超級(jí)電容電池

1、超級(jí)電容電池超級(jí)電容電池又叫黃金電容、法拉電容，它通過極化電解質(zhì)來儲(chǔ)能，屬于雙電層電容的一種。由于其儲(chǔ)能的過程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此這種儲(chǔ)能過程是可逆的，正因?yàn)榇顺?jí)電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬次。超級(jí)電容一般使用活性碳電極材料，具有吸附面積大，靜電儲(chǔ)存多的特點(diǎn)，在新能源汽車中有廣泛使用。目錄1. 1 概念2. 2 工作原理3. 3 特點(diǎn)4. 4 注意事項(xiàng)5. 5 市場(chǎng)前概念超級(jí)電容器電池又叫雙電層電容器(Electrical Double-Layer Capacitor)是一種新型儲(chǔ)能裝置，它具有充電時(shí)間短、使用壽命長(zhǎng)、溫度特性好、節(jié)約能源和綠

2、色環(huán)保等特點(diǎn)。超級(jí)電容器用途廣泛。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(dòng)電源，啟動(dòng)效率和可靠性都比傳統(tǒng)的蓄電池高，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(dòng)汽車、替代傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)、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(dòng)（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(jī)電設(shè)備的儲(chǔ)能能源。 超級(jí)電容器由于石油資源日趨短缺，并且燃燒石油的內(nèi)燃機(jī)尾氣排放對(duì)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(jī)的新型能源裝置。已經(jīng)進(jìn)行混合動(dòng)力、燃料電池、化學(xué)電池產(chǎn)品及應(yīng)用的研究與開發(fā)，取得了一定的成效。但

3、是由于它們固有的使用壽命短、溫度特性差、化學(xué)電池污染環(huán)境、系統(tǒng)復(fù)雜、造價(jià)高昂等致命弱點(diǎn)，一直沒有很好的解決辦法。而超級(jí)電容器以其優(yōu)異的特性揚(yáng)長(zhǎng)避短，可以部分或全部替代傳統(tǒng)的化學(xué)電池用于車輛的牽引電源和啟動(dòng)能源，并且具有比傳統(tǒng)的化學(xué)電池更加廣泛的用途。正因?yàn)槿绱?，世界各?guó)（特別是西方發(fā)達(dá)國(guó)家）都不遺余力地對(duì)超級(jí)電容器進(jìn)行研究與開發(fā)。其中美國(guó)、日本和俄羅斯等國(guó)家不僅在研發(fā)生產(chǎn)上走在前面，而且還建立了專門的國(guó)家管理機(jī)構(gòu)（如：美國(guó)的USABC、日本的SUN、俄羅斯的REVA等），制定國(guó)家發(fā)展計(jì)劃，由國(guó)家投入巨資和人力，積極推進(jìn)。就超級(jí)電容器技術(shù)水平而言，目前俄羅斯走在世界前面，其產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)

4、和應(yīng)用，并被第17屆國(guó)際電動(dòng)車年會(huì)（EVS17）評(píng)為最先進(jìn)產(chǎn)品，日本、德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)、澳大利亞等國(guó)家也在急起直追，目前各國(guó)推廣應(yīng)用超級(jí)電容器的領(lǐng)域已相當(dāng)廣泛。在我國(guó)推廣使用超級(jí)電容器，能夠減少石油消耗，減輕對(duì)石油進(jìn)口的依賴，有利于國(guó)家石油安全；有效地解決城市尾氣污染和鉛酸電池污染問題；有利于解決戰(zhàn)車的低溫啟動(dòng)問題。目前，國(guó)內(nèi)主要有10余家企業(yè)在進(jìn)行超級(jí)電容器的研發(fā)。超級(jí)電容器是建立在德國(guó)物理學(xué)家亥姆霍茲提出的界面雙電層理論基礎(chǔ)上的一種全新的電容器。 眾所周知，插入電解質(zhì)溶液中的金屬電極表面與液面兩側(cè)會(huì)出現(xiàn)符號(hào)相反的過剩電荷，從而使相間產(chǎn)生電位差。那么，如果在電解液中同時(shí)插入兩個(gè)電極，并在其間

5、施加一個(gè)小于電解質(zhì)溶液分解電壓的電壓，這時(shí)電解液中的正、負(fù)離子在電場(chǎng)的作用下會(huì)迅速向兩極運(yùn)動(dòng)，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(zhì)在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的極化電荷相似，從而產(chǎn)生電容效應(yīng)，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(nèi)阻較大。因此，可在無負(fù)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(huì)開路而不致?lián)p壞器件，這一特點(diǎn)與鋁電解電容器的過電壓擊穿不同。同時(shí)，雙電層電容器與可充電電池相比，可進(jìn)行不限流充電，且充電次數(shù)可

6、達(dá)10E6次以上，因此雙電層電容不但具有電容的特性，同時(shí)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。工作原理超級(jí)電容的容量比通常的電容器大得多。由于其容量很大，對(duì)外表現(xiàn)和電池相同，因此也稱作“電容電池”或說“黃金電池”。超級(jí)電容器電池也屬于雙電層電容器，它是目前世界上已投入量產(chǎn)的雙電層電容器中容量最大的一種，其基本原理和其它種類的雙電層電容器一樣,都是利用活性炭多孔電極和電解質(zhì)組成的雙電層結(jié)構(gòu)獲得超大的容量。 傳統(tǒng)物理電容中儲(chǔ)存的電能來源于電荷在兩塊極板上的分離,兩塊極板之間為真空(相對(duì)介電常數(shù)為1)或一層介電物質(zhì)(相對(duì)介電常數(shù)為)所隔離,電容值為：C=A/3.6d10¯

7、;(F)其中A為極板面積,d為介質(zhì)厚度。所儲(chǔ)存的能量為：E=C(V)/2，其中C為電容值，V為極板間的電壓降。可見，若想獲得較大的電容量，儲(chǔ)存更多的能量，必須增大面積A或減少介質(zhì)厚度d，但這個(gè)伸縮空間有限，導(dǎo)致它的儲(chǔ)電量和儲(chǔ)能量較小。超級(jí)電容采用活性炭材料制作成多孔電極，同時(shí)在相對(duì)的碳多孔電極之間充填電解質(zhì)溶液，當(dāng)在兩端施加電壓時(shí)，相對(duì)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(chǎng)作用分別聚集到與正負(fù)極板相對(duì)的界面上，從而形成兩個(gè)集電層，相當(dāng)于兩個(gè)電容器串聯(lián)，由于活性碳材料具有1200m/g的超高比表面積(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

8、(即獲得了極小的介質(zhì)厚度d)，根據(jù)前面的計(jì)算公式可以看出，這種雙電層電容器比傳統(tǒng)的物理電容的容值要大很多，比容量可以提高100倍以上，從而使單位重量的電容量可達(dá)100F/g，并且電容的內(nèi)阻還能保持在很低的水平，碳材料還具有成本低，技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。從而使利用電容器進(jìn)行大電量的儲(chǔ)能成為可能，且在實(shí)際使用時(shí)，可以通過串聯(lián)或者并聯(lián)以提高輸出電壓或電流。特點(diǎn) （1）充電速度快，只要充電幾十秒到幾分鐘就可達(dá)到其額定容量的95%以上；而現(xiàn)在使用面積最大的鉛酸電池充電通常需要幾個(gè)小時(shí)。（2）循環(huán)使用壽命長(zhǎng)，深度充放電循環(huán)使用次數(shù)可達(dá)50萬次，如果對(duì)超級(jí)電容每天充放電20次，連續(xù)使用可達(dá)68年。如果相應(yīng)地和鉛酸

9、電池比較, 它的使用壽命可達(dá)68年, 且沒有“記憶效應(yīng)”。（3）大電流放電能力超強(qiáng)，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，可達(dá)300Wh/kg5000Wh/kg，相當(dāng)于普通電池的數(shù)十倍；比能量大大提高，鉛酸電池一般只能達(dá)到200Wh/kg，而超級(jí)電容電池目前研發(fā)已可達(dá)10KWh/kg，（5）產(chǎn)品原材料構(gòu)成、生產(chǎn)、使用、儲(chǔ)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(jiǎn)單，無需充電電池那樣的充電電路，安全系數(shù)高，長(zhǎng)期使用免維護(hù)；（7）超低溫特性好，使用環(huán)境溫度范圍寬達(dá)-40+70；（8）檢測(cè)方便，剩余電量可直接讀出；（9）單體容量范圍通常0.1

10、F-3400F 。注意事項(xiàng)1、超級(jí)電容器具有固定的極性。在使用前，應(yīng)確認(rèn)極性。2、超級(jí)電容器應(yīng)在標(biāo)稱電壓下使用：當(dāng)電容器電壓超過標(biāo)稱電壓時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致電解液分解，同時(shí)電容器會(huì)發(fā)熱，容量下降，而且內(nèi)阻增加，壽命縮短，在某些情況下，可導(dǎo)致電容器性能崩潰。3、超級(jí)電容器不可應(yīng)用于高頻率充放電的電路中，高頻率的快速充放電會(huì)導(dǎo)致電容器內(nèi)部發(fā)熱，容量衰減，內(nèi)阻增加，在某些情況下會(huì)導(dǎo)致電容器性能崩潰。4、安裝超級(jí)電容器后，不可強(qiáng)行傾斜或扭動(dòng)電容器，這樣會(huì)導(dǎo)致電容器引線松動(dòng)，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現(xiàn)過熱現(xiàn)象，會(huì)降低電容器的使用壽命，例如：如果使用厚度為1.6mm的印

11、刷線路板，焊接過程應(yīng)為260，時(shí)間不超過5s。6、將電容器串聯(lián)使用時(shí)：當(dāng)超級(jí)電容器進(jìn)行串聯(lián)使用時(shí)，存在單體間的電壓均衡問題，單純的串聯(lián)會(huì)導(dǎo)致某個(gè)或幾個(gè)單體電容器過壓，從而損壞這些電容器，整體性能受到影響。另外，超級(jí)電容器在變配電站直流系統(tǒng)中、稅控機(jī)、稅控收款機(jī)上、搖晃式手電筒上（免換電池，只要搖晃30秒鐘，即可發(fā)光5分鐘；照射距離1公尺）、智能表類（如智能水表和煤氣表）上、計(jì)算機(jī)UPS電源方面亦多有應(yīng)用。市場(chǎng)前景超級(jí)電容器產(chǎn)品雖然問世不久，但由于它具有特殊的優(yōu)點(diǎn)，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)業(yè)調(diào)研機(jī)構(gòu)力勤資訊最新的研究結(jié)果中國(guó)超級(jí)電容器行業(yè)發(fā)展及

12、投資分析報(bào)告2009-2010版（含2009-2013年預(yù)測(cè)）-動(dòng)力電源系列報(bào)告，國(guó)內(nèi)從事大容量超級(jí)電容器研發(fā)的廠家共有50多家，然而，能夠批量生產(chǎn)并達(dá)到實(shí)用化水平的廠家不到20家。國(guó)內(nèi)廠商大多生產(chǎn)液體雙電層電容器，重要企業(yè)有錦州凱美能源（原錦州富辰、錦州錦容）、北京集星電子、上海奧威等十多家。錦州凱美能源是國(guó)內(nèi)最大的超級(jí)電容器專業(yè)生產(chǎn)廠，主要生產(chǎn)紐扣型和卷繞型超級(jí)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(jí)電容器上。從各廠商的產(chǎn)品來看，核心企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)并不直接，因?yàn)闆]有完全重復(fù)的，競(jìng)爭(zhēng)也只是局限于一個(gè)領(lǐng)域范圍內(nèi)的。預(yù)計(jì)2009-2010年各企業(yè)之間仍將有良好的合作

13、，市場(chǎng)格局不會(huì)發(fā)生大的變化。集星、凱美、奧維等幾家企業(yè)仍將占據(jù)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)絕大的份額，細(xì)分市場(chǎng)上各企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)將更加明顯?？偟脕碚f，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)不會(huì)太激烈?；谥袊?guó)消費(fèi)電子近年來的驚人增長(zhǎng)表現(xiàn)，預(yù)計(jì)今后幾年內(nèi)，我國(guó)紐扣型超級(jí)電容器有望保持30%以上的平均增長(zhǎng)率，卷繞型和大型超級(jí)電容器則有可能保持50%以上的平均增長(zhǎng)率。到2013年，我國(guó)超級(jí)電容器的整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望達(dá)到79億元。超級(jí)電容電池的蓄電量尚不能滿足需要，而且放電電流比較難控制，不能在純電力系統(tǒng)的車輛上使用。Flexible and planar graphene conductive additives for lithium-ion ba

14、tteriesFang-Yuan Su,a Conghui You,a Yan-Bing He,ab Wei Lv,a Wei Cui,a Fengmin Jin,a Baohua Li,bQuan-Hong Yang*ab and Feiyu Kang 石墨烯是引入一種鋰離子電池(自由)作為小說但強(qiáng)大的平面導(dǎo)電添加劑和柔性石墨烯導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是一部小說“plane-to-point”進(jìn)行模式具有特殊的電子傳遞特性和獨(dú)特的幾何性質(zhì)(軟和超薄平面結(jié)構(gòu))。石墨烯的分?jǐn)?shù)要低得多基礎(chǔ)添加劑，添加劑比商業(yè)碳graphene-introduced磷酸鐵鋰陰極顯示比商業(yè)情況下更好的充電/放電性能。石墨烯還顯

15、示一個(gè)更好的性能與碳納米管相比，另一種類型的小說導(dǎo)電添加劑具有類似分?jǐn)?shù)。這些結(jié)果現(xiàn)在我們表明石墨烯可能會(huì)發(fā)現(xiàn)早期的應(yīng)用程序靈活平面導(dǎo)電添加劑高性能庫，表明隨著我們進(jìn)一步努力的graphene-introduced電池更好的性能比真正的商業(yè)電池與傳統(tǒng)添加劑。介紹近年來，可充電鋰離子電池(自由)著名的技術(shù)在全球電池市場(chǎng)，是廣泛的認(rèn)為是最可能的候選人之一為電動(dòng)汽車電源。由于其高氧化還原電位，大理論能力，出色的穩(wěn)定性,低成本和環(huán)境仁慈，已作為一個(gè)商業(yè)應(yīng)用磷酸鐵鋰重要的正極材料，尤其是在的情況下電動(dòng)汽車。為磷酸鐵鋰的重大限制積極的材料電子電導(dǎo)率(大約是可憐的109年代cm1)的性能產(chǎn)生負(fù)面影響由此產(chǎn)生的

16、自由，尤其是4的高效的電池，因?yàn)殇囯x子插入/萃取反應(yīng)本質(zhì)上是受電極的電子導(dǎo)電率的影響。為了提高電導(dǎo)率，阿曼德等人首先嘗試外套電子導(dǎo)電層LiFePO4。自那時(shí)以來，許多人一直努力控制薄導(dǎo)電涂料碳層。各種sp2碳材料，12日至16日炭黑、導(dǎo)電石墨、乙烯黑色和最近碳納米管曾向陰極系統(tǒng)導(dǎo)電添加劑。在這種情況下，超過臨界質(zhì)量一部分這些添加劑，相鄰的碳粒子彼此接近保證電接觸，通過電子隧穿或直接接觸形成導(dǎo)電材料是嵌入式網(wǎng)絡(luò)的積極活躍。如今，這些導(dǎo)電碳添加劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的陰極系統(tǒng)是相對(duì)較高的。例如：磷酸鐵鋰wt%的情況下，甚至高達(dá)6-10wt%的情況下高效的電池，3、14、17大幅減少能量密度，誘發(fā)一些電化學(xué)反

17、應(yīng)并增加了成本。因此，更有效的添加劑需要一個(gè)小得多的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在未來庫，特別是對(duì)于高效的情況下，他們必須更有效進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)保證快速鋰離子插入/提取和電子轉(zhuǎn)移。兩個(gè)點(diǎn)應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)優(yōu)化的碳基添加劑并進(jìn)一步組裝形成一個(gè)有效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)是導(dǎo)電性，這意味著石墨表構(gòu)成碳添加劑應(yīng)該沒有缺陷或較低缺陷濃度和另一個(gè)點(diǎn)應(yīng)該低表觀密度，這意味著碳層接觸活躍材料盡可能有效。換句話說,取得足夠的電導(dǎo)率在陰極系統(tǒng)，所需數(shù)量的導(dǎo)電添加劑通常較低，低的表觀密度(體積)特定的添加劑和電導(dǎo)率越高。一些努力對(duì)這個(gè)目的和多壁碳納米管(MWCNT)已被證明是一個(gè)非常有前途的替代傳統(tǒng)的碳基添加劑。他們的特點(diǎn)是有一個(gè)較小的數(shù)量和更好的性能,因?yàn)槔w維形態(tài)和高接