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超級(jí)電容器:性能優(yōu)越的儲(chǔ)能器件

作者: 時(shí)間:2012-04-30 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
極電容器;另一種則被稱為“法拉第準(zhǔn)電容”,由貴金屬和貴金屬氧化物電極等組成,其電容的產(chǎn)生是基于電活性離子在貴金屬電極表面發(fā)生欠電位沉積,或在貴金屬氧化物電極表面及體相中發(fā)生的氧化還原反應(yīng)而產(chǎn)生的吸附電容,該類電容的產(chǎn)生機(jī)制與雙電層電容不同,并伴隨電荷傳遞過程的發(fā)生,通常具有更大的比電容。

  根據(jù)超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)及電極上發(fā)生反應(yīng), 又可分為以下2種如果兩個(gè)電極的組成相同且電極反應(yīng)相同,反應(yīng)方向相反,則被稱為對(duì)稱型。碳電極,貴金屬氧化物電容器即為對(duì)稱型電容器。如果兩電極組成不同或反應(yīng)不同,則被稱為非對(duì)稱型,由可以進(jìn)行n型和p 型摻雜的導(dǎo)電聚合物作電極的電容器即為非對(duì)稱型電容器,其性能表現(xiàn)形式更接近蓄電池,表現(xiàn)出更高的比能量和比功率。

  根據(jù)超級(jí)電容器的電解質(zhì)來分,又可分為以下2種:

  超級(jí)電容器的最大可用電壓由電解質(zhì)的分解電壓所決定。電解質(zhì)可以是水溶液(如強(qiáng)酸或強(qiáng)堿溶液)也可是有機(jī)溶液(如鹽的質(zhì)子惰性溶劑溶液)。用水溶液體系可獲得高容量及高比功率(因?yàn)樗芤弘娊赓|(zhì)電阻較非水溶液電解質(zhì)低,水溶液電解質(zhì)電導(dǎo)為10- 1~10- 2S·cm - 1,而非水溶液體系電導(dǎo)則為10- 3~10- 4S·cm - 1)選用有機(jī)溶液體系則可獲得高電壓(因?yàn)槠潆娊赓|(zhì)分解電壓比水溶液的高,有機(jī)溶液分解電壓約3.5V,水溶液則為1.2V),從而也可獲得高的比能量。

  四、超級(jí)電容的應(yīng)用

  超級(jí)電容器產(chǎn)品雖然問世不久而且相對(duì)較少,但由于它具有特殊的優(yōu)點(diǎn),在許多領(lǐng)域獲得應(yīng)用,其前景是十分光明的。

  混合型電動(dòng)車的加速或啟動(dòng)電源

  由Maxwell Technolog ies公司生產(chǎn)的Power Cache超級(jí)電容器,已由通用汽車公司AllisONTransm ission Division組成并聯(lián)混合電源系統(tǒng)和串聯(lián)電源系統(tǒng)用在貨車和汽車上。Allison期望Maxwell超級(jí)電容有6年以上的使用壽命。跟相應(yīng)的蓄電池組比起來,超級(jí)電容的儲(chǔ)能裝置重量只有前者的1/3,體積只有前者的1/2.

  ISE Resarch - Th und er Volt公司也將Parer Cach e 超級(jí)電容器用于其新開發(fā)的重型混合電力推進(jìn)系統(tǒng)Th und er Pack.該系統(tǒng)是將149 個(gè)Maxwell的PC2500超級(jí)電容器裝到一個(gè)用風(fēng)扇冷卻的鋁套內(nèi)。每個(gè)貯能堆可以貯存或釋放150kW 的電力,雙連體可達(dá)到300kW ,完全滿足了大型汽車或卡車加速時(shí)的需求。第一個(gè)Th und er堆交給拉斯維加斯的Nevada大學(xué)做混合動(dòng)力車試驗(yàn)。

  將蓄電池與超級(jí)電容結(jié)合起來,他們的優(yōu)點(diǎn)可以互補(bǔ),成為一個(gè)極佳的貯能系統(tǒng)。Maxwell公司和Exid e 公司聯(lián)合開發(fā)這一組合系統(tǒng),用于卡車低溫起動(dòng)、中型和重型卡車、陸上和地下的軍事用車,它在大電流以及高低溫條件下工作,都會(huì)有很長(zhǎng)的壽命。

  優(yōu)秀的貯能裝置

  現(xiàn)有超級(jí)電容器產(chǎn)品,它不僅已經(jīng)用作光電功能電子表和計(jì)算機(jī)貯存器等小型裝置電源,而且還可以用于固定電站。在邊遠(yuǎn)缺電地區(qū),超級(jí)電功容器可以和風(fēng)力發(fā)電裝置或太陽(yáng)能電池組成混合電源,使無風(fēng)或夜間也可以提供足夠的電源。衛(wèi)星上使用的電源多是由太陽(yáng)能電池與鎘鎳電池組成的混合電源,一旦裝上了超級(jí)電容器,那么衛(wèi)星的脈沖通訊能力一定會(huì)得到改善。此外,由于它具有快速充電的特性,那么相對(duì)于電動(dòng)玩具這種需要快速充電的設(shè)備來說,無疑是一個(gè)理想電源。

  USP系統(tǒng)和應(yīng)急電源

  當(dāng)今的USP系統(tǒng)大多使用鉛蓄電池作為電能存儲(chǔ)裝置。由于它的充電接受能力遠(yuǎn)不如超級(jí)電容器,在頻繁停電的情況下使用時(shí),就會(huì)因?yàn)殚L(zhǎng)期充電不足而使電池硫酸鹽化,從而縮短使用壽命。

  超級(jí)電容器可以在數(shù)分鐘之內(nèi)充足電,就完全不會(huì)受頻繁停電的影響。此外,在某些特殊情況下,超級(jí)電容器的高功率密度輸出特性,會(huì)使它成為良好的應(yīng)急電源。例如在煉鋼廠的高爐冷卻水是不允許中斷的,都備有應(yīng)急水泵電源。一旦停電,超級(jí)電容器可以立即提供很高的輸出功率啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組,向高爐和水泵供電,確保高爐安全生產(chǎn)。

  軍事領(lǐng)域大有作為

  美國(guó)軍方對(duì)超級(jí)電容器用于重型卡車、裝甲運(yùn)兵車及坦克很感興趣。Maxwell公司正在向Osh kosh 汽車公司提供的PowerCach e 超級(jí)電容器,為美國(guó)軍方制造H EMTT LMS概念車。所用的動(dòng)力就是該公司生產(chǎn)的Pro Pulse混合電力推進(jìn)系統(tǒng)。

  激光探測(cè)器或激光武器需要大功率脈沖電源;若為移動(dòng)式的,就必須有大功率的發(fā)電機(jī)組或大容量的蓄電池,而其重量和體積會(huì)使激光武器的機(jī)動(dòng)性大大降低。超級(jí)電容器可以高功率輸出并可在很短時(shí)間內(nèi)充足電,顯然是一個(gè)極佳的電源。

  用超級(jí)電容器對(duì)氫能燃料電池進(jìn)行補(bǔ)償是其在軍事領(lǐng)域一個(gè)很重要的應(yīng)用。

  PEMFC 發(fā)電技術(shù)以其高效、清潔、重量輕、體積小、工作溫度低等優(yōu)點(diǎn),在人防指揮工程中有著極其廣闊的應(yīng)用前景。但是無論采取哪種供電方式,都必須將PEMFC發(fā)電機(jī)發(fā)出的不穩(wěn)定直流電變換為穩(wěn)定的直流電,才能供給負(fù)載或逆變器使用。而PEMFC發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性在發(fā)生負(fù)載突增時(shí)表現(xiàn)出明顯的電壓瞬時(shí)跌落,使后續(xù)的DC/DC和DC/AC發(fā)生保護(hù)而無法正常工作。采用超級(jí)電容器對(duì)PEMFC發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行補(bǔ)償,可以去掉突增負(fù)載時(shí)的電壓跌落尖峰,改善發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)輸出性能,為后續(xù)的直流負(fù)載和DC/AC提供穩(wěn)定的直流電壓。

  五、超級(jí)電容器的前景

  目前,國(guó)外(特別是美國(guó)、日本)對(duì)超級(jí)電容器的研究重點(diǎn)主要在于如何提高超級(jí)電容器的儲(chǔ)能密度以滿足電動(dòng)車等應(yīng)用,其研究?jī)?nèi)容涉及到新材料的研發(fā)、制作工藝方法改進(jìn)等。國(guó)內(nèi)對(duì)超級(jí)電容器的研究則剛剛起步,目前只有少數(shù)企業(yè)可以工業(yè)化生產(chǎn)活性炭類超級(jí)電容器,所需要做的工作還很多。

  雖然超級(jí)電容器在應(yīng)用中顯示出強(qiáng)大的生命力,但是也要看到,目前的超級(jí)電容器在電能儲(chǔ)存方面與電池相比還有一定的差距,因此怎樣提高單位體積內(nèi)的儲(chǔ)能密度是目前超級(jí)電容器領(lǐng)域的一個(gè)研究重點(diǎn)和難點(diǎn)。

  應(yīng)該說制作工藝與技術(shù)的改進(jìn)是提高超級(jí)電容器儲(chǔ)存電能能力的一個(gè)行之有效的方法,這種方法包括“雜化”超級(jí)電容技術(shù)。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看,尋找新的電極活性材料才是根本所在,但同時(shí)這也是難點(diǎn)所在。超級(jí)電容器越來越輕、供電能力越來越強(qiáng)的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)必須借助一些高新技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用,如納米技術(shù)等,只有這樣,超級(jí)電容器的前景才會(huì)越來越光明。

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