超级电容器综述解析

电子技术查新训练文献综述报告

题目超级电容器技术综述

学号3130434055

班级微电132

学生赵思哲

指导教师杨莺

2014 年

超级电容器技术综述

摘要：近年来，随着经济的迅猛发展，人们在实际应用中对储能装置各项技术指标的需求不断提高，而当前电池的标准设计能力已经逐渐无法满足人们的要求，超级电容器应运而生。超级电容器是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。作为一种新的储能元件,它填补了传统电容器和电池之间的空白,能提供比普通电容器更高的能量和比二次电池更高的功率以及更长的循环寿命,同时还具有比二次电池耐温和免维护的优点。本文主要针对超级电容器的储能机理、超级电容器电极材料、超级电容器的发展动态以及未来应用的展望进行了简单的论述。

关键词：超级电容器；储能机理；活性炭；发展现状；应用展望。

A Review of the technology of super capacitor

Abstract：In recent years，With the rapid development of economy，People advance the need that can equip each technique index sign to continuously raise at practical application。But the standard design ability of the current battery have already canned not satisfy people's request gradually，The super capacitor emerges with the tide of the times。The super capacitor is a kind of new energy storing device, it has many characteristics such as short refresh time, long service life, good temperature characteristic, energy conservation,Environment protecting.As a new kind energy storage element, it filled up traditional capacitor and the blank of battery.It can provide energy than the common capacitor higher and the power than secondary battery higher and the longer circulating life.Meanwhile it has the advantage of rating of temperature and no maintenance than secondary battery.The text mainly aims at the keeping of super capacitor development dynamic state of ability mechanism, super capacitor electrode material, super capacitor and in the future apply of the outlook carried on simple treatise.

Key Words：super capacitor; The energy storage mechanism; active carbon; development trend; Application trend .

引言

近几年出现的超级电容器，它兼有物理电容和电池的特性，是人们未来探索的确定方向。超级电容器是比物理电容器更好的储能元件。目前，用于超级电容器的电极材料主要是炭材料，由于一些炭材料比如氧化锰低价高能，所以受到很多科学家的青睐。超级电容器自面市以来，全球需求量快速扩大，已成为化学电源领域内新的产业亮点。超级电容器在电动汽车、混合燃料汽车、特殊载重汽车、电力、消费性电子产品等众多领域有着巨大的应用价值和市场潜力，被世界各国所广泛关注。就目前的国际形势来看，超级电容器有着很大的应用前景。

1超级电容器概述

1.1超级电容器的定义及特点

超级电容器是一种介于普通电容器和化学电池之间的储能器件,兼具两者的优点, 如功率密度高、能量密度高、循环寿命长、可快速充放电,并具有瞬时大电流放电和对环境无污染等特性.它涉及材料、能源、化学、电子器件等多个学科,成为交叉学科研究的热点之一. 作为一种绿色环保、性能优异的新型储能器件, 超级电容器在众多的领域有广泛的应用,包括国防、军工,以及电动汽车、电脑、移动通信等民用领域,因而受到了世界各国, 尤其是发达国家的高度重视。[1]

表1为各钟元件储能性能：[2]

表1 各储能系统的性能比较

1.2超级电容器的历史发展

双电层电容器是建立在双电层理论基础之上的. 1879年 Hemlholz发现了电化学界面的双电层电容性质; 1957年, Becker申请了第一个由高比表面积活性炭作电极材料的电化学电容器方面的专利;1962年标准石油公司生产了一种6V的以活性碳 (AC)作为电极材料, 以硫酸水溶液作为电解质的超级电容器.1979年NEC公司开始生产超级电容器,开始了电化学电容器的大规商业应用;在超级电容器的产业化上,最早1980年 NEC /Tokin与 1987年松下三菱的产品. 到 20世纪90年代, Econd和 EL IT推出了适合于大功率启动动力场合的电化学电容器. 如今, Panasonic、NEC、EPCOS、Maxwell、Powerstor、Evans,SAFT, NESS等公司在超级电容器方面的研究均非常活跃.[3]目前美国、日本、俄罗斯的产品几乎占据了整个超级电容器市场，各个国家的超级电容量器产品在功率、容量、价格等方面都自己的特点和优势.与国外相比, 我国超级电容器的研究起步晚, 目前国内研制超级电容器企业有天津力神公司、上海奥威科技开发有限公司、北京集星联合电子科技有限公司等.国内研发和生产的超级电容器主要用于民用, 如各种动交通工具的辅助电源、UPS系统、电磁开关. 天津力神公司与美国 Maxwell公司合作, 产品性能达到国内领先; 上海奥威科技开发有限公司以开发超级电容器电动汽车为研发目标, 并将上海 11路公共汽车定为超级电容电动车的示范线, 开始了商业化运营, 北京集星联合电子产品主要以卷绕型活性炭纤维布作电极, 生产高电压和高容量的有机超级电容器.[4]这一产品不断地得到市场的认知, 市场的拓展也在成几何倍数增长。

2.超级电容器的电极材料

2.1超级电容器的电极材料

电极材料是超级电容器的关键，它决定着超级电容器的主要性能指标.[5]科学家们对各种具有特定属性的材料已进行了研究，探讨超级电容器的潜力和适用性先进的超级电容器具有高容量的性能，如碳基材料、过渡金属氧化物和导电聚合物。[6]

2.1.1炭材料

多孔炭材料比电容高，循环寿命长，且资源丰富、结构多样、成本适中，是超级电容器领域最为活跃的研究方向.如表2。

表2 各种炭材料和期前驱的关系[10]