課件超級(jí)電容器

1、雙電層原理示意圖雙電層原理示意圖雙電層電極、溶液界面結(jié)構(gòu)示意圖雙電層電極、溶液界面結(jié)構(gòu)示意圖Struture diagram of the interface between electrode and electrolyte雙電層電容器充電狀態(tài)電位分布曲線雙電層電容器充電狀態(tài)電位分布曲線Profile of the potential across electrochemical double layer capacitor in the charged condition雙電層電容器放電狀態(tài)電位分布曲線雙電層電容器放電狀態(tài)電位分布曲線Prifile of the potential acr

2、oss an electrochemical double-layer capacitor in the discharged condition 準(zhǔn)電容的特點(diǎn)：準(zhǔn)電容的特點(diǎn)：準(zhǔn)電容的充放電過程是動(dòng)力學(xué)高度可逆的準(zhǔn)電容的充放電過程是動(dòng)力學(xué)高度可逆的,與原電池及與原電池及蓄電池不同蓄電池不同,但與靜電電容類似。但與靜電電容類似。這 種 電 化 學(xué) 能 量 儲(chǔ) 存 系 統(tǒng) 首 先 由這 種 電 化 學(xué) 能 量 儲(chǔ) 存 系 統(tǒng) 首 先 由 C o n w a y 等 與等 與CraiyofContinental集團(tuán)合作集團(tuán)合作,于于1975年開始并致力于這年開始并致力于這方面的研究工作方面的研究工作

3、,研制出采用這種充放電原理的名為超研制出采用這種充放電原理的名為超電容的電容器。電容的電容器。這種充放電行為這種充放電行為,Ru的氧化物的氧化物(RuO2)表現(xiàn)最顯著表現(xiàn)最顯著,但其但其最早的表現(xiàn)形式是最早的表現(xiàn)形式是H在在Pt或或Pb在在Au上進(jìn)行欠電位沉積上進(jìn)行欠電位沉積,產(chǎn)生高度可逆的化學(xué)吸附、脫附。產(chǎn)生高度可逆的化學(xué)吸附、脫附。為與雙電層電容及電極與電解液界面形成的真正的靜為與雙電層電容及電極與電解液界面形成的真正的靜電電容相區(qū)別電電容相區(qū)別,稱這樣得到的電容為法拉第準(zhǔn)稱這樣得到的電容為法拉第準(zhǔn)(贗贗)電容。電容。.電容量大，超級(jí)電容器采用活性炭粉與活電容量大，超級(jí)電容器采用活性炭粉與

4、活性炭纖維作為可極化電極與電解液接觸的面積性炭纖維作為可極化電極與電解液接觸的面積大大增加，根據(jù)電容量的計(jì)算公式，那么兩極大大增加，根據(jù)電容量的計(jì)算公式，那么兩極板的表面積越大，則電容量越大。板的表面積越大，則電容量越大。 因此，一般雙電層電容器容量很容易超過因此，一般雙電層電容器容量很容易超過1F，它的出現(xiàn)使普通電容器的容量范圍驟然躍升了它的出現(xiàn)使普通電容器的容量范圍驟然躍升了3-4個(gè)數(shù)量級(jí)，目前單體超級(jí)電容器的最大電個(gè)數(shù)量級(jí)，目前單體超級(jí)電容器的最大電容量可達(dá)容量可達(dá)5000F。.充放電壽命很長(zhǎng)，可達(dá)充放電壽命很長(zhǎng)，可達(dá)500 000次，或次，或90 000小時(shí)，而蓄電池的充放電壽命很難超

5、過小時(shí)，而蓄電池的充放電壽命很難超過1 000次，次，.可以提供很高的放電電流（如可以提供很高的放電電流（如2700F的超級(jí)的超級(jí)電容器額定放電電流不低于電容器額定放電電流不低于950A，放電峰值電，放電峰值電流可達(dá)流可達(dá)1680A，一般蓄電池通常不能有如此高，一般蓄電池通常不能有如此高的放電電流一些高放電電流的蓄電池在如此高的放電電流一些高放電電流的蓄電池在如此高的放電電流下的使用壽命將大大縮短。的放電電流下的使用壽命將大大縮短。.可以數(shù)十秒到數(shù)分鐘內(nèi)快速充電，而蓄電池可以數(shù)十秒到數(shù)分鐘內(nèi)快速充電，而蓄電池在如此短的時(shí)間內(nèi)充滿電將是極危險(xiǎn)的或幾乎在如此短的時(shí)間內(nèi)充滿電將是極危險(xiǎn)的或幾乎不可能

6、。不可能。.可以在很寬的溫度范圍內(nèi)正常工作（可以在很寬的溫度范圍內(nèi)正常工作（-40-+70）而蓄電池很難在高溫特別是低溫環(huán)境下）而蓄電池很難在高溫特別是低溫環(huán)境下工作。工作。.超級(jí)電容器用的材料是安全的和無(wú)毒的，而超級(jí)電容器用的材料是安全的和無(wú)毒的，而鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池多具有毒性。鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池多具有毒性。 各指各指標(biāo)間標(biāo)間相互相互矛盾矛盾v 濃度越高，靜態(tài)電位越高，越易析濃度越高，靜態(tài)電位越高，越易析氧，電極越不穩(wěn)定。氧，電極越不穩(wěn)定。 高溫處理高溫處理的影響的影響 充充 放放 電電 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 測(cè)測(cè) 0 0. .7 76 6 奧奧 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 質(zhì)質(zhì)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 測(cè)測(cè) 0 0. .6 68 8 編編 號(hào)號(hào) 比比 容容 量量 （ F F/ /g g） 內(nèi)內(nèi) 阻阻 （ m m ） 生生 產(chǎn)產(chǎn) 廠廠 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 電電 器器 產(chǎn)產(chǎn) 業(yè)業(yè) 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 電電 器器 產(chǎn)產(chǎn) 業(yè)業(yè) 中中 央央 研研 究究 所所 電電 容容 炭炭 2 24 4 2 2. .

9、7 71 1 三三 菱菱 化化 學(xué)學(xué) 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（德國(guó)）（德國(guó)） 電容器模塊電容器模塊 Ness cap（韓國(guó)）（韓國(guó)） Maxwell（美國(guó)）（美國(guó)） Maxwell（美國(guó)）（美國(guó)）2700F450F ESMA（俄羅斯）（俄羅斯） ESMA（俄羅斯）（俄羅斯）電容器單體電容器單體電容器模塊電容器模塊 Nippon chemi-Con （日本）（日本） Elna （美國(guó)）（美國(guó)） Elna （美國(guó)）（美國(guó)）鼓型、扭扣型、圓柱

10、型鼓型、扭扣型、圓柱型 Cooper Industries （美國(guó)）（美國(guó)） Matsushita （日本）（日本） NEC-Tokin（日本）（日本） NEC-Tokin（日本）（日本） Cap-XX（澳大利亞）（澳大利亞） Cap-XX（澳大利亞）（澳大利亞） 公交無(wú)軌電車中的超級(jí)電容器公交無(wú)軌電車中的超級(jí)電容器 超級(jí)電容器驅(qū)動(dòng)的高爾夫球車超級(jí)電容器驅(qū)動(dòng)的高爾夫球車項(xiàng)目超級(jí)電容器膠體鉛酸電池充電時(shí)間2分鐘6小時(shí)左右每次輸出能量3.5 KWh30.72 KWh一次充電的行駛里程3.3公里27.9公里充放電循環(huán)壽命（次）30000400累計(jì)放出能量105000 KWh12288 KWh總行駛里

11、程（每千米耗能1.1kwh）95455 Km11160 Km重量（kg）864992一次投入成本(萬(wàn)元)202.69使用成本（元/kwh）1.902.19維護(hù)性少維護(hù)或免維護(hù)常維護(hù)對(duì)環(huán)境影響無(wú)污染報(bào)廢時(shí)有鉛酸污染物超級(jí)電容器與膠體鉛酸電池作為車用電源的應(yīng)用比較表超級(jí)電容器與膠體鉛酸電池作為車用電源的應(yīng)用比較表（數(shù)據(jù)來源：上海奧威用戶評(píng)價(jià)報(bào)告）（數(shù)據(jù)來源：上海奧威用戶評(píng)價(jià)報(bào)告）小型超級(jí)電容器小型超級(jí)電容器 各種微處理機(jī)各種微處理機(jī) 玩具車玩具車 閃光燈閃光燈 電動(dòng)手工具電動(dòng)手工具大型超級(jí)電容器大型超級(jí)電容器 各種交通工具各種交通工具 電網(wǎng)電網(wǎng)UPSUPS 醫(yī)院手術(shù)室醫(yī)院手術(shù)室 核反應(yīng)堆控制核反應(yīng)

12、堆控制 防護(hù)設(shè)備防護(hù)設(shè)備 航空通訊設(shè)備航空通訊設(shè)備 無(wú)線電通訊系統(tǒng)無(wú)線電通訊系統(tǒng) 電力高壓開關(guān)的分合閘操作電力高壓開關(guān)的分合閘操作 電阻焊機(jī)及科研測(cè)試設(shè)備等電阻焊機(jī)及科研測(cè)試設(shè)備等Supercapacitor 100 kW UPS by Sizuki Electric上海電容公交車上海電容公交車如果是如果是內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)可減小其設(shè)計(jì)功可減小其設(shè)計(jì)功率，減輕重量，節(jié)省油料，降低污染；率，減輕重量，節(jié)省油料，降低污染；如是燃料電池如是燃料電池可減小，可減小， 簡(jiǎn)化設(shè)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)計(jì)如是各種蓄電池如是各種蓄電池可延長(zhǎng)電池壽可延長(zhǎng)電池壽命，節(jié)省電能。命，節(jié)省電能。 HONDA燃料電池燃料電池/超級(jí)電容器小轎車

13、超級(jí)電容器小轎車1 回收能量回收能量2 輔助啟動(dòng)輔助啟動(dòng)3 穩(wěn)定電源穩(wěn)定電源日產(chǎn)汽車公司日產(chǎn)汽車公司2002年推出的年推出的超級(jí)電容器混合電動(dòng)卡車超級(jí)電容器混合電動(dòng)卡車u 超級(jí)電容器的應(yīng)用：超級(jí)電容器的應(yīng)用：超級(jí)電容器超級(jí)電容器 電池電池+ +超級(jí)電容器：超級(jí)電容器：可提供可提供高的電能量和電功率高的電能量和電功率，滿足電動(dòng)汽車，滿足電動(dòng)汽車啟動(dòng)、加速、爬坡、制動(dòng)之大功率需求。啟動(dòng)、加速、爬坡、制動(dòng)之大功率需求。u 未來重要應(yīng)用領(lǐng)域：未來重要應(yīng)用領(lǐng)域： 電動(dòng)汽車電動(dòng)汽車領(lǐng)域領(lǐng)域 航天領(lǐng)域航天領(lǐng)域 能量存儲(chǔ)領(lǐng)域能量存儲(chǔ)領(lǐng)域小型超級(jí)電容器小型超級(jí)電容器用途：用途：小電流長(zhǎng)時(shí)間放電小電流長(zhǎng)時(shí)間放電領(lǐng)

14、域：領(lǐng)域：可用在小功率電子及電動(dòng)玩具產(chǎn)品中做備用電源，或在帶時(shí)鐘的應(yīng)可用在小功率電子及電動(dòng)玩具產(chǎn)品中做備用電源，或在帶時(shí)鐘的應(yīng) 用上進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，如錄音機(jī)、用上進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，如錄音機(jī)、MP3MP3、家用電器等。、家用電器等。超級(jí)電容器超級(jí)電容器 中型超級(jí)電容器中型超級(jí)電容器用途：用途：多用于大電流的短時(shí)放電多用于大電流的短時(shí)放電領(lǐng)域：領(lǐng)域：在有記憶儲(chǔ)存功能的電子產(chǎn)品中做后備電源，注重?cái)?shù)據(jù)保護(hù)和備份，在有記憶儲(chǔ)存功能的電子產(chǎn)品中做后備電源，注重?cái)?shù)據(jù)保護(hù)和備份， 適用于帶適用于帶CPUCPU的智能家電、工控、儀器儀表和通訊領(lǐng)域中。的智能家電、工控、儀器儀表和通訊領(lǐng)域中。超級(jí)電容器超級(jí)電容器大型超級(jí)

15、電容器組大型超級(jí)電容器組超級(jí)電容器超級(jí)電容器用途：用途：儲(chǔ)能使用儲(chǔ)能使用領(lǐng)域：領(lǐng)域：電動(dòng)汽車和混合電動(dòng)汽車做動(dòng)力源電動(dòng)汽車和混合電動(dòng)汽車做動(dòng)力源 太陽(yáng)能儲(chǔ)能方面太陽(yáng)能儲(chǔ)能方面 軍事領(lǐng)域軍事領(lǐng)域 美國(guó)宇航局美國(guó)宇航局(NASA)(NASA)發(fā)明的一種便攜式電化學(xué)電容器，發(fā)明的一種便攜式電化學(xué)電容器，可供應(yīng)可供應(yīng)大電流脈沖大電流脈沖( (瞬間電流瞬間電流600-800A)600-800A)，其特點(diǎn)為，其特點(diǎn)為高效、長(zhǎng)壽命、高效、長(zhǎng)壽命、全固態(tài)離子體材料全固態(tài)離子體材料，無(wú)酸堿介質(zhì)。無(wú)酸堿介質(zhì)。v 有機(jī)電解液雙電層電容器有機(jī)電解液雙電層電容器 研制高比容量炭電極材料；研制高比容量炭電極材料； 研制電壓窗口寬的電解液體系；研制電壓窗口寬的電解液體系； 縮體減重的電容器制備工藝?？s體減重的電容器制備工藝。比能量：比能量：75 wh/kg （電極材料）（電極材料）最大比功率最大比功率：5 Kw/kg工作電壓：工作電壓：3.8V “Nanogate Capacitor”Skeleton Nanolaboratory