1)充電速度�,只要充電幾十秒到幾分鐘就可�(dá)到其額定容量�95%以上;而現(xiàn)在使用面積的鉛酸電池充電通常需要幾個小��
    �2)循�(huán)使用壽命長,深度充放電循�(huán)使用次數(shù)可達(dá)50萬次,如果對超級電容每天充放�20�,連續(xù)使用可達(dá)68�。如果相�(yīng)地和鉛酸電池比較, 它的使用壽命可達(dá)68�, 且沒有“記憶效�(yīng)��
    �3)大電流放電能力超強,能量轉(zhuǎn)換效率高,過程損失小,大電流能量循環(huán)效率�90%�
    �4)功率密度高,可�(dá)300W/kg~5000W/kg,相�(dāng)于普通電池的�(shù)十�;比能量大大提高,鉛酸電池一般只能達(dá)�200W/kg,而超級電容電池目前研�(fā)已可�(dá)10 KW/kg�
    �5)產(chǎn)品原材料�(gòu)�、生�(chǎn)、使�、儲存以及拆解過程均沒有污染,是理想的綠色環(huán)保電源;
    �6)充放電線路簡單,無需充電電池那樣的充電電�,安全系�(shù)�,長期使用免維護�
    �7)超低溫特性好,使用環(huán)境溫度范圍寬�(dá)-40℃~+70��
    �8)檢測方�,剩余電量可直接讀出;
    �9)單體容量范圍通常0.1F--3400F �

注意事項

    1、超級電容器具有固定的極性。在使用�,應(yīng)確認(rèn)極��
    2、超級電容器�(yīng)在標(biāo)稱電壓下使用�
    �(dāng)電容器電壓超過標(biāo)稱電壓時,將會導(dǎo)致電解液分解,同時電容器會發(fā)�,容量下�,而且�(nèi)阻增加,壽命縮短,在某些情況�,可�(dǎo)致電容器性能崩潰�
    3、超級電容器不可�(yīng)用于高頻率充放電的電路中,高頻率的快速充放電會導(dǎo)致電容器�(nèi)部發(fā)熱,容量衰減,內(nèi)阻增�,在某些情況下會�(dǎo)致電容器性能崩潰�
    4、安裝超級電容器后,不可強行傾斜或扭動電容器,這樣會導(dǎo)致電容器引線松動,導(dǎo)致性能劣化�
    5、在焊接過程中避免使電容器過熱:
    若在焊接中使電容器出�(xiàn)過熱�(xiàn)�,會降低電容器的使用壽命,例如:如果使用厚度�1.6mm的印刷線路板,焊接過程應(yīng)�260℃,時間不超�5s�
    6、將電容器串�(lián)使用時:
    �(dāng)超級電容器�(jìn)行串�(lián)使用�,存在單體間的電壓均衡問�,單純的串聯(lián)會導(dǎo)致某個或幾個單體電容器過壓,從而損壞這些電容�,整體性能受到影響�
    另外,超級電容器在變配電站直流系�(tǒng)�、稅控機、稅控收款機�、搖晃式手電筒上(免換電�,只要搖�30秒鐘,即可發(fā)�5分鐘;照射距�1公尺�、智能表類(如智能水表和煤氣表)�、計算機UPS電源方面亦多有應(yīng)��

市場前景

    超級電容器產(chǎn)品雖然問世不久,但由于它具有特殊的優(yōu)�,已在許多領(lǐng)域中獲得了應(yīng)用,其前景可以認(rèn)為是非常廣闊�
    根據(jù)總部位于北京的新興產(chǎn)�(yè)�(diào)研機�(gòu)力勤資訊的研究結(jié)果《中國超級電容器行業(yè)�(fā)展及投資分析報告2009-2010版(�2009-2013年預(yù)測)--動力電源系列報告�,國�(nèi)從事大容量超級電容器研發(fā)的廠家共�50多家,然�,能夠批量生�(chǎn)并達(dá)到實用化水平的廠家不�20�。國�(nèi)廠商大多生產(chǎn)液體雙電層電容器,重要企�(yè)有錦州凱美能源(原錦州富辰、錦州錦容)、北京集星電子、上海奧威等十多�。錦州凱美能源是國內(nèi)的超級電容器生產(chǎn)廠,主要生產(chǎn)紐扣型和卷繞型超級電容器。北京集星可生產(chǎn)卷繞型和大型電容器,而上海奧威產(chǎn)品多集中在車用超級電容器��
    從各廠商的產(chǎn)品來�,核心企�(yè)間的競爭并不直接,因為沒有完全重�(fù)的,競爭也只是局限于一個領(lǐng)域范圍內(nèi)�。預(yù)�2009-2010年各企業(yè)之間仍將有良好的合作,市場格局不會�(fā)生大的變�。集星、凱�、奧維等幾家企業(yè)仍將占據(jù)國內(nèi)市場絕大的份�,細(xì)分市場上各企�(yè)的競爭優(yōu)勢將更加明顯??偟脕碚f,市場競爭不會太激��
    基于中國消費電子近年來的驚人增長表現(xiàn),預(yù)計今后幾年內(nèi),我國紐扣型超級電容器有望保�30%以上的平均增長率,卷繞型和大型超級電容器則有可能保持50%以上的平均增長率。到2013年,我國超級電容器的整體�(chǎn)�(yè)�(guī)模有望達(dá)�79億元�
    超級電容電池的蓄電量尚不能滿足需�,而且放電電流比較難控�,不能在純電力系�(tǒng)的車輛上使用�

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