课件 超级电容器

1、双电层原理示意图双电层原理示意图双电层电极、溶液界面结构示意图双电层电极、溶液界面结构示意图Struture diagram of the interface between electrode and electrolyte双电层电容器充电状态电位分布曲线双电层电容器充电状态电位分布曲线Profile of the potential across electrochemical double layer capacitor in the charged condition双电层电容器放电状态电位分布曲线双电层电容器放电状态电位分布曲线Prifile of the potential acr

2、oss an electrochemical double-layer capacitor in the discharged condition 准电容的特点：准电容的特点：准电容的充放电过程是动力学高度可逆的准电容的充放电过程是动力学高度可逆的,与原电池及与原电池及蓄电池不同蓄电池不同,但与静电电容类似。但与静电电容类似。这 种 电 化 学 能 量 储 存 系 统 首 先 由这 种 电 化 学 能 量 储 存 系 统 首 先 由 C o n w a y 等 与等 与CraiyofContinental集团合作集团合作,于于1975年开始并致力于这年开始并致力于这方面的研究工作方面的研究工作

3、,研制出采用这种充放电原理的名为超研制出采用这种充放电原理的名为超电容的电容器。电容的电容器。这种充放电行为这种充放电行为,Ru的氧化物的氧化物(RuO2)表现最显著表现最显著,但其但其最早的表现形式是最早的表现形式是H在在Pt或或Pb在在Au上进行欠电位沉积上进行欠电位沉积,产生高度可逆的化学吸附、脱附。产生高度可逆的化学吸附、脱附。为与双电层电容及电极与电解液界面形成的真正的静为与双电层电容及电极与电解液界面形成的真正的静电电容相区别电电容相区别,称这样得到的电容为法拉第准称这样得到的电容为法拉第准(赝赝)电容。电容。.电容量大，超级电容器采用活性炭粉与活电容量大，超级电容器采用活性炭粉与

4、活性炭纤维作为可极化电极与电解液接触的面积性炭纤维作为可极化电极与电解液接触的面积大大增加，根据电容量的计算公式，那么两极大大增加，根据电容量的计算公式，那么两极板的表面积越大，则电容量越大。板的表面积越大，则电容量越大。 因此，一般双电层电容器容量很容易超过因此，一般双电层电容器容量很容易超过1F，它的出现使普通电容器的容量范围骤然跃升了它的出现使普通电容器的容量范围骤然跃升了3-4个数量级，目前单体超级电容器的最大电个数量级，目前单体超级电容器的最大电容量可达容量可达5000F。.充放电寿命很长，可达充放电寿命很长，可达500 000次，或次，或90 000小时，而蓄电池的充放电寿命很难超

5、过小时，而蓄电池的充放电寿命很难超过1 000次，次，.可以提供很高的放电电流（如可以提供很高的放电电流（如2700F的超级的超级电容器额定放电电流不低于电容器额定放电电流不低于950A，放电峰值电，放电峰值电流可达流可达1680A，一般蓄电池通常不能有如此高，一般蓄电池通常不能有如此高的放电电流一些高放电电流的蓄电池在如此高的放电电流一些高放电电流的蓄电池在如此高的放电电流下的使用寿命将大大缩短。的放电电流下的使用寿命将大大缩短。.可以数十秒到数分钟内快速充电，而蓄电池可以数十秒到数分钟内快速充电，而蓄电池在如此短的时间内充满电将是极危险的或几乎在如此短的时间内充满电将是极危险的或几乎不可能

6、。不可能。.可以在很宽的温度范围内正常工作（可以在很宽的温度范围内正常工作（-40-+70）而蓄电池很难在高温特别是低温环境下）而蓄电池很难在高温特别是低温环境下工作。工作。.超级电容器用的材料是安全的和无毒的，而超级电容器用的材料是安全的和无毒的，而铅酸蓄电池、镍镉蓄电池多具有毒性。铅酸蓄电池、镍镉蓄电池多具有毒性。 各指各指标间标间相互相互矛盾矛盾v 浓度越高，静态电位越高，越易析浓度越高，静态电位越高，越易析氧，电极越不稳定。氧，电极越不稳定。 高温处理高温处理的影响的影响 充充 放放 电电 流流 密密 度度（ m mA A/ /g g） 5 50 0 1 10 00 00 0 2 20

7、 00 00 0 5 50 00 00 0 8 80 00 00 0 成成 型型 密密 度度（ g g/ /c cm m3 3） 防防 化化 院院 2 27 72 2 2 22 20 0 1 19 98 8 1 16 62 2 1 13 33 3 0 0. .7 72 2 巨巨 容容 用用 炭炭 1 19 90 0 1 14 49 9 1 12 29 9 8 83 3 未未 测测 0 0. .7 76 6 奥奥 威威 用用 炭炭 1 12 27 7 1 10 04 4 8 87 7 6 69 9 6 64 4 0 0. .6 65 5 质质量量比比容容量量（ F F/ /g g） 金金 正正

8、平平 炭炭 8 87 7 6 65 5 5 53 3 4 42 2 未未 测测 0 0. .6 68 8 编编 号号 比比 容容 量量 （ F F/ /g g） 内内 阻阻 （ m m ） 生生 产产 厂厂 家家 A AC CC C- -5 50 07 7- -2 25 5 3 30 0 2 2. .4 48 8 松松 下下 电电 器器 产产 业业 中中 央央 研研 究究 所所 A AC CC C- -5 50 09 92 2- -2 25 5 2 25 5 3 3. .4 40 0 松松 下下 电电 器器 产产 业业 中中 央央 研研 究究 所所 电电 容容 炭炭 2 24 4 2 2. .

9、7 71 1 三三 菱菱 化化 学学 A AC C- -7 70 01 1 3 35 5 2 2. .5 53 3 防防 化化 研研 究究 院院 第第 一一 研研 究究 所所 v 性能要求：性能要求：v EPCOS AG（德国）（德国） 电容器模块电容器模块 Ness cap（韩国）（韩国） Maxwell（美国）（美国） Maxwell（美国）（美国）2700F450F ESMA（俄罗斯）（俄罗斯） ESMA（俄罗斯）（俄罗斯）电容器单体电容器单体电容器模块电容器模块 Nippon chemi-Con （日本）（日本） Elna （美国）（美国） Elna （美国）（美国）鼓型、扭扣型、圆柱

10、型鼓型、扭扣型、圆柱型 Cooper Industries （美国）（美国） Matsushita （日本）（日本） NEC-Tokin（日本）（日本） NEC-Tokin（日本）（日本） Cap-XX（澳大利亚）（澳大利亚） Cap-XX（澳大利亚）（澳大利亚） 公交无轨电车中的超级电容器公交无轨电车中的超级电容器 超级电容器驱动的高尔夫球车超级电容器驱动的高尔夫球车项目超级电容器胶体铅酸电池充电时间2分钟6小时左右每次输出能量3.5 KWh30.72 KWh一次充电的行驶里程3.3公里27.9公里充放电循环寿命（次）30000400累计放出能量105000 KWh12288 KWh总行驶里

11、程（每千米耗能1.1kwh）95455 Km11160 Km重量（kg）864992一次投入成本(万元)202.69使用成本（元/kwh）1.902.19维护性少维护或免维护常维护对环境影响无污染报废时有铅酸污染物超级电容器与胶体铅酸电池作为车用电源的应用比较表超级电容器与胶体铅酸电池作为车用电源的应用比较表（数据来源：上海奥威用户评价报告）（数据来源：上海奥威用户评价报告）小型超级电容器小型超级电容器 各种微处理机各种微处理机 玩具车玩具车 闪光灯闪光灯 电动手工具电动手工具大型超级电容器大型超级电容器 各种交通工具各种交通工具 电网电网UPSUPS 医院手术室医院手术室 核反应堆控制核反应

12、堆控制 防护设备防护设备 航空通讯设备航空通讯设备 无线电通讯系统无线电通讯系统 电力高压开关的分合闸操作电力高压开关的分合闸操作 电阻焊机及科研测试设备等电阻焊机及科研测试设备等Supercapacitor 100 kW UPS by Sizuki Electric上海电容公交车上海电容公交车如果是如果是内燃机内燃机可减小其设计功可减小其设计功率，减轻重量，节省油料，降低污染；率，减轻重量，节省油料，降低污染；如是燃料电池如是燃料电池可减小，可减小， 简化设简化设计计如是各种蓄电池如是各种蓄电池可延长电池寿可延长电池寿命，节省电能。命，节省电能。 HONDA燃料电池燃料电池/超级电容器小轿车

13、超级电容器小轿车1 回收能量回收能量2 辅助启动辅助启动3 稳定电源稳定电源日产汽车公司日产汽车公司2002年推出的年推出的超级电容器混合电动卡车超级电容器混合电动卡车u 超级电容器的应用：超级电容器的应用：超级电容器超级电容器 电池电池+ +超级电容器：超级电容器：可提供可提供高的电能量和电功率高的电能量和电功率，满足电动汽车，满足电动汽车启动、加速、爬坡、制动之大功率需求。启动、加速、爬坡、制动之大功率需求。u 未来重要应用领域：未来重要应用领域： 电动汽车电动汽车领域领域 航天领域航天领域 能量存储领域能量存储领域小型超级电容器小型超级电容器用途：用途：小电流长时间放电小电流长时间放电领

14、域：领域：可用在小功率电子及电动玩具产品中做备用电源，或在带时钟的应可用在小功率电子及电动玩具产品中做备用电源，或在带时钟的应 用上进行数据存储，如录音机、用上进行数据存储，如录音机、MP3MP3、家用电器等。、家用电器等。超级电容器超级电容器 中型超级电容器中型超级电容器用途：用途：多用于大电流的短时放电多用于大电流的短时放电领域：领域：在有记忆储存功能的电子产品中做后备电源，注重数据保护和备份，在有记忆储存功能的电子产品中做后备电源，注重数据保护和备份， 适用于带适用于带CPUCPU的智能家电、工控、仪器仪表和通讯领域中。的智能家电、工控、仪器仪表和通讯领域中。超级电容器超级电容器大型超级

15、电容器组大型超级电容器组超级电容器超级电容器用途：用途：储能使用储能使用领域：领域：电动汽车和混合电动汽车做动力源电动汽车和混合电动汽车做动力源 太阳能储能方面太阳能储能方面 军事领域军事领域 美国宇航局美国宇航局(NASA)(NASA)发明的一种便携式电化学电容器，发明的一种便携式电化学电容器，可供应可供应大电流脉冲大电流脉冲( (瞬间电流瞬间电流600-800A)600-800A)，其特点为，其特点为高效、长寿命、高效、长寿命、全固态离子体材料全固态离子体材料，无酸碱介质。无酸碱介质。v 有机电解液双电层电容器有机电解液双电层电容器 研制高比容量炭电极材料；研制高比容量炭电极材料； 研制电压窗口宽的电解液体系；研制电压窗口宽的电解液体系； 缩体减重的电容器制备工艺。缩体减重的电容器制备工艺。比能量：比能量：75 wh/kg （电极材料）（电极材料）最大比功率最大比功率：5 Kw/kg工作电压：工作电压：3.8V “Nanogate Capacitor”Skeleton Nanolaboratory