超級電容器的發(fā)展與應用

1、 常州信息職業(yè)技術學院 學生畢業(yè)設計（論文）報告 系 別： 電子與電氣工程學院 專 業(yè)： 電子信息工程技術 班 號： 學 生 姓 名： 學 生 學 號： 設計（論文）題目： 超級電容器的發(fā)展與應用 指 導 教 師： 設 計 地 點： 常州信息職業(yè)技術學院 起 迄 日 期： 20.7.120.8.20 常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 - 1 -1 畢畢業(yè)業(yè)設設計計（論論文文）任任務務書書 專業(yè)專業(yè) 電子信息工程技術 班級班級 姓名姓名 一、課題名稱： 超級電容器的發(fā)展與應用 二、主要技術指標： 額定容量、額定電壓、額定電流、最大存儲能量、能量密度、 功率密度、使用壽命、循環(huán)

2、壽命 、等效串聯(lián)電阻、漏電流等技術指標 三、工作內容和要求： 本文先從普通電容器入手，進而引出超級電容器的產生。從而 以此為基礎，闡釋了超級電容器的構造、定義、以及工作原理。接著從超級電容器的性能 技術介紹其使用特點和注意事項，然后又介紹了超級電容器的發(fā)展與現(xiàn)狀以及其在生產生活 中的應用。最后還進行其以后發(fā)展的廣闊前景。 四、主要參考文獻： 1夏熙、劉洪濤，一種正在發(fā)展的儲能裝置超電容器（2）j電 池工業(yè)，2004，9（4）：181-188； 2 鐘海云，李薦，戴艷陽，等，新型能源器件超級電容器研究發(fā)展最新動態(tài) j電源 技 術，2004，25（5）：367-370； 3 薛洪發(fā)，超大容器器在鐵

3、路運輸生產中的應用 j中國鐵路 2000（5）：52.。 學 生（簽名） 20 年 6 月 26 日 指 導 教師（簽名） 20 年 6 月 26 日 教研室主任（簽名） 20 年 6 月 27 日 系 主 任（簽名） 20 年 6 月 28 日 常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 - 2 -2 畢業(yè)設計（論文）開題報告畢業(yè)設計（論文）開題報告 設計（論文）題設計（論文）題 目目 一、選題的背景和意義： 超級電容器發(fā)展始于 20 世紀 60 年代，起先被認為是一種低功率、低能量、長使用壽命的器件。 但到了 20 世紀 90 年代，由于混合電動汽車的興起，超級電容器才受到廣泛的

4、關注并迅速發(fā)展 起來。現(xiàn)今，大功率的超級電容器被視為一種大功率物理二次電源，各發(fā)達國家都把對超級電 容器的研究列為國家重點戰(zhàn)略研究項目。目前，超級電容器在電力系統(tǒng)中的應用越來越受到關 注。此外，超級電容器還活躍在電動汽車、消費類電子電源、軍事、工業(yè)等高峰值功率場合。 二、課題研究的主要內容： 主要介紹了超級電容器的構造、定義以及其工作原理，還闡釋了超級電容器的特點和使用注意 事項，以及超級電容器的發(fā)展與現(xiàn)狀。最后介紹了超級電容器在生產生活中的應用。 常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 - 3 -3 三、主要研究（設計）方法論述： 通過查閱書籍了解超級電容器的基本概念等信息，結

5、合以前所學的電子專業(yè)知識認真研究課題。 借助強大的網(wǎng)絡功能，借鑒前人的研究成果更好的幫助自己更好地理解所需掌握的內容。通過 與老師與同學的討論研究，及時地發(fā)現(xiàn)問題反復地檢查修改最終完成 四、設計（論文）進度安排： 時間（迄止日期）工 作 內 容 20 -7-120 -7-5尋找資料，制定題目 20 -7-620 -7-15通過書籍和網(wǎng)絡查找資料 20 -7-1620 -8-3整理資料，并寫成初稿，上交初稿 20 -8-420 -7-17對論文進行相應的修改，完成論文 20 -8-1920 -8-20打印論文 常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 - 4 -4 五、指導教師意見：

6、 指導教師簽名： 20 年 7 月 3 日 六、系部意見： 系主任簽名： 20 年 7 月 4 日 常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 - 5 -5 目錄 【摘要】：作為一種介于傳統(tǒng)電容器及電池之間的新型儲能元件，超級電容器具有超大容量、 高功率密度、長循環(huán)壽命、充放電效率高等特點，引起了世界廣泛關注，綜述了超 級電容器的原理、分類及特點，介紹了超級電容器的主要應用領域和發(fā)展趨勢。 【關鍵詞】：超級電容器 ；雙電層電容器；點化學電容器；原理；應用 第一章 超級電容器與電容器的關系 11 電容器相關常識 5 12 超級電容器相關常識 8 1. 3 超級電容器與傳統(tǒng)電容器的關系

7、8 14 超級電容器與電池的比較 9 第二章 超級電容器的工作原理 2. 1 雙層電容器 9 2. 2 電化學電容器 9 2. 3 混合型電容器 10 2. 4 工作原理 10 第三章 超級電容器的技術指標及使用注意事項 3. 1 超級電容器的技術指標 10 3. 2 超級電容器使用的注意事項 11 第四章 超級電容器的歷史發(fā)展狀況與應用 4. 1 超級電容器的歷史發(fā)展 12 4. 2 我國超級電容器的發(fā)展概況 12 4. 3 超級電容器的應用12 第五章 結束語 14 第六章 答謝詞 15 參考文獻 15 常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 - 6 -6 超級電容器的發(fā)展與

8、應用 摘要：摘要：作為一種介于傳統(tǒng)電容器及電池之間的新型儲能元件，超級電容器具有超大容量、高 功率密度、長循環(huán)壽命、充放電效率高等特點，引起了世界廣泛關注，綜述了超級電容器的 原理、分類及特點，介紹了超級電容器的主要應用領域和發(fā)展趨勢。 關鍵詞：關鍵詞：超級電容器 ；雙電層電容器；電化學電容器；原理；應用 development and application of super condenser abstract: as a new kind energy storage device,supercapacitors have characteristics of high power de

9、nsity ,extremely large capacitance,long cycle life and high charg-discharge efficiency.for this reason,world wide attention was attracted.the fundamental principles,classification and characteristics of supercapacitors were reviewed,and their main application areas and development trend were introdu

10、ced. key words:supercapacitors; electrical doule-layer capacitor; electrochemcial capacitor; principles; applications 0引言 超級電容器是 20 世紀七八十年代發(fā)展起來的一種介于電池和傳統(tǒng)電容器之間 的新型儲能元件，比同體積的電解電容器容量大 20006000 倍，功率密度比電 池高 10100 倍，可以放大電流充放電，充放電效率高，充放電循環(huán)次數(shù)可達 100000 次以上，并且免維護。超級電容器的出現(xiàn)填補了傳統(tǒng)的靜電電容器和化學 電源之間的空白，并以其優(yōu)越的性能及廣闊的應用前

11、景受到了各個國家的重視。 2007 年 1 月號的美國探索雜志，將超級電容器列為 2006 年世界 7 大科技發(fā) 現(xiàn)之一，認為超級電容器是能量儲存領域的一項革命性發(fā)展，并將在某些領域取 代傳統(tǒng)蓄電池。 1超級電容器與電容器的關系 11 電容器相關常識 （1）電容器的定義：電容器通常簡稱其為電容，用字母 c 表示。 定義 1：電容器，顧名思義，是裝電的容器，是一種容納電荷的器件。英文 名稱：capacitor。電容是電子設備中大量使用的電子元件之一，廣泛應用于隔直 ，耦合，旁路，濾波，調諧回路， 能量轉換，控制電路等方面。 定義 2：電容器，任何兩個彼此絕緣的導體（包括導線）間都構成一個電容 器

12、。 （2）電容器在電路中的作用：在直流電路中，電容器是相當于斷路的。 這得從電容的結構上說起。最簡單的電容是由兩端的極板和中間的絕緣電介構成 的。通電后，極板帶電，形成電壓（電勢差） ，但是中間由于是絕緣的物質，所 以是不導電的。不過，這樣的情況是在沒有超過電容器的臨界電壓（擊穿電壓） 的前提條件下的。我們知道，任何物質都是相對絕緣的，當物質兩端的電壓加大 到一定程度后，物質是都可以導電的，我們稱這個電壓叫擊穿電壓。電容也不例 外，電容被擊穿后，就不是絕緣體體了。不過在中學階段，這樣的電壓在電路中 是見不到的，所以都是在擊穿電壓以下工作的，可以被當做絕緣體看。 常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工

13、程學院 畢業(yè)設計論文 - 7 -7 但是，在交流電路中，因為電流的方向是隨時間成一定的函數(shù)關系變化的。 而電容器充放電的過程是有時間的，這個時候，在極板間形成變化的電場，而這 個電場也是隨時間變化的函數(shù)。實際上，電流是通過場的形式在電容器間通過的 。 在中學階段，有句話，就叫通交流，阻直流，說的就是電容的這個性質。 （3）電容器的基本功能充電和放電 充電和放電是電容器的基本功能。 充電 使電容器帶電（儲存電荷和電能）的過程稱為充電。這時電容器的兩個極板 總是一個極板帶正電，另一個極板帶等量的負電。把電容器的一個極板接電源（ 如電池組）的正極，另一個極板接電源的負極，兩個極板就分別帶上了等量的異

14、 種電荷。充電后電容器的兩極板之間就有了電場，充電過程把從電源獲得的電能 儲存在電容器中。 放電 使充電后的電容器失去電荷（釋放電荷和電能）的過程稱為放電。例如，用 一根導線把電容器的兩極接通，兩極上的電荷互相中和，電容器就會放出電荷和 電能。放電后電容器的兩極板之間的電場消失，電能轉化為其它形式的能。 在一般的電子電路中，常用電容器來實現(xiàn)旁路、耦合、濾波、振蕩、相移以 及波形變換等，這些作用都是其充電和放電功能的演變。 （4）電容器主要特性參數(shù) 1、標稱電容量和允許偏差 標稱電容量是標志在電容器上的電容量。 電容器的基本單位是法拉(f)，但是，這個單位太大，在實地標注中很少采用 。 其它單位

15、關系如下： 1f=1000mf 1mf=1000f 1f=1000nf 1nf=1000pf 電容器實際電容量與標稱電容量的偏差稱誤差，在允許的偏差范圍稱精度。 精度等級與允許誤差對應關系：00（01）-1%、0（02）-2%、-5%、 -10%、-20%、 -（+20%-10%） 、-（+50%-20%） 、-（+50%-30%） 一般電容器常用、級，電解電容器用、級，根據(jù)用途選取 。 2、額定電壓 在最低環(huán)境溫度和額定環(huán)境溫度下可連續(xù)加在電容器的最高直流電壓有效值 ，一般直接標注在電容器外殼上，如果工作電壓超過電容器的耐壓，電容器擊穿 ，造成不可修復的永久損壞。 常州信息職業(yè)技術學院電子與

16、電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 - 8 -8 3、絕緣電阻 直流電壓加在電容上，并產生漏電電流，兩者之比稱為絕緣電阻. 當電容較小時，主要取決于電容的表面狀態(tài)，容量0.1uf 時，主要取決于介 質的性能，絕緣電阻越小越好。 電容的時間常數(shù)：為恰當?shù)脑u價大容量電容的絕緣情況而引入了時間常數(shù)， 他等于電容的絕緣電阻與容量的乘積。 4、損耗 電容在電場作用下，在單位時間內因發(fā)熱所消耗的能量叫做損耗。各類電容 都規(guī)定了其在某頻率范圍內的損耗允許值，電容的損耗主要由介質損耗，電導損 耗和電容所有金屬部分的電阻所引起的。 在直流電場的作用下，電容器的損耗以漏導損耗的形式存在，一般較小，在 交變電場的作用下，電

17、容的損耗不僅與漏導有關，而且與周期性的極化建立過程 有關。 5、頻率特性 隨著頻率的上升，一般電容器的電容量呈現(xiàn)下降的規(guī)律。 6,常用公式 平行板電容器公式中 c=s/4kd （5）電容器的型號命名與標示 1.電容器的型號命名方法 國產電容器的型號一般由四部分組成（不適用于壓敏、可變、真空電容器） 。依次分別代表名稱、材料、分類和序號。 第一部分：名稱，用字母表示，電容器用 c。 第二部分：材料，用字母表示。 第三部分：分類，一般用數(shù)字表示，個別用字母表示。 第四部分：序號，用數(shù)字表示。 用字母表示產品的材料：a-鉭電解、b-聚苯乙烯等非極性薄膜、c-高頻陶瓷 、d-鋁電解、e-其它材料電解、

18、g-合金電解、h-復合介質、i-玻璃釉、j-金屬化 紙、l-滌綸等極性有機薄膜、n-鈮電解、o-玻璃膜、q-漆膜、t-低頻陶瓷、v-云 母紙、y-云母、z-紙介 2.電容器容量標示 1、直標法 用數(shù)字和單位符號直接標出。如 1uf 表示 1 微法，有些電容用“r”表示小數(shù) 點，如 r56 表示 0.56 微法。 2、文字符號法 用數(shù)字和文字符號有規(guī)律的組合來表示容量。如 p10 表示 0.1pf,1p0 表示 1pf,6 p8 表示 6.8pf, 2u2 表示 2.2uf. 3、色標法 用色環(huán)或色點表示電容器的主要參數(shù)。電容器的色標法與電阻相同。 常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設

19、計論文 - 9 -9 電容器偏差標志符號：+100%-0-h、+100%-10%-r、+50%-10%-t、+30%- 10%-q、+50%-20%-s、+80%-20%-z 4、數(shù)學計數(shù)法：如上圖瓷介電容，標值 272，容量就是：27x100pf=2700pf. 如果標值 473，即為 47x1000pf=0.047uf。 （后面的 2、3，都表示 10 的多少次方） 。又如：332=33x100pf=3300pf。 12 超級電容器相關常識 （1）超級電容器：又叫雙電層電容器(electrical doule-layer capacitor)、電化 學電容器 (electrochemcia

20、l capacitor, ec), 黃金電容、法拉電容，通過極化電解質 來儲能。它是一種電化學元件，但在其儲能的過程并不發(fā)生化學反應，這種儲能 過程是可逆的，也正因為此超級電容器可以反復充放電數(shù)十萬次。超級電容器可 以被視為懸浮在電解質中的兩個無反應活性的多孔電極板，在極板上加電，正極 板吸引電解質中的負離子，負極板吸引正離子，實際上形成兩個容性存儲層，被 分離開的正離子在負極板附近，負離子在正極板附近。 超級電容器是建立在德國物理學家亥姆霍茲提出的界面雙電層理論基礎上的 一種全新的電容器。眾所周知，插入電解質溶液中的金屬電極表面與液面兩側會 出現(xiàn)符號相反的過剩電荷，從而使相間產生電位差。那么

21、，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溶液分解電壓的電壓，這時電解液 中的正、負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統(tǒng)電容器中的電介質在電場 作用下產生的極化電荷相似，從而產生電容效應，緊密的雙電層近似于平板電容 器，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多，因而 具有比普通電容器更大的容量。 雙電層電容器與鋁電解電容器相比內阻較大，因此，可在無負載電阻情況下 直接充電，如果出現(xiàn)過電壓充電的情況，雙電層電容器將會開路而不致?lián)p壞器件， 這一特點與鋁電解電容器的過電壓擊穿不同。同時，

22、雙電層電容器與可充電電池 相比，可進行不限流充電，且充電次數(shù)可達 1000000 次以上，因此雙電層電容不 但具有電容的特性，同時也具有電池特性，是一種介于電池和電容之間的新型特 殊元器件。 （2）超級電容器的優(yōu)缺點 優(yōu)點:在很小的體積下達到法拉級的電容量；無須特別的充電電路和控制放電 電路；和電池相比過充、過放都不對其壽命構成負面影響；從環(huán)保的角度考慮， 它是一種綠色能源；超級電容器可焊接，因而不存在像電池接觸不牢固等問題； 缺點：如果使用不當會造成電解質泄漏等現(xiàn)象；和鋁電解電容器相比，它內 阻較大，因而不可以用于交流電路； 13 超級電容器與傳統(tǒng)電容器的關系 超級電容器在分離出的電荷中存儲

23、能量，用于存儲電荷的面積越大、分離出 的電荷越密集，其電容量越大。 傳統(tǒng)電容器的面積是導體的平板面積，為了獲得較大的容量，導體材料卷制 得很長，有時用特殊的組織結構來增加它的表面積。傳統(tǒng)電容器是用絕緣材料分 離它的兩極板，一般為塑料薄膜、紙等，這些材料通常要求盡可能的薄。 常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 - 10 -10 超級電容器的面積是基于多孔炭材料，該材料的多孔結夠允許其面積達到 2000m2/g，通過一些措施可實現(xiàn)更大的表面積。超級電容器電荷分離開的距離是 由被吸引到帶電電極的電解質離子尺寸決定的。該距離（10 ）和傳統(tǒng)電 容器薄膜材料所能實現(xiàn)的距離更小。 這種龐

24、大的表面積再加上非常小的電荷分 離距離使得超級電容器較傳統(tǒng)電容器而言有驚人大的靜電容量，這也是其“超級” 所在。 14 超級電容器與電池的比較 超級電容器不同于電池，在某些應用領域，它可能優(yōu)于電池。有時將兩者結合起 來，將電容器的功率特性和電池的高能量存儲結合起來，不失為一種更好的途徑 。 超級電容器在其額定電壓范圍內可以被充電至任意電位，且可以完全放出。 而電池則受自身化學反應限制工作在較窄的電壓范圍，如果過放可能造成永久性 破壞。 超級電容器的荷電狀態(tài)（soc）與電壓構成簡單的函數(shù)，而電池的荷電狀態(tài) 則包括多樣復雜的換算。 超級電容器與其體積相當?shù)膫鹘y(tǒng)電容器相比可以存儲更多的能量，電池與其

25、 體積相當?shù)某夒娙萜飨啾瓤梢源鎯Ω嗟哪芰?。在一些功率決定能量存儲器件 尺寸的應用中，超級電容器是一種更好的途徑。 超級電容器可以反復傳輸能量脈沖而無任何不利影響，相反如果電池反復傳 輸高功率脈沖其壽命大打折扣。 超級電容器可以快速充電而電池快速充電則會受到損害。 超級電容器可以反復循環(huán)數(shù)十萬次，而電池壽命僅幾百個循環(huán)。 2超級電容器的工作原理 一般認為超級電容器包括雙層電容器和電化學電容器兩大類。 21 雙電層電容器 早在 1897 年德國人 helmholtz 就提出了基于超級電容器的雙電層理論。當金 屬插入電解液中時，金屬表面上的凈電荷將從溶液中吸引部分不規(guī)則分布的帶異 種電荷的離子，

26、使它們在電極溶液界面的溶液一側離電極一定距離處排成一排， 形成一個電荷數(shù)量與電極表面剩余電荷數(shù)量相等而符合相反的界面層。該界面由 兩個電荷層組成。由于界面上存在一個位壘，因而兩層電荷都不能越過邊界而中 和，按照電容器原理二形成一平板電容器。由于其距離非常小，一般在 0.5mm 以 下，加之采用特殊電極材料后使其表面積成萬倍地增加，從而產生了極大地電容 量。 22 電化學電容器 電化學電容器按電極材料的不同可分為金屬氧化物電化學電容器和導電性高 分子聚合物電化學電容器，即法拉第準電容。對于電化學電容器，其存儲電荷的 過程不僅包括雙電層上的存儲，而且包括電解液中離子在電極活性物質中由于氧 化還原反

27、應導致的電荷在電極中的儲存。與雙層電容器的靜電容量相比，相同表 面積下的電化學電容器的容量要大 10100 倍。 常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 - 11 -11 23 混合型超級電容器 超級電容器也可以再兩極分別采用不同的電極材料，如一極是形成雙電層電 容的碳材料，另一極是利用法拉第準電容儲能的金融氧化物電極。在電壓保持不 變或略有提升的基礎上，利用金屬氧化物超級電容器的超大比能量與雙電荷層超 級電容器的有效配比，獲得了比雙電荷層超級電容器高 4 倍的比能量。此類電容 器在工作時，既有雙電層電容的貢獻，又包含準電容的作用，因而其比能量較單 純的雙電層電容器大大提高，同時

28、可以具備交稿的比功率和循環(huán)壽命。根據(jù)使用 條件的不同，充放電次數(shù)可達 120 萬次，甚至大到 50 萬次。 24 超級電容器工作原理 超級電容器是利用雙電層原理的電容器。當外加電壓加到超級電容器的兩個 極板上時，與普通電容器一樣極板的正電極存儲正電荷，負極板存儲負電荷，在 超級電容器的兩極板上電荷產生的電場作用下，在電解液與電極間的界面上形成 相反的電荷，以平衡電解液的內電場，這種正電荷與負電荷在兩個不同相之間的 接觸面上，以正負電荷之間極短間隙排列在相反的位置上，這個電荷分布層叫做 雙電層，因此電容量非常大。當兩極板間電勢低于電解液的氧化還原電極電位時， 電解液界面上電荷不會脫離電解液，超級

29、電容器為正常工作狀態(tài)（通常為 3v 以 下） ，如電容器兩端電壓超過電解液的氧化還原電極電位時，電解液將分解，為 非正常狀態(tài)。由于隨著超級電容器放電 ，正、負極板上的電荷被外電路泄放， 電解液的界面上的電荷響應減少。由此可以看出：超級電容器的充放電過程始終 是物理過程，沒有化學反應。因此性能是穩(wěn)定的，與利用化學反應的蓄電池是不 同的。 3超級電容器的技術指標以及使用注意事項 31 超級電容器技術指標 目前，對超級電容器性能描述的指標有： （1） 額定容量。指按規(guī)定的恒定電流（如 1000f 以上的超級電容器規(guī)定的充電 電流為 100a，200f 以下的為 3a）充電到額定電壓后保持 23min

30、，在規(guī) 定的恒定電流放電條件下放電到端電壓為零所需的時間與電流的乘積再除 以額定電壓值，單位為法拉，f。 （2） 額定電壓。即可以使用的最高安全端電壓。此外還有浪涌電壓，通常為額 定電壓的 105%；擊穿電壓，其值遠高于額定電壓的 1.53 倍，單位為伏 特（v） 。 （3） 額定電流。指 5s 內放電到額定電壓一半的電流，單位為安培（a） 。 （4） 最大存儲能量。指額定電壓下放電到零所釋放的能量，單位為焦耳（j） 或者是瓦時（wh） 。 （5） 能量密度，也稱比能量。指單位質量或單位體積的電容器所給出的能量， 單位為 wh/kg 或 wh/l。 （6） 功率密度，也稱為比功率。指單位質量或

31、單位體積的超級電容器在匹配負 荷下產生電/熱效應各半時的放電功率。它表征超級電容器所能承受電流 的能力，單位為 kw/kg 或 kw/l。 （7） 等效串聯(lián)電阻（esr） 。其值與超級電容器電解液和電極材料、制備工藝等 常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 - 12 -12 因素有關。通常交流 esr 比直流 esr 小，且隨溫度上升而減少。單位為歐 姆（） （8） 漏電流。指超級電容器保持靜態(tài)儲能狀態(tài)時，內部等效并聯(lián)阻抗導致的靜 態(tài)損耗，通常為加額定電壓 72h 后測得的電流，單位安培（a） 。 （9） 使用壽命。是指超級電容器的電容量低于額定容量的 20%或 esr 增大到

32、額 定值的 1.5 倍時的時間長度。因為此時可判斷為其壽命終了。 （10）循環(huán)壽命。超級電容器經(jīng)歷 1 次充電和放電，稱為 1 次循環(huán)或叫 1 個周期。 超級電容器的循環(huán)壽命長，可達 10 萬次以上。 32 超級電容器使用注意事項 （1）超級電容器具有固定的極性。在使用前，應確認極性。 （2）超級電容器應在標稱電壓下使用： 當電容器電壓超過標稱電壓時，將會導致電解液分解，同時電容器會發(fā)熱 ，容量下降，而且內阻增加，壽命縮短，在某些情況下，可導致電容器性 能崩潰。 （3）超級電容器不可應用于高頻率充放電的電路中，高頻率的快速充放電會導 致電容器內部發(fā)熱，容量衰減，內阻增加，在某些情況下會導致電容

33、器性 能崩潰。 （4）超級電容器的壽命： 外界環(huán)境溫度對于超級電容器的壽命有著重要的影響。電容器應盡量遠離 熱源。 （5）當超級電容器被用做后備電源時的電壓降： 由于超級電容器具有內阻較大的特點，在放電的瞬間存在電壓降，v=ir 。 （6）使用中環(huán)境氣體： 超級電容器不可處于相對濕度大于 85%或含有有毒氣體的場所，這些環(huán)境下 會導致引線及電容器殼體腐蝕，導致斷路。 （7）超級電容器的存放： 超級電容器不能置于高溫、高濕的環(huán)境中，應在溫度-30+50、相對濕度 小于 60%的環(huán)境下儲存，避免溫度驟升驟降，因為這樣會導致產品損壞。 （8）超級電容器在雙面線路板上的使用： 當超級電容器用于雙面電路

34、板上，需要注意連接處不可經(jīng)過電容器可觸及 的地方，由于超級電容器的安裝方式，會導致短路現(xiàn)象。 （9）當把電容器焊接在線路板上時，不可將電容器殼體接觸到線路板上，不然 焊接物會滲入至電容器穿線孔內，對電容器性能產生影響。 （10）安裝超級電容器后，不可強行傾斜或扭動電容器，這樣會導致電容器引 線松動，導致性能劣化。 （11）在焊接過程中避免使電容器過熱： 常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 - 13 -13 若在焊接中使電容器出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，會降低電容器的使用壽命，例如：如果 使用厚度為 1.6mm 的印刷線路板，焊接過程應為 260，時間不超過 5s。 （12）焊接后的清洗：

35、在電容器經(jīng)過焊接后，線路板及電容器需要經(jīng)過清洗，因為某些雜質可能會 導致電容器短路。 （13）將電容器串聯(lián)使用時： 當超級電容器進行串聯(lián)使用時，存在單體間的電壓均衡問題，單純的串聯(lián)會 導致某個或幾個單體電容器過壓，從而損壞這些電容器，整體性能受到影響 ，故在電容器進行串聯(lián)使用時，需得到廠家的技術支持。 （14）其他： 在使用超級電容器的過程中出現(xiàn)的其他應用上的問題，請向生產廠家咨詢或 參照超級電容器使用說明的相關技術資料執(zhí)行 4超級電容器的歷史發(fā)展狀況與應用 41 超級電容器的發(fā)展歷史 超級電容器儲能機理在 1879 年由 helmholz 發(fā)現(xiàn)，但利用這個原理將大量的 電能存儲在物質表面，像

36、電池一樣用于實際目的的人是 becker。隨后，美國 sohio 公司開始利用基于高比表面的碳材料的雙層電容器。conway 于 19751981 年間開發(fā)了另一種類型的“準電容”體系。日本 nec 公司也從 1979 年開始一直生產 supercapacitor,并將該技術應用于電動汽車的電池啟動系統(tǒng)，開 始了超級電容器的大規(guī)模商業(yè)應用。 在 20 世紀 80 年代初我國學者就注意到了雙層電容器的研究，但國內對超級 電容器的研究始于 90 年代后期。盡管國內在超級電容器領域的研究與開發(fā)的起 步較晚，但發(fā)展勢頭不容忽視。 產業(yè)重組的結果，可能實際上使得社會上的產業(yè)只剩下兩類行業(yè)，一類是實 業(yè)，

37、包括制造業(yè)和物流業(yè)；一類是信息業(yè)，包括服務、金融、信息處理業(yè)等。在 實業(yè)中，物流企業(yè)會逐漸強化。 42 我國超級電容器的發(fā)展概況 在我國，北京有色金屬研究總院、錦州電力電容有限責任公司、北京科技大 學、北京化工大學、北京理工大學、北京金正平公司、解放軍防化院、哈爾濱句 容公司、上海奧委公司等正在開展超級電容器的研究。2005 年，由中國科學院電 工所承擔的“863”項目“可再生能源發(fā)電用超級電容器儲能系統(tǒng)關鍵技術研究” 通過專家驗收。該項目完成了用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的 300wh/1kw 超級電容器儲能 系統(tǒng)的研究開發(fā)工作。另外，華北電力大學等有關課題組，正在研究將超級電容 器儲能（sces）系統(tǒng)

38、應用到分布式發(fā)電系統(tǒng)的配電網(wǎng)。但從整體來看，我國在超 級電容器領域的研究與應用水平明顯落后于世界先進水平。 43 超級電容器的應用 43.1 在電動汽車和混合動力汽車中的應用 電池技術的發(fā)展始終是制約整個電動車行業(yè)發(fā)展的主要因素。在車輛啟動、 加速、爬坡等需要高功率輸出時，現(xiàn)有的各類傳統(tǒng)電池都不能滿足要求，而且高 常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 - 14 -14 功率輸出對傳統(tǒng)電池也有嚴重傷害。在電動車和混合動力汽車中均可以采用大功 率超級電容器。超級電容器可以作為一個具有高功率、可在短時間內釋放能量的 輔助電源，并可回收剎車時得到的能量，在優(yōu)化的狀態(tài)下運行。 43.2

39、用于太陽能、風能發(fā)電裝置輔助電源 超級電容器可以作為太陽能或風能發(fā)電裝置的輔助電源，將發(fā)電裝置所產生 的能量以較快的速度儲存起來，并按照設計要求釋放。與傳統(tǒng)蓄電池相比，一方 面超級電容器對于充放電電流沒有嚴格的限制，更加適合太陽能和風能發(fā)電裝置 電流波動范圍較大的特點，另一方面超級電容器的長壽命、免維修和環(huán)保德國特 點能夠環(huán)保等特點能夠保證這些新型能源杜絕二次污染，并能長時間免維護地使 用，成為真正的綠色能源。 此外，將超級電容器與太陽能、風能系統(tǒng)相結合，還可能開發(fā)出一系列新型 的免維護裝置，例如航空燈，在白天由太陽能提供電源并對超級電容器充電，晚 上則由超級電容器提供電源。由于超級電容器的使

40、用維護要求極低，使用壽命可 達 10 年，這種新型的航空燈可以大大減輕日常維護工作地強度，并能保證長時 間可靠工作。 43.3 軍事航天領域的應用 由于超級電容器充放電迅速，可以適應較寬溫度范圍內的工作，循環(huán)壽命長， 同時是真正的免維護電源，因此可以作為潛艇和船只等設備的主輔電源，坦克、 裝甲車的超低溫啟動電源，航天器、雷達的動力電源，野戰(zhàn)醫(yī)院醫(yī)療器械的主輔 電源，單兵小型電臺的主輔電源等。據(jù)報道，我國東北地區(qū)進行的軍事演習中， 由于愛用了超級電容器作為軍車的低溫啟動電源，軍車的高寒作戰(zhàn)能力大大提高， 在25以下的低溫條件下，仍然保持了較好的機動能力。 43.4 工業(yè)領域的后備能源 超級電容器

41、可以取代傳統(tǒng)蓄電池，作為應急保障系統(tǒng)的后備電源。一些工業(yè) 過程（如半導體、化學、制藥、造紙、和紡織工業(yè)）對于電源的短暫中止和混亂 非常敏感，并且會引起昂貴的生產損失。工作持續(xù)時間從幾秒到幾分鐘的 ups 裝 置可以有效地保護這些敏感的負荷。將超級電容器用于這類 ups 裝置，能提供更 好的能量對功率的比率，減少系統(tǒng)的體積和成本，使之更加可靠。 43.5 城市公交車領域的應用 為了應對普遍存在的公交阻塞現(xiàn)象，目前國內許多大城市都制定了“公交優(yōu) 先”的交通策略。但是公交行業(yè)既是用油大戶，也是污染大戶，發(fā)展公共交通必 須建立在大力發(fā)展新型環(huán)保公交車的基礎之上。 2003 年，上海奧威科技開發(fā)有限公司

42、與上海巴士電車等開始合作開發(fā)超級電 容器電車，這種新型城市公交充分利用了超級電容器的獨特性能，在保留無軌電 車優(yōu)點的同時，克服了無軌電動車機動性差、架空線景觀污染的缺點，沒有了尾 氣排放，機動性好，噪聲低，運行成本更低。2006 年 8 月，超級電容器電車在上 海市中心的繁華地段成功實現(xiàn)了商業(yè)化運營，為發(fā)展城市公交提供了全新的思路。 在無軌電車中使用的大功率超級電容器，是奧威公司在吸收和消化國 外技術的基礎上，自行研制開發(fā)的混合型超級電容器，該產品電極材料和生產工 藝，已經(jīng)申請了多項專利。 43.6 超級電容器其他方面上的應用 常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 - 15 -15 （1）稅控機、稅控加油機、真空開關、智能表、遠程抄表系統(tǒng)、儀器儀表、數(shù) 碼相機、掌上電腦、電子門鎖、程控交換機、無繩電話等的時鐘芯片、靜態(tài)隨機