超級電容的原理及應用研究

　　[摘要]超級電容器作為一種新型儲能元件填補了傳統(tǒng)的靜電電容器和化學電源之間的空白。本文介紹了超級電容的原理、特性、優(yōu)缺點，分析了超級電容在復合電動汽車中的工作原理，概述了超級電容在國內外各領域的應用研究。

　　隨著科學技術的進步，現(xiàn)在的人們對生態(tài)環(huán)境保護和綠色能源的應用越來越重視，超級電容作為一種新型的儲能元件引起了人們的廣泛重視與關注。超級電容器(Super capacitor)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器件，它的出現(xiàn)填補了傳統(tǒng)的靜電電容器和化學電源之間的空白。

?？诮?jīng)濟學院，孫雷

　　1.超級電容的原理及分類

　　超級電容是一種具有超級儲電能力、可提供強大脈動功率的物理二次電源。超級電容如果按儲能機理主要分為三類[1]①由碳電極和電解液界面上電荷分離產(chǎn)生的雙電層電容；②采用金屬氧化物作為電極，在電極表面和體相發(fā)生氧化還原反應而產(chǎn)生可逆化學吸附的法拉第電容；③由導電聚合物作為電極而發(fā)生氧化還原反應的電容。雙電層超級電容是靠極化電解液來儲存電能的一種新型儲能裝置，結構如圖1所示

　　由于雙電層電容的充放電純屬于物理過程，其循環(huán)次數(shù)高，充電過程快，因此比較適合在電動車中應用。雙電層超級電容是懸在電解質中的兩個非活性多孔板，電壓加載到兩個板上。加在正極板上的電勢吸引電解質中的負離子，負極板吸引正離子，從而在兩電極的表面形成了一個雙電層電容器。一個超級電容單元的電容量高達幾法至數(shù)萬法[2]由于這種結構采用特殊的工藝，使其等效電阻很低，電容量很大、內阻較小，使得超級電容具有很高的尖峰電流，因此超級電容具有很高的比功率，它的功率密度是電池的50～100倍，可達到10×103W/kg左右，此特點讓超級電容非常適合應用在短時大功率的場合。

　　2.超級電容的特性

　　超級電容器使用過程中是沒有任何的化學反應，也沒有高速旋轉等機械運動；對于環(huán)境沒有污染，也沒有任何的噪聲；它的結構簡單、體積小，是非常理想的儲能設備。超級電容產(chǎn)品具有如下技術特性[3]

　　(1)充電速度快。充滿其額定容量的95%以上僅需10秒～10分鐘；

　　(2)循環(huán)壽命長。深度充放電循環(huán)可達1～50萬次，例如，北京合眾匯能公司生產(chǎn)的HCC250F/2.7V的超級電容器和北京集星科技公司生產(chǎn)的系列電容的循環(huán)壽命均在50萬次以上；

　　(3)能量轉換效率高。大電流能量循環(huán)效率>90%；

　　(4)功率密度高?？蛇_300W/kg—50000W/kg，為蓄電池的5～10倍；

　　(5)原材料生產(chǎn)、使用、存儲及拆解過程均無污染，是理想的綠色環(huán)保電源；安全系數(shù)高，長期使用免維護；

　　(6)高充放電效率。由于內阻很小，所以充放電損耗也很小，具有很高的充放電效率，可達90%以上。

　　(7)溫度范圍寬。達-40～+70℃。超級電容器電極材料的反應速率受溫度影響不大；

　　(8)檢測控制方便。剩余電量可通過公式E=CV2/2直接算出，只需要檢測端電壓就可以確定所儲存的能量，荷電狀態(tài)(SOC)的計算簡單準確，因此易于能量管理與控制。

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