电池和超级电容器基础知识
一、电池基础知识
1、一次电池和充电电池有什么区别？
电池内部的电化学性决定了该类型的电池是否可充，根据它们的电化学成分和电极的结构可知，真正的可充电电池的内部结构之间所发生反应是可逆的。理论上，这种可逆性是不会受循环次数的影响，既然充放电会在电极体积和结构上引起可逆的变化，那么可充电电池的内部设计必须支持这种变化，既然，一次电池仅做一放电，它内结构简单得多且不需要支持这种变化，因此，不可以将一次电池拿来充电，这种做法很危险也很不经济，如果需要反复使用，应有尽有选择真正的循环次数在1000次左右的充电电池，这种电池也可称为一次电池或蓄电池。
2、一次电池和二次电池还有其他的区别吗？
另一明显的区别就是它们能量和负载能力，以及自放电率，二次电池能量远比一次电池高，然而他们的负载能力相对要小。
3、可充电便携式电池的优缺点是什么？
充电电池寿命较长，可循环1000次以上，虽然价格比干电池贵，但如果经常使用的话，是比较划算的。充电电池的容量比同规格的碱锰电池或锌碳电池低，比如，他们放电较快。
另一缺点是由于他们几近恒定的放电电压，很难预测放电何时结束。当放电结束时，电池电压会突然降低。假如在照相机上使用，突然电池放完了电，就不得不终止。
但另一方面可充电电池能提供的容量比太部分一次电池高。
但Li-ion电池却可被广泛地用照相器材中，因为它容量高，能量密度大，以及随放电深度的增加而逐渐降低的放电电压。
4、充电电池是怎样实现它的能量转换？
每种电池都具有电化学转换的能力，即将储存的化学能直接转换成电能，就二次电子（也叫蓄电池）而言（另一术语也称可充电使携式电池），在放电过程中，是将化学能转换成电能；而在充电过程中，又将电能重新转换成化学能。这样的过程根据电化学系统不同，一般可充放电500次以上，而我司产品li-ion可重复充放电1000次以上。Li-ion是一种新型的可充电便携式电池。它的额定电
压为3.6V，它的放电电压会随放电的深度逐渐衰退，不象其他充电电池一样，在放电未，电压突然降低。
5、什么是Li-ion电池？
Li-ion是锂电池发展而来。所以在介绍Li-ion之前，先介绍锂电池。举例来讲，以前照相机里用的扣式电池就属于锂电池。锂电池的正极材料是锂金属，负极是碳。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。在Li-ion的充放电过程中，锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。Li-ion就像一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就象运动员一样在摇椅来回奔跑。所以Li-ion又叫摇椅式电池。
6、Li-ion电池有哪几部分组成？
（1）电池上下盖
（2）正极——活性物质为氧化锂钴
（3）隔膜——一种特殊的复合膜
（4）负极——活性物质为碳
（5）有机电解液
（6）电池壳（分为钢壳和铝壳两种）
7、Li-ion电池有哪些优点？哪些缺点？
Li-ion具有以下优点：
1）单体电池的工作电压高达3.6-3.8V：
2）比能量大，目前能达到的实际比能量为100-115Wh/kg和240-253Wh/L （2倍于Nl-Cd，1.5倍于Ni-MH）,未来随着技术发展,比能量可高达150Wh/kg 和400 Wh/L
3）循环寿命长,一般均可达到500次以上,甚至1000次.对于小电流放电的电器,电池的使用期限将倍增电器的竞争力。
4）安全性能好,无公害,无记忆效应.作为Li-ion前身的锂电池,因金属锂易形成枝晶发生短路,缩减了其应用领域：Li-ion中不含镉、铅、汞等对环境有污染的元素：部分工艺（如烧结式）的Ni-Cd电池存在的一大弊病为“记忆效应”，严重束缚电池的使用，但Li-ion根本不存在这方面的问题。
5）自放电小
室温下充满电的Li-ion储存1个月后的自放电率为10%左右，大大低于
Ni-Cd的25-30%，Ni、MH的30-35%。Li-ion也存在着一定的缺点，如：1）电池成本较高。主要表现在LiCoO2的价格高（Co的资源较小），电解质体系提纯困难。
2）不能大电流放电。由于有机电解质体系等原因，电池内阻相对其他类电池大。故要求较小的放电电流密度，一般放电电流在0.5C以下，只适合于中小电流的电器使用。
3）需要保护线路控制。
A、过充保护：电池过充将破坏正极结构而影响性能和寿命；同时过充电使电解液分解，内部压力过高而导致漏液等问题；故必须在4.1V-4.2V的恒压下充电；
B、过放保护：过放会导致活性物质的恢复困难，故也需要有保护线路控制。
8、什么是锂离子制造过程？
1）配料
用专门的溶液和粘接剂分别与粉末状的正负极活性物质混合，经高速搅拌均匀后，制成浆状的正负极物质。
2）涂漠
将制成的浆料均匀地涂覆在金属箔的表面，烘干，分别制成正负极极片。
3）装配
按正极片——隔膜——负极片——隔膜自上而下的顺序放好，经卷绕制成电池极芯，在经注入电解液、封口等工艺过程，即完成电池装配过程。制成成品电池。
4）化成
用专用的电池充放电设备对成品电池进行充放电测试，对每一只电池都进行检测。筛选出合格的成品电池，待出厂。
9、锂离子安全特性是如何实现的？
为了确保Li-ion安全可靠的使用，专家们进行了非常严格、周密的电池安全性能设计，以达到电池安全考核指标。
1）隔膜135℃自动关断保护
采用国际先进的Celgars2300PE-PP-PE三层复合膜。在电池升温达到120℃的情况下，PE复合膜两侧的膜孔闭合，电池内阻增大，电池内部升温减缓，电池升温达到135℃时，PP膜孔闭合，电池内部断路，电池不再升温，确保电池安全可靠。
2）向电解液中加入添加剂
在电池过充，电池电压高于4.2V的条件下，电解液添加剂与电解液中其他物质聚合，电池内阻大幅度增加，电池内部形成大面积断路，电池不再升温。3）电池盖复合结构
电池盖采用刻痕防爆球结构，电池升温时，电池内部活化过程中所产生的部分气体膨胀，电池内压加大，压力达到一定程度刻痕破裂、放气。
4）各种环境滥用测试
进行各项滥用实验，如外部短路、过充、针刺、冲击、焚烧等，考察电池安全性能。同时对电池进行温度冲击实验和振动、跌落、冲击等力学性能实验，考察电池在实际使用环境焉的性能情况。
9、什么充电限制电压？额定容量？额定电压？终止电压？
A、充电限制电压
按生产厂家规定，电池由恒流充电转入恒压充电时的电压值。
B、额定容量
生产厂家标明的电池容量，指电池在环境温度为20℃±5℃条件下，以5h 率放电至终止电压时所应提供的电量，用C5表示，单位为Ah（安培小时）或mAh（毫安小时）。
C、标称电压
用以表示电池电压的近似值。
D、终止电压
规定放电终止时电池的负载电压，其值为n*2.75V(锂离子单体电池的串联只数用“n”表示)。
10、为什么恒压充电电流为逐渐减少？
因为恒流过程终止时，电池内部的电化学极化然保持再整个恒流中相同的水平，恒压过程，再恒定电场作用下，内部Li+的浓差极化在逐渐消除，离子的迁移数和速度表现为电流逐渐减少。
11、什么是电池的容量？
电池的容量有额定容量和实际容量之分。电池的额定量是指设计与制造电池时规定或保证电池在一定的放电条件下，应该放出最低限度的电量。Li-ion规定电池在常温、恒流（1C）恒压（4.2V）控制的充电条件下充电3h，电池的实际容量是指电池在一定的放电条件下所放出的实际电量，主要受放电倍率和温度的影响（故严格来讲，电池容量应指明充放电条件）。容量常见单位有：mAh、Ah=1000mAh）。
12、什么是电池内阻？
是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力。有欧姆内阻与极化内阻两部分组成。电池内阻大，会导致电池放电工作电压降低，放电时间缩短。内阻大小主要受电池的材料、制造工艺、电池结构等因素的影响。是衡量电池性能的一个重要参数。注：一般以充电态内阻为标准。测量电池的内阻需用专用内阻仪测量，而不能用万用表欧姆档测量。
13、什么是开路电压？
是指电池在非工作状态下即电路无电流流过时，电池正负极之间的电势差。一般情况下，Li-ion充满电后开路电压为4.1-4.2V左右，放电后开压为3.0V左右，通过电池的开路电压，可以判断电池的荷电状态。
14、什么是工作电压？
又称端电压，是指电池在工作状态下即电路中有电流过时电池正负极之间电势差。在电池放电工作状态下，当电流流过电池内部时，不需克服电池的内阻所造成阻力，故工作电压总是低于开路电池，充电时则与之相反。Li-ion的放电工作电压在3.6V左右。
15、什么是放电平台？
放电平台是恒压充到电压为4.2V并且电电流小于0.01C时停充电，然后搁置10分钟，在任何们率的放电电流下下放电至3.6V时的放电时间。是衡量电池好坏的重要标准。
16、什么是（充放电）倍率？时率？
是指电池在规定的时间内放出其额定容量时所需要的电流值，它在数据值上等于电池额定容量的倍数，通常以字母C表示。如电池的标称额定容量为
600mAh为1C（1倍率），300mAh则为0.5C,6A(600mAh)为10C.以此类推。
时率又称小时率,时指电池以一定的电流放完其额定容量所需要的小时数.如电池的额定容量为600mAh,以600mAh的电流放完其额定容量需1小时,故称600mAh的电流为1小时率,以此类推.
17、什么是自放电率？
又称荷电保持能力，是指电池在开路状态下，电池所储存的电量在一定条件下的保持能力。主要受电池制造工艺、材料、储存条件等因素影响。是衡量电池性能的重要参数。
注：电池100%充电开路搁置后，一定程度的自放电正常现象。在GB标准规定LI-ion后在20±2℃条件下开条件下开路搁置28天。可允许电池有容量损失。
18、什么是内压？
指电池的内部气压，是密封电池在充放电过程中产生的气体所致，主要受电池材料、制造工艺、电池结构等因素影响。其产生原因主要是由于电池内部水分及有机溶液分解产生的气体于电池内聚集所致。高倍率的连续过充，会导致电池温度升高、内压增大，严重时对电池的性能及外观产生破坏性影响，如漏液、鼓底，电池内阻增大，放电时间及循环寿命变短等。Li-ion任何形式的过以都会导致电池性能受到严重破坏，甚至爆炸。帮Li-ion在充电过程中需采用恒流恒压充电方式，避免对电池产生过充。
19、为什么电池要储存一段时间后才能包装出货？
电池的储存性能是衡量电池综合性能稳定程度的一个重要参数。电池经过一定时间储存后，允许电池的容量及内阻有一定程度的变化。经过了一段时间的储
存，可以让内部各成分的电化学性能稳定下来，可以了解该电池的自放电性能的大小，以便保证电池的品质。
20、为什么要化成？
电池制造后，通过一定的充放电方式将其内部正负极物质激活，改善电池的充放电性能及自放电、储存等综合性能的过程称为化成，电池粉有经过化成后才能体现真实性能。
21、正、负极正烘烤的目的是什么？
除去极片内的水份和有机溶剂。
22、正、负极片压片的目的？
使活性物质与网栅及集流片接触紧密，减小电子的移动距离，降低极片的厚度，增加装填量，提高电池体积的利用率。从而提高电池的容量。
23、压片厚度对电池性能有什么影响？
压片厚度太厚时，容易使电池内活性物质量减少，单位体积的活性物质量的减少和极化电位的增大，从而造成电池的容量降低。压片厚度太薄时，容易造成电池内的活性物质量增加，极片表面有效面积减小，从而造成活性材料的浪费和大电流的困难。
24、极片称重的目的是什么？
准确了解和掌握极片的敷料量。
25、配片的目的是什么？
使正负极片上的活性物质的量比例保持一致性。
26、为什么要进行刷片操作？
清除极片上的积尘，积料，毛刺等。
27、正极片采用什么极耳？
采用铝带极耳。
28、负极片采用什么极耳？
采用镍带极耳。
29、焊接极耳的设备？
正极用超声波焊机，负极用点焊机。
30、卷绕车间的湿度对电池质量有什么影响？
卷绕房内的湿度大时，极片吸水量大，增加了极片的水份含量，在电池中产生气体量增加，使电池的内压增加，危害电池的安全性能。水份的增加多消耗电池中的活物质，使电池容量下降。湿度小反之，
31、卷绕车间中空调机和除湿系统的作用？
保持室内的温度恒度，减小室内的湿度，以提高电池的性能。
32、卷绕车间是否可用水擦地板？
不可以
33、卷绕电池芯的主要注意事项
1）、极片与隔膜纸铺平对齐。用手按住极片与隔膜纸时，用力大小适中均匀。电池芯卷绕松紧适当。
2）、注意极片上有无划痕、掉料、缺料、气孔、起泡等不良及隔膜纸有无不良，如有作废品处理。3、卷绕时注意手脚的谐调性，不被卷针划伤手。33、电池芯贴胶纸的目的和位置？
电池芯贴纸的位置在电芯卷绕成型后不变形。底部贴胶纸防止电芯内的正极片底部与电池外壳接触电池造成短路。侧面贴纸使电芯卷绕成型后不变形。底部贴胶纸防止电芯内的正极片底部与电池外壳接触造成电池短路。
34、将极耳焊接到盖板上采用那些设备？
超声波、对焊机。
35、电池芯电阻要求？
大于20MΩ
36、电池芯的电阻达不到要求怎么办？
返修
37、为何极耳也要贴胶纸？
增加牢固性和防止极耳接触产生短路。
38、电池盖板在使用前需要做那些检验？
外形尺寸、形状、厚度、绝缘怀、密封性、耐腐蚀性、材持等项目的检验。
39、电池盖板所能承受的最大压力是多少？
0.4Mpa
40、如何防止电池漏液？
防止电池漏液应做好以下几方面的工作：1、焊接电池外壳与盖帽时，应焊接牢固、密封，焊接无漏焊、虚焊，焊缝无裂缝、裂口等不良。2、钢珠封口时，钢珠大小适当，钢珠材质与盖帽材质相同。焊接无裂口、裂缝并且焊接牢固。3、盖帽的正极柳接紧密，无间隙，并且绝缘密封垫弹性适当，耐腐蚀，不易老化。
41、如何在现有条件下防止未封口电池在车间吸水？
1、作业电池应少量多次。缩短电池在空气中暴露时间。
2、作业完毕的电池及时转送到下一工序。尽量缩短电池在制程中的停滞时间。
42、干燥房的湿度要求？
相对湿度在6%以下。
43、干燥房的湿度对电池的性能有什么影响？
湿度增加使电池芯的吸水量增大，使电池的容量下降，内压增加。
44、如何尽量防止湿气进入干燥房？
少进少出，少开门，干燥房的门不能同时打开。
45、你认为干燥房可以用水擦地板吗？
不可以。
46、电池在注液前需要做那些处理？
涂胶和真空烘烤处理。
47、电池在注液前为何要进行真空烘烤？
尽量除去电芯内的所含的水份和溶剂。
48、电池在注液前为何要称重？
以便准确计算注液量多少。
49、电池注液方法？
用手动注液机或自动注液机进行注液操作。
50、如何检验电池是否注满电解液？
用真空抽吸测试，在注液口上用真空吸时，有电解液被抽上表示已满，没有表示没满。
51、电解液中的LiOF6的作用？
导电的电解质。
52、电解液中的LiPF6的浓度？
1mol/L
53、电解液中溶剂的作用？
溶解电解质，使电解质离子化。
54、电解液的电导率范围？
8×10-3Ω-1
55、电导率对电池工作电流的影响？
电导率影响倍率放电率，和电池的内阻，和电池的电压。
56、电池的内阻受那些因素影响？
电解液的电导率，电池的外壳材料性能，极片的导电率及极耳材料的截面积。电池焊接的质量。
57、电池的容量受那些因素影响？
正负极材料的特征的性能及材料的种类、型号和活性物质的量。正负极活性物质的正确比例。电解液的浓度和种类。生产制程过程。
58、你认为如何在电池生过程中控制电池内的水份？
在生产制程中严格控制环境的湿度以及加强电芯的烘烤控制电池的水份。59、电池在带电时可否用表测量电阻？
可以
60、化成机在化成大容量电池时应该注意什么问题？
注意电池的总功率是否超过化成机的功率。放电深度：与电池额定容量比较，放电量的比率。
● 过充（放）电：指超过电池规定的充（放）电状态，若继续充（放）电可能造成电池漏液或劣化。
● 能量密度：指单位体积或单位质量所释放的能量，一般用体积能量密度（wh/l）和质量能量密度（wh/kg）表示。
● 自放电：电池充满电之后，在与外电路没有接触和常温放置的条件下，其电容量会自然衰减。在储存过程中，电池蓄电容量会逐渐下降，其减少的容量与额定容量的比例，称为自放电率。通常，环境温度对其影响较大，过高温度会加速电池的自放电。电池容量衰减（自放电率）的表达方法为：%/月。镍镉、镍氢电池的自放电率为20-25%/月，锂电池的自放电率为2-5%/月。
61、锂离子安全性能考核项目有哪些？
对于锂离子电池安全性能的考核项目，国内外相关标准上有明确规定: （1）短路
（2）过充电
（3）加热
（4）振动
（5）重物冲击
（6）挤压
（7）跌落
（8）过放电
（9）冲击
对于动力电池，还有浸水、针刺、火烧等要求。
二、超级电容器基本知识
超级电容器是一种新型电容器，又叫作双电层电容器、法拉电容、黄金电容，在储能过程中不发生化学反应，它具有普通电容器的一些特性，但又区别于普通电容器（区别将在下文介绍）。超级电容器的容量产生是靠离子导电形成的双电荷层实现的，在很小的体积下达到法拉级的容量；与电池相比，无须特别的充电电路和控制放电电路和电池相比过充、过放都不对其寿命构成负面影响；从环保的角度考虑，它是一种绿色能源；超级电容器可焊接，因而不存在象电池接触不牢固等问题；内阻较小，寿命长，充放电大于10万次，功率密度(Power Density)是锂离子电池的数十倍以上。
1、特点
超级电容器与二次电池及普通电解电容器对比。
λ超级电容器不同于电池，在某些应用领域，它可能优于电池。有时将两者结合起来（并联使用），将电容器的功率特性（大电流放电）和电池的高能量存储结合起来，是现在普遍采取的方法。λ超级电容器在其额定电压范围内可以被充电至任意电位，且可以完全放出（放电至0V）。而电池则受自身化学反应限制工作在较窄的电压范围（U~1/2U），如果过放可能造成永久性破坏。
λ超级电容器与其体积相当的传统电容器相比可以存储更多的能量，电池与其体积相当的超级电容器相比可以存储更多的能量。在一些功率决定能量存储器件尺寸的应用中，超级电容器是一种更好的途径。
λ超级电容器可以反复传输能量脉冲而无任何不利影响，相反如果电池反复传输高功率脉冲会影响使用寿命。λ超级电容器可以快速充电而电池快速充电则会受到损害。
超级电容器可以反复循环数十万次，而电池寿命仅几百个循环。
2、基本指标
●ESR（等效串联电阻）
ESR为电容器的等效串联电阻，单位欧姆，对于实际电容器来说，都存在一定的内阻，及电容器模型应为理想电容器与电阻（ESR）串联：超级电容器的ESR 比普通电容器大，比电池内阻要小。随着电容器的使用内阻有一定的增大，质量好的电容器增大比率会很小，具体要求根据国家标准。
●漏电流
漏电流用来衡量产品的绝缘特性，超级电容器作为储能装置，理想电容在充满电后自然放置，即无漏电流的情况下，应永远保持满电状态，但实际电容器在制作过程中都会产生一定的漏电流。漏电流的大小决定自放电特性的好坏，这就好比一个水桶的密封性一样。
3、应用领域
（1）快速充电应用，几秒钟充电，几分钟放电。例如电动工具、电动玩具；（2）在UPS系统中，超级电容器提供瞬时功率输出，作为发动机或其它不间断系统的备用电源的补充；
（3）应用于能量充足，功率匮乏的能源，如太阳能；
（4）当公共汽车从一种动力源切换到另一动力源时的功率支持；
（5）小电流，长时间持续放电，例如计算机存储器后备电源；
超级电容器与电池的优缺点对比
超级电容器比电池更好？ ◆ 超级电容器不同于电池，在某些应用领域，它可能优于电池。有时将两者结合起来，将电容器的功率特性和电池的高能量存储结合起来，不失为一种更好的途径。 ◆ 超级电容器在其额定电压范围内可以被充电至任意电位，且可以完全放出。而电池则受自身化学反应限制工作在较窄的电压范围，如果过放可能造成永久性破坏。 ◆ 超级电容器的荷电状态（SOC）与电压构成简单的函数，而电池的荷电状态则包括多样复杂的换算。 ◆ 超级电容器与其体积相当的传统电容器相比可以存储更多的能量，电池与其体积相当的超级电容器相比可以存储更多的能量。在一些功率决定能量存储器件尺寸的应用中，超级电容器是一种更好的途径。 ◆ 超级电容器可以反复传输能量脉冲而无任何不利影响，相反如果电池反复传输高功率脉冲其寿命大打折扣。 ◆ 超级电容器可以快速充电而电池快速充电则会受到损害。 ◆ 超级电容器可以反复循环数十万次，而电池寿命仅几百个循环。 超级电容与电池拉平差距的机会? 尽管超级电容器的制作成本每年都在以低于10%的比例减少，但这项技术依然不能在运输行业和自然能源采集方面扩大生产规模。相比电池领域，超级电容器的技术过于落后，想要缩小两者在研发方面的差距，首要任务应解决如下问题： ■ 增加超级电容器生产厂商数量，通过市场竞争的手段刺激相关技术的研发; ■ 扩大高比功率超级电容器的生产规模，实现突破百万件的年生产量; ■将超级电容器当前的制造成本降低50%; ■ 拟定一个超级电容器可持续发展战略，主要针对更高效电极材料的探索。 要达到上述目标需要厂商对超级电容器市场有一个逐年上升的投资力度，主要用于在设备的研发和生产两方面。与此同时，政府扩大资金和技术支持也将起到至关重要的作用。 ————鸣曦电子
超级电容器和电池的区别.doc
超级电容器和电池的区别 超级电容器与电池的比较 超级电容器不同于电池，在某些应用领域，它可能优于电池。有时将两者结合起来，将电容器的功率特性和电池的高能量存储结合起来，不失为一种更好的途径。 超级电容器在其额定电压范围内可以被充电至任意电位，且可以完全放出。而电池则受自身化学反应限制工作在较窄的电压范围，如果过放可能造成永久性破坏。 超级电容器的荷电状态(SOC)与电压构成简单的函数，而电池的荷电状态则包括多样复杂的换算。 超级电容器与其体积相当的传统电容器相比可以存储更多的能量，电池与其体积相当的超级电容器相比可以存储更多的能量。在一些功率决定能量存储器件尺寸的应用中，超级电容器是一种更好的途径。 超级电容器可以反复传输能量脉冲而无任何不利影响，相反如果电池反复传输高功率脉冲其寿命大打折扣。 超级电容器可以快速充电而电池快速充电则会受到损害。 超级电容器可以反复循环数十万次，而电池寿命仅几百个循环。
如何选择超级电容器 超级电容器的两个主要应用：高功率脉冲应用和瞬时功率保持。高功率脉冲应用的特征：瞬时流向负载大电流;瞬时功率保持应用的特征：要求持续向负载提供功率，持续时间一般为几秒或几分钟。瞬时功率保持的一个典型应用：断电时磁盘驱动头的复位。不同的应用对超电容的参数要求也是不同的。高功率脉冲应用是利用超电容较小的内阻(R)，而瞬时功率保持是利用超电容大的静电容量(C)。 两种计算公式和应用实例 C(F)：超电容的标称容量; R(Ohms)：超电容的标称内阻; ESR(Ohms)：1KZ下等效***电阻; Uwork(V)：在电路中的正常工作电压 Umin(V)：要求器件工作的最小电压; t(s)：在电路中要求的保持时间或脉冲应用中的脉冲持续时间; Udrop(V)：在放电或大电流脉冲结束时，总的电压降; I(A)：负载电流;
超级电容器原理及电特性
超级电容器原理及电特性 Principle & Electric characteristics of Ultra capacitor 辽宁工学院陈永真孟丽囡宁武 Chen Yongzhen Liao Ning Institute of Technology 摘要：叙述了超级电容器的基本结构和工作原理，比较全面地介绍了超级电容器的特点和在特定测试条件下的电特性，分析了如较大的ESR、发热等特殊电特性产生的原因，提出一些注意事项。 关键词：超级电容器 ESR 放电电流 Abstract:Basic structure & principle of ultra-capacitor are described in this paper. The characteristics about ultra-capacitor and electric characteristics in special measuring conditions are also introduced in detail. Some reasons of special electric characteristics are analyzed, such as big ESR and heat, at last some attentions are also put forward. Key words: ultra-capacitor ESR Discharging current 超级电容器是一种高能量密度的无源储能元件，随着它的问世，如何应用好超级电容器，提高电子线路的性能和研发新的电路、电子线路及应用领域是电力电子技术领域的科技工作者的一个热门课题。 1. 级电容器的原理及结构 1.1 超级电容器结构 图一为超级电容器的模型，超级电容器中，多孔化电极采用活性炭粉和活性炭和活性炭纤维，电解液采用有机电解质，如丙烯碳酸脂（propylene carbonate）或高氯酸四乙氨（tetraetry lanmmonium perchlorate）。工作时，在可极化电极和电解质溶液之间界面上形成的双电层中聚集的电容量c由下式确定： 其中ε是电解质的介电常数，δ是由电极界面到离子中心的距离，s是电极界 面的表面面积。 由图中可见，其多孔化电极是使用多孔性的活性碳有极大的表面积在电解液中吸 附着电荷，因而将具有极大的电容量并可以存储很大的静电能量，超级电容器的这一 特性是介于传统的电容器与电池之间。电池相较之间，尽管这能量密度是5%或是更 少，但是这能量的储存方式，也可以应用在传统电池不足之处与短时高峰值电流之中。 这种超级电容器有几点比电池好的特色。 图1超级电容器结构框图 1.2 工作原理 超级电容器是利用双电层原理的电容器，原理示意图如图2。当外加电压加到 超级电容器的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大。当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上电荷不会脱离电解液，超级电容器为正常工作状态（通常为3V以下），如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时，电解液将分解，为非正常状态。由于随着超级电容器放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液的界面上的电荷响应减少。由此可以看出：超级电容器的充放电过程始终是物理过程，没有化学反应。因此性能是稳定的，与利用化学反应的蓄电池是不同的。 2.3 主要特点 由于超级电容器的结构及工作原理使其具有如下特点：
电池和超级电容器基础知识
一、电池基础知识 1、一次电池和充电电池有什么区别？ 电池内部的电化学性决定了该类型的电池是否可充，根据它们的电化学成分和电极的结构可知，真正的可充电电池的内部结构之间所发生反应是可逆的。理论上，这种可逆性是不会受循环次数的影响，既然充放电会在电极体积和结构上引起可逆的变化，那么可充电电池的内部设计必须支持这种变化，既然，一次电池仅做一放电，它内结构简单得多且不需要支持这种变化，因此，不可以将一次电池拿来充电，这种做法很危险也很不经济，如果需要反复使用，应有尽有选择真正的循环次数在1000次左右的充电电池，这种电池也可称为一次电池或蓄电池。 2、一次电池和二次电池还有其他的区别吗？ 另一明显的区别就是它们能量和负载能力，以及自放电率，二次电池能量远比一次电池高，然而他们的负载能力相对要小。 3、可充电便携式电池的优缺点是什么？ 充电电池寿命较长，可循环1000次以上，虽然价格比干电池贵，但如果经常使用的话，是比较划算的。充电电池的容量比同规格的碱锰电池或锌碳电池低，比如，他们放电较快。 另一缺点是由于他们几近恒定的放电电压，很难预测放电何时结束。当放电结束时，电池电压会突然降低。假如在照相机上使用，突然电池放完了电，就不得不终止。 但另一方面可充电电池能提供的容量比太部分一次电池高。 但Li-ion电池却可被广泛地用照相器材中，因为它容量高，能量密度大，以及随放电深度的增加而逐渐降低的放电电压。 4、充电电池是怎样实现它的能量转换？ 每种电池都具有电化学转换的能力，即将储存的化学能直接转换成电能，就二次电子（也叫蓄电池）而言（另一术语也称可充电使携式电池），在放电过程中，是将化学能转换成电能；而在充电过程中，又将电能重新转换成化学能。这样的过程根据电化学系统不同，一般可充放电500次以上，而我司产品li-ion可重复充放电1000次以上。Li-ion是一种新型的可充电便携式电池。它的额定电
超级电容与电池配合模式
超级电容器与锂电池进行组合 随着电动汽车电池的技术难题被逐一攻克，电动汽车的产业化步伐正渐渐逼近。由于新能源汽车日益红火，在2011年12月7日至10日召开的法兰克福汽车配件展也融入了新能源元素，在10日举办了第二届中国新能源汽车及配套产业发展论坛。 与业内鼓吹新能源弯道超车无望的悲观派相比，全球最大电动车专业制造商ZAP大中华区业务发展执行副总裁聂天心和上海瑞华（集团）有限公司（简称瑞华）副总经理陆政德均表示非常看好未来新能源汽车的发展。 聂天心在会上说到，其实新能源汽车并不是一个新的概念，早在1890年在 美国电动汽车与汽油车的销量比是10：1,美国上流人士都是使用电动汽车，并作为一种身份的象征。 数据显示，美国传统内燃机的原油转化效率最理想的状态可达40%，目前市场上最好的汽油机只有30%多。而市场上的电动汽车能源转化率已有80%，乐观估计应该能达到94%。 与对中国电动汽车前景持怀疑态度的悲观派相比，目前电动汽车乐观派大有占据上峰态势，中国电动汽车产业化步伐也渐渐逼近，因为电动汽车的技术难题正在被一群疯狂痴迷电动汽车的专业人群攻克，陆政德就是其中一位。 陆政德在接受中国产业园区网记者采访时表示，目前电动汽车发展主要有两大技术瓶颈，一是电池的续驶里程不稳定，电动汽车续驶里程不稳定主要表现在续驶里程会逐渐减少。二是纯电动汽车续驶里程有限。 目前这两大瓶颈都不再是问题，”陆政德对记者说道，电池续驶里程不稳定问题可以通过能量转移解决，纯电动汽车续驶里程有限可以通过加装小型燃油发动机系统（即增呈式电动车）解决。 电池续驶里程不稳定主要是由于单体电池性能不一致造成。陆政德形象地说 道，不同单体电池的性能差好比姚明和潘长江身高差，如何让他俩的个头一样高， 就需要将性能优良的电池能量转移到性能差的电池上，保持两者能量的一致性，这样就可以做到电动车后期续驶里程能稳定。 另外，瑞华已经成功实现将超级电容器与锂电池进行组合，以延长续驶里程和增强电池的寿命。 超级电容器好比一个具有超强爆发力的短跑运动员，而锂电池好比一个耐力很强的长跑运动员。将两者结合起来，将会同时兼具两者的优点。 超级电容器与锂电池组合后，超级电容器能将电动汽车刹车时产生的能量储存起来，并传导到锂电池内，延长电动汽车的续驶里程。 由于电动汽车刹车对锂电池会有损伤，但从超级电容器内获取电量进行刹车，就不会对锂电池造成损伤，还可以延长锂电池的寿命。 为降低电动汽车自燃概率，随时检测电池在电动汽车运行中的状态，瑞华已经成功开发出一整套电子监控系统和数据中心系统。登录瑞华电动汽车数据中心可查询各个时段电池运行的详细情况。 来源：新能源新材料2012.5 新型电极都有4至5纳米宽的孔隙，高孔隙率具有高概况积，可以存储海量的电荷，有一家新创公司名为纳米屯公司，这家公司说，它的超级电容器手艺可以使电动汽车更廉价，而且延迟行驶里程。该公司位于加州山景城，公司开发出一种体例，用以制备电极，制成的超级电容器具有5至7倍的存储能力，这是对比传统超电容器而言。
替代蓄电池的超级电容储能模块设计
替代蓄电池的超级电容储能模块设计 引言 电能是当代社会不可或缺的重要资源，而储能设备的优劣直接影响着电力设备的充分应用。近年来随着便携式设备、不间断电源系统以及电动车的大量开发使用，蓄电池的使用量日益增加。可充电蓄电池，特别是铅酸蓄电池凭借其价格低廉、性能稳定、没有记忆功能等卓越特点普遍应用在各行各业。但蓄电池受其先天条件的制约，存在着循环寿命差、高低温性能差、充放电过程敏感、深度放电性能容量恢复困难、环境污染的问题，传统蓄电池已经越来越无法满足人们对储能系统的要求。 超级电容是近几年才批量生产的一种新型电力储能器件，也称为电化学电容。它既具有静电电容器的高放电功率优势又像电池一样具有较大电荷储存能力[1，2],单体的容量目前已经做到万法拉级。同时，超级电容还具有循环寿命长、功率密度大、充放电速度快、高温性能好、容量配置灵活、环境友好免维护等优点。自1957年美国人Becker发表第一篇关于超级电容的专利以来，超级电容的应用范围越来越广:在直流电气化铁路供电、UPS等应用方向进行研究，目前已开发出了50kVA和80kVA的实验样机[3]；利用超级电容器配合蓄电池作为辅助动力源，促进汽车的能源回收，提高能源利用率[4]，并出现了超级电容混合动力汽车[5]。随着超级电容性能的提升，它将有望在小功耗电子设备、新能源利用以及其他一些领域中部分取代传统蓄电池。 本文介绍了一种基于超级电容设计的用以替代12V蓄电池的超级电容模块，通过计算分析得出模块的组合结构、最佳充电电流范围、充电时间以及总的输出能量。该模块具有寿命长，不造成污染，功率和能量密度大等优点，具有很好的开发应用前景。 一、超级电容储能模块的设计 由于超级电容的放电不完全，存在最低工作电压，所以单体超级电容的能量为 ，其中C为超级电容的单体电容量，为单体超级电容充电 完成的电压值。 超级电容器单体储存能量有限且耐压不高，需要通过相应的串连并联方法扩容，扩大超级电容的使用范围。而通过相应的DC-DC芯片可以提高超级电容的最低工作电压。假设超级电容以m个串联，n组并联的方式构成。则每个超级电容的能量输出为 (1) 其中，为芯片的最低启动电压。故超级电容阵列的能量总输出为，为超级电容的总能量。 本文采用SU2400P-0027V-1RA超级电容，具有较高的功率比、能量比和较低的等效串联电阻（ESR（DC）=1mΩ）。为了构成替代12V蓄电池的超级电容模块，我们采用8
超级电容器跟锂电池区别
超级电容器（Supercapacitors，ultracapacitor），又名电化学电容器(Electrochemical Capacitors)，双电层电容器(Electrical Double-Layer Capacitor)、黄金电容、法拉电容，是从上世纪七、八十年代发展起来的通过极化电解质来储能的一种电化学元件。它不同于传统的化学电源，是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原假电容电荷储存电能。但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。 突出优点是功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽，是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种。 锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。最早出现的锂电池来自于伟大的发明家爱迪生，使用以下反应： Li+MnO2=LiMnO2该反应为氧化还原反应，放电。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。所以，锂电池长期没有得到应用。随着科学技术的发展，现在锂电池已经成为了主流。
本质来说，超级电容器（双电层）是电容器。储能少。锂电是化学电池。储能多。超级电容具有大功率密度，锂离子电池具有大能量密度。 超级电容器与锂电池相同点都可以贮存能量，不同点是超级电容量瞬间充电瞬间放电。 超级电容器充放电都是物理过程，锂电池是化学过程。 越级电容的最大优势在瞬时大电流上，而电池的优势在适当电流的持续释放上，所以二者可以互补使用，例如在电动车的使用方面最佳方案就是结合使用的，电容主要用于启动时的瞬态高流。 超容的优势在于其储能过程是一个物理过程，功率密度大，电池在于其持续的放电能力，能量密度远大于超容。 超级电容器，分为双电层电容器和不对称的赝电容：双电层电容器的正负极都使用活性炭作为电极材料，利用起超大的比表面积来储存电荷，是一种物理过程;不对称的正极使用的是氧化物，利用氧化还原来储存电荷，负极和上述双电层电容器一样。锂离锂电池，正极材料氧化还原，负极是锂离子的嵌入和脱出。 超级电容器不同于电池，在某些应用领域，它可能优于电池。有时将两者结合起来，将电容器的功率特性和电池的高能量存储结合起来，不失为一种更好的途径。
超级电容选用计算
二、超级电容的主要特点、优缺点 尽管超级电容器能量密度是蓄电池的5%或是更少，但是这种能量的储存方式可以应用在传统蓄电池不足之处与短时高峰值电流之中。相比电池来说,这种超级电容器有以下几点优势： 1.电容量大，超级电容器采用活性炭粉与活性炭纤维作为可极化电极，与电解液接触的面积大大增加,根据电容量的计算公式,两极板的 表面积越大,则电容量越大。因此，一般双电层电容器容量很容易超过1F,它的出现使普通电容器的容量围骤然跃升了3～4个数量级，目前单体超级电容器的最大电容量可达5000F。 2.充放电寿命很长，可达500000次,或90000小时，而蓄电池的充放电寿命很难超过1000次;可以提供很高的放电电流，如2700F的超级电容器额定放电电流不低于950A,放电峰值电流可达1680A，一般蓄电池通常不能有如此高的放电电流，一些高放电电流的蓄电池在如 此高的放电电流下的使用寿命将大大缩短。 3.可以数十秒到数分钟快速充电，而蓄电池在如此短的时间充满电将是极危险的或是几乎不可能。 4.可以在很宽的温度围正常工作（-40℃～+70℃），而蓄电池很难在高温特别是低温环境下工作;超级电容器用的材料是安全和无毒的,而铅酸蓄电池、镍镉蓄电池均具有毒性;而且,超级电容器可以任意并联使用来增加电容量,如采取均压措施后,还可以串联使用。 因此，可以用简短的词语总结出超级电容的优点： ● 在很小的体积下达到法拉级的电容量； ● 无须特别的充电电路和控制放电电路 ● 和电池相比过充、过放都不对其寿命构成负面影响； ● 从环保的角度考虑，它是一种绿色能源； ● 超级电容器可焊接，因而不存在象电池接触不牢固等问题。 缺点：
超级电容电池
超级电容电池 超级电容电池又叫黄金电容、法拉电容，它通过极化电解质来储能，属于双电层电容的一种。由于其储能的过程并不发生化学反应，因此这种储能过程是可逆的，正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容一般使用活性碳电极材料，具有吸附面积大，静电储存多的特点，在新能源汽车中有广泛使用。 目录 1.1概念 2.2工作原理 3.3特点 4.4注意事项 5.5市场前 概念 超级电容器电池又叫双电层电容器(Electrical Double-Layer Capacitor)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。超级电容器用途广泛。用作起重装置的电力平衡电源，可提供超大电流的电力；用作车辆启动电源，启动效率和可靠性都比传统的蓄电池高，可以全部或部分替代传统的蓄电池； 用作车辆的牵引能源可以生产电动汽车、替代传统的内燃机、改造现有的无轨电车；用在军事上可保证坦克车、装甲车等战车的顺利启动（尤其是在寒冷的冬季）、作为激光武器的脉冲能源。此外还可用于其他机电设备
的储能能源。 超级电容器由于石油资源日趋短缺，并且燃烧石油的内燃机尾气排放对环境的污染越来越严重（尤其是在大、中城市），人们都在研究替代内燃机的新型能源装置。已经进行混合动力、燃料电池、化学电池产品及应用的研究与开发，取得了一定的成效。但是由于它们固有的使用寿命短、温度特性差、化学电池污染环境、系统复杂、造价高昂等致命弱点，一直没有很好的解决办法。而超级电容器以其优异的特性扬长避短，可以部分或全部替代传统的化学电池用于车辆的牵引电源和启动能源，并且具有比传统的化学电池更加广泛的用途。正因为如此，世界各国（特别是西方发达国家）都不遗余力地对超级电容器进行研究与开发。其中美国、日本和俄罗斯等国家不仅在研发生产上走在前面，而且还建立了专门的国家管理机构（如：美国的USABC、日本的SUN、俄罗斯的REVA等），制定国家发展计划，由国家投入巨资和人力，积极推进。就超级电容器技术水平而言，目前俄罗斯走在世界前面，其产品已经进行商业化生产和应用，并被第17届国际电动车年会（EVS—17）评为最先进产品，日本、德国、法国、英国、澳大利亚等国家也在急起直追，目前各国推广应用超级电容器的领域已相当广泛。在我国推广使用超级电容器，能够减少石油消耗，减轻对石油进口的依赖，有利于国家石油安全；有效地解决城市尾气污染和铅酸电池污染问题；有利于解决战车的低温启动问题。目前，国内主要有10余家企业在进行超级电容器的研发。 超级电容器是建立在德国物理学家亥姆霍兹提出的界面双电层理论基础上的一种全新的电容器。
超级电容与电池比较
超级电容与电池比较 超级电容器背景 超级电容器一直用于常规电容器和电池之间的专门 市场，随着更多新应用的发现，这一专门市场也在不断增长。在数据存储应用中，超级电容器正在取代电池，这类应用由于突然断接问题，需要中到大电流/ 短持续时间的备份电源和电池备份。具体应用包括 3.3V 内存备份固态硬盘(SSD)、电池供电的便携式工业和医疗设备、工业警报器以及智能功率计。与电池相比，超级电容器能提供更大的峰值功率，具有更小的外形尺寸，在更宽的工作温度范围内具有更长的充电周期寿命，还具有更低的等效串联电阻(ESR)，可提供更高的功率密度。与标准陶瓷、钽或电解质电容器相比，超级电容器以类似的外形尺寸和重量，提供更高的能量密度。通过降低超级电容器的Top-Off 电压，并避开高温 (>50°C)，可以最大限度地延长超级电容器的寿命。下表1 比较了超级电容器、电容器和电池的关键特点。 表1：超级电容器、电容器和电池的比较 总结：超级电容器与电池的比较电池： 高能量密度
中等的功率密度 温度较低时具很高的ESR超级电容器：中等的能量密度 高的功率密度 低ESR ──即使在低温情况(-20°C 与25°C 相比，约增大 2 倍)超级电容器的限制：每节的最高电压限制为2.5V 或 2.75V 在叠置应用中，必须补偿漏电流之差 在高充电电压和高温时，寿命迅速缩短较早一代的两节超级电容器充电器设计是为用于从 3.3V、3xAA 或锂离子/ 聚合物电池以低电流充电。然而，超级电容器技术的改进使市场得以扩大，因此出现了中到大电流应用机会，这类应用未必限定在消费类产品领域内。主要应用包括固态硬盘和海量存储备份系统、工业用PDA 和手持式终端等便携式大电流电子设备、数据记录仪、仪表、医疗设备以及各种各样“濒临电源崩溃”的工业应用(例如安全设备和警报系统)。其他消费类应用包括那些具大功率突发的应用，例如相机中的LED 闪光灯、PCMCIA 卡和GPRS / GSM 收发器、以及便携式设备中的硬盘驱动器(HDD)。目前，超级电容器正用于电池一度是标准配置的应用中。最初的应用是小电流的，不过技术已经进步，超级电容器现在已经用于消费类和非消费类市场上多种中到大功率的应用。超级电容器与电
关于超级电容电池的一些讨论
关于超级电容电池的一些讨论 摘要 本文主要讨论了电池的发展由来，超级电容电池的理论介绍与实际应用，以及它与普通蓄电池性能对比；并且提出了超导电感电池的想法和我们的初步设计。 Abstract: This essay mainly discussed the origin and development of traditional batteries, the idea of super capacitor battery and the differences in their performances. Meanwhile, we raise our own innovative concept of ‘Super Inductive Battery’ and our preliminary design. 前言 超级电容的的功率密度大，充分电时间短，充放电特性好，寿命长，在新能源汽车上有广阔的发展前景。这次上海世博会的园内公交全部使用超级电容公交，在每个停靠点只需短时间充电便能维持客车的良好运行。因此，在超级电容上作研究是完全有必要的。 主体 1.电的储存 电池的最早出现在古希腊，那是人们希望把静电这种神奇的东西保存下来。他们利用导线将摩擦所起的电引向装有铁钉和水的玻璃瓶，实现了电荷的存储，而这恰恰是现在电池的基本雏形。在这种想法的激励下，利用电化学反应存储电
能的蓄电池产生了，利用这种方法存储电能的电池有着较大的容量，确受到放电电流等因素的牵制。然而，基于电容储能思想而发现的超级电容在某些方面有着比普通蓄电池更好的性能。 超级电容电池与普通蓄电池对比表 2.超级电容的大电容特性 虽然超级电容有着种种优势，但续航能力方面却有这很大的不足，就拿世博超级电容公交车来说，在每个停靠点都必需充电，虽然只需短短的几十秒，却限制了它在更大的范围内推广。那么如何才能提高超级电容的续航能力呢? 由于C=εS/4πkd，所以要提高电容可以采用增加ε和极板面积S，或者缩短极板间距离的方法。 减小极板间距离。超级电容采用活性炭材料制作成多孔电极,同时在相对的碳多孔电极之间充填电解质溶液,当在两端施加电压时,相对的多孔电极
超级电容和蓄电池混合使用
超级电容器在电动汽车中的应用 分类：锂电池管理更新时间：2009-12-13 20:27:58 在电机控制系统中，为了提高电机的启动性能，是电机转动更加平稳，都会在电机电源附近并联一个大的电解电容。这是因为电机启动瞬间，由静止开始动作所需要的电流非常大，这个大电流会将电源电压突然拉低，导致电机性能变差。根据电机的功率不同，电容容量可以有不同选择。如果是电动汽车或混合动力车，需要的容量和耐压就更大，这样普通电解电容已经不能胜任，业内常用的做法是应用超级电容器。下面简单介绍超级电容器的应用。 1，特性简介 超级电容器，是指它的容量超级。关于它的原理，材料，制造工艺，这里不做介绍。下图是2.3V2000F的电容和一节一号电池的比较，可以对超级电容器有一个概念。 超级电容器作为与蓄电池相提并论的储能器件，最显著的特性是功率密度高，容量大，可快速充电，大电流放电，可充放电次数多（50万次），安全，环保。缺点是体积大，能量密度低，自放电率高，单体耐压低。而且跟蓄电池相比，与其它电容相同，放电过程中它的电压是持续下降的。 基于以上特点，超级电容器不适合作为主要能量存储单元，而是在能量回收系统，改善启动性能方面广泛应用。 2，充放电特性 电容器的充电有两种方式：固定电阻和固定电流方式。固定电阻方式比较简单，但在电阻上的损失功率比较大，而且充电慢，一般在预充电（per-charge）时用。固定电流充电，跟锂电池的充电类似，但充电电流可以大得多。固定电流充电时间公式如下： 下图是对2个2.3V2000F串联超级电容器充放电特性曲线，实际容量1000F，最高电压4.6V，放电中止电压约0.7V。 充电固定电流2A：
超级电容电池的结构和工作原理
超级电容电池的结构和工作原理 超级电容的容量比通常的电容器大得多。由于其容量很大，对外表现和电池相同，因此也称作“电容电池”或说“黄金电池”。超级电容器电池也属于双电层电容器,它是目前世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种,其基本原理和其它种类的双电层电容器一样,都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量. 传统物理电容中储存的电能来源于电荷在两块极板上的分离,两块极板之间为真空(相对介电常数为1)或一层介电物质(相对介电常数为ε)所隔离,电容值为:C = ε·A / 3.6 πd ·10-6 (μF) 其中A为极板面积,d为介质厚度。所储存的能量为: E = C (ΔV)2/2，其中C为电容值,ΔV为极板间的电压降.可见,若想获得较大的电容量,储存更多的能量,必须增大面积A或减少介质厚度d，但这个伸缩空间有限，导致它的储电量和储能量较小。超级电容采用活性炭材料制作成多孔电极,同时在相对的碳多孔电极之间充填电解质溶液,当在两端施加电压时,相对的多孔电极上分别聚集正负电子,而 电解质溶液中的正负离子将由于电场作用分别聚集到与正负极板相对的界面上,从而形成两个集电层,相当于两个电容器串联,由于活性碳材料具有≥1200m2/g的超高比表面积(即获得了极大的电极面积A),而且电解液与多孔电极间的界面距离不到1nm(即获得了极小的介质厚度d),根据前面的计算公式可以看出,这种双电层电容器比传统的物理电容的容值要大很多,比容量可以提高100倍以上, 从而使单位重量的电容量可达100F/g，并且电容的内阻还能保持在很低的水平，碳材料还具有成本低，技术成熟等优点。从而使利用电容器进行大电量的储能成为可能，且在实际使用时，可以通过串联或者并联以提高输出电压或电流。 超级电容电池的特点： （1）充电速度快，只要充电几十秒到几分钟就可达到其额定容量的95％以上；而现在使用面积最大的铅酸电池充电通常需要几个小时。 （2）循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达50万次，如果对超级电容每天充放电20次，连续使用可达68年如果相应地和铅酸电池比较, 它的使用寿命可达68年, 且没有“记忆效应”。 （3）大电流放电能力超强，能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率≥90%； （4）功率密度高，可达300W/kg~5000W/kg，相当于普通电池的数十倍；比能量大大提高，铅酸电池一般只能达到0.02kWh/kg，而超级电容电池目前研发已可达10 kWh/kg， （5）产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染，是理想的绿色环保电源； （6）充放电线路简单，无需充电电池那样的充电电路，安全系数高，长期使用免维护； （7）超低温特性好，使用环境温度范围宽达-40℃～+70℃； （8）检测方便，剩余电量可直接读出；
蓄电池与超级电容的对比分析
深圳市时代动力科技开发有限公司蓄电池与超级电容性能和应用分析 目前，主要的储能装置有两大类，蓄电池和超级电容； 一、概述 蓄电池是较为传统的储能电池，按正极材料可分以下几类：铅酸蓄电池、镍氢电池、镍镉电池、镍锌电池、锂电池。技术发展到今天，以磷酸铁锂为正极材料的锂离子电池代表了当前最先进、能够大功率应用的动力蓄电池。在汽车、轨道车辆等方面应用较为广泛。超级电容又叫双电层电容器，是20世纪七八十年代发展起来的一种新型储能装置，结构上同普通电解电容非常相似，属于双电层电容器。但由于采用活性炭多孔电极和电解质组成了双电层结构，加上极小的电极间隙，可以获得超大的容量，可达80000F。目前正处于快速成长期。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。 表1蓄电池和超级电容的特性对比
深圳市时代动力科技开发有限公司 二、工程应用的主要考量指标 1、能量密度：单位重量所储存的总能量多少，与材料有关。综合重量和能量密度，就可以判断其是否可以作为纯动力源。 2、功率密度：单位重量在放电时可以以何种速率进行能量输出，表征其放电输出特性。功率密度高，瞬态释放能量高，在高功率输出的时候特别有用。 3、循环次数：充放电次数，决定了使用寿命和维护成本。 4、重量体积：决定了其安装和移动性。 图1能量密度和功率密度Ragone图，*参考：汽油的能量密度约为123Wh/kg 由图可知，超级电容的能量密度低，可以进行短时短线供能，若通过多个超级电容串并联，可以提高总能量，但会同时带来重量、体积的增加。 超级电容功率密度很高，可以提供瞬时高峰能量吸收和输出，特别适合车辆的起动和制动。 蓄电池循环寿命比超级电容低很多，但是在能量密度上具有非常好的优势，特别适用于有限空间的应用，如轨道车辆。
超级电容器与锂离子电池的区别
今天很荣幸在这给大家分享一下我们组经过两周的交流和学习后关于一些超级电容器相关的一些基础知识，我在我们组主要是负责比较超级电容器和锂离子电池的一些基本认识以及它们的一些优势和劣势，还有就是在一些领域的应用。尽管我们在收集材料时已经做了很大的努力，也花了很大的时间，但基于时间和基础知识的关系其中也存在着一些的不足之处，也请各位同学和老师可以谅解同时也欢迎各位老师同学给予纠正。 首先呢我也知道也有不少的组呢选择了锂离子电池，所以我要先强调无论是锂离子电池还是超级电容器它们都是无数科学家的汗水和智慧的结晶，所以它们在不同的领域各自发挥着它们不同的作用，所以此次报告我也只是从客观因素上对二者在一些性能上做一些阐述，并非因我们组选择超级电容器就否定锂离子电池对人类和社会的贡献。 超级电容器与锂离子电池的区别 两种电子器件的基础知识。 1.超级电容器（supercapacitor,ultracapacitor），又叫双电层电容器(Electrical Double-Layer Capacitor)、电化学电容器(Electrochemcial Capacitor, EC), 黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，实际上形成两个容性存储层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近。 2.锂离子电池:是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来 工作。在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态;放电时则相反。电池一般采用含有锂元素 的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。 两种电子器件的工作原理。 1.超级电容器是利用双电层原理的电容器。当外加电压加到超级电容器的两个极板上时， 与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大。
变桨控制系统紧急电源用铅酸蓄电池与用超级电容对比
变桨控制系统紧急电源用铅酸蓄电池 与用超级电容对比 王洪阳 摘要：变桨控制及后备紧急电源系统是大型变速变桨距风电机组电气控制的主要组成部分，对机组安全运行具有十分重要的作用。本文针对风机变桨控制系统采用超级电容作为紧急电源与采用铅酸蓄电池作为紧急电源进行了比较分析。 一、引言 AA风电场一期工程采用X电风能EX93-2000型风机，二期阿月风电场采用X 电风能EX96-2000型风机，三期李家坝风电场采用DF2500-110型风机；其中X 电风能风机采用铅酸蓄电池作为变桨控制后备紧急电源，三期D电风机采用超级电容作为变桨控制后备紧急电源；紧急电源的作用是在风机故障或其他紧急情况时直接提供收桨电源，确保风机的安全。根据蓄电池和超级电容相关知识，结合本风场实际运行情况，对采用蓄电池与采用超级电容作为变桨控制紧急电源进行对比与分析。 二、蓄电池与超级电容对比 1、功能简介 蓄电池是较为传统的储能电池，按正极材料可分以下几类：铅酸蓄电池、镍氢电池、镍锌电池、锂电池等。目前，蓄电池在电力行业和轨道交通上，主要作为后备和紧急电源使用；作为主要供能装置常用于短距离的电动车、公交、有轨电车等领域。 超级电容又叫双电层电容器，是20世纪七八十年代发展起来的一种新型储能装置，结构上同普通电解电容非常相似。由于采用活性炭多孔电极和电解质组成了双电层结构，加上极小的电极间隙，可以获得超大的容量。目前正处于快速发展阶段，主要用作备用电源和提供峰值功率。 2、原理对比 蓄电池原理图超级电容原理图
铅酸蓄电池在放电时，正极的活性物质二氧化铅和负极的活性物质金属铅都与硫酸电解液反应，生成硫酸铅，在电化学上把这种反应叫做“双硫酸盐化反应”。在蓄电池刚放电结束时，正、负极活性物质转化成的硫酸铅是一种结构疏松、晶体细密的结晶物，活性程度非常高。蓄电池充电过程中，正、负极疏松细密的硫酸铅，在外界充电电流的作用下会重新还原成二氧化铅和金属铅，蓄电池又处于充足电的状态。正是这种可逆转的电化学反应，使蓄电池实现了储存电能和释放电能的功能。 超级电容充电时，当外电压加到超级电容器的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在超级电容器两个人极板上的电荷产生的电场作用下，电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，正电荷与负电荷吸附在两个极板上。放电时，正、负极板上的电荷被外电路泄放，当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上的电荷响应减少，但不会脱离电解液。由此可以看出：超级电容器的充放电过程始终是物理过程，没有化学反应。因此性能较稳定，与利用化学反应的蓄电池不同。 3、优点缺点对比 蓄电池优点： 1）单体电压高、能量密度高，适当的重量和体积能带来较大的能量输出。 2）在额定充放电倍率，使用次数和循环寿命较长。 3）采用了无害和环保材料，环境公害很低。 4）目前市场价格较低。 蓄电池缺点： 1）大电流充放电特性不理想。 2）对过充过放耐受性差，需要精细的管理保护系统。 3）受温度影响大，高温下性能恶化并直接影响蓄电池的容量。 4）存在爆炸的风险，如高温、大电流等情况。需要多重保护机制。 超级电容优点： 1）储存电容量大，功率密度大，短时大功率充放电能力强。 2）物理能量转换，充放电时间短，效率高。 3）充放电循环次数可达50万次，长使用寿命。 4）具有很宽的工作温度范围。 超级电容缺点： 1）单体电压低，能量密度低。相比蓄电池，在同样容量输出下，需要大量并串联，必然带来体积和重量的急剧增加。 2）串联使用需要采取必要的均压控制电路，均压控制电路的设计直接影响超级电容中后期的使用寿命。 3）目前价格较高。 4、参数对比（以AA风电场一、二期风机蓄电池和三期风机超级电容为例）
超级电容暂不能能替代电动车蓄电池
超级电容暂不能替代电动车蓄电池 江苏省泗阳县李口中学沈正中 超级电容（也称充电电容，又叫黄金电容、法拉电容、双电层电容、电容电池）是近几年才批量生产的一种无源器件，它具有电容的大电流快速充放电、功率密度大、使用寿命长、温度特性好、免维护、节约能源和绿色经济环保等优点。 超级电容是容量很大的电容，通常的电容容量是几皮法(pF)到几千微法(μF)，目前超级电容容量范围通常在0.1F～1000F。 电容容量常用单位有：法(F)、微法(μF)、纳法(nF)、皮法(pF)（皮法又称微微法），它们的关系是：1法拉（F）= 1000000微法(μF)；1微法(μF)= 1000纳法(nF)；1纳法(nF)= 1000皮法(pF)电动车平常用的最小的电瓶（蓄电池）12伏10安时的电池容量相当于电容量C＝Q／U＝It／U＝10A×3600s／12V＝4200 F。 可见，最大的超级电容容量也不到最小电瓶容量的四分之一，因此目前超级电容暂时还不能做用做大型动力。 另一方面，12伏10安时的电池储能W＝QU＝UIt＝12V×10A ×3600s＝432000J，而12V1000F的超级电容储能W＝CU2／2＝1000F×(12V)2／2＝72000 J，最大的超级电容储能只是最小电瓶储能的六分之一。 因此，超级电容暂不能做动力，它储存的电量远远不能和蓄电池相比，对车子来说杯水车薪，电动车最多走两步基本就完了。超级电容电池的蓄电量尚不能满足动力需要，而且放电电流比较难控制，不能在纯电力系统的车辆上使用。即使用上动力，造价也十分昂贵，很不划算。 一旦超级电容器能用于动力，它在5分钟内充的电能可以让一辆
超级电容与普通电容的特性比较(精)
超级电容与普通电容的特性比较 本文介绍超级电容与普通电容的特性比较。超级电容器(supercapacitor)，又叫双电层电容器(Electrical Doule-Layer Capacitor)、黄金电容、法拉电容。它与普通电容的最大区别是它是一种电化学的物理部件，但本身并不进行化学反应，超级电容的储电量特别大，达到法拉级的电容量。 超级电容器(super capacitor)，又叫双电层电容器(Electrical Doule-Layer Capacitor)、黄金电容、法拉电容。它与普通电容的最大区别是它是一种电化学的物理部件，但本身并不进行化学反应，超级电容的储电量特别大，达到法拉级的电容量。 怎么样增加两极板的面积呢?超级电容通过注入电解质来储能，电解质在电极的作用下，电极表面电荷将吸引周围电解质溶液中的异性离子，使这些离子附于电极表面上形成双电荷层，构成双电层电容。由于两电荷层的距离非常小(一般0.5mm以下)，再加之采用特殊电极结构，使电极表面积成万倍的增加，从而产生极大的电容量。 超级电容融合了普通电容的物理特性，很多优势是传统电容、电池无法比拟的： 1.具有法拉级的超大电容量，这比普通电容要大得多。 2.可以瞬间释放的功率比普通电池高近十倍，而且不会损坏。 3.充放电循环寿命在十万次以上，这是最大的优点之一，传统电池一般只能充放数百次。 4.能在40度至60度的环境温度中正常使用，传统电池低温下效能将会大大降低。
5.有超强的荷电保持能力，漏电量非常小，传统电池要经常充电才能保持状态。 6.充电迅速，它的速度比普通电池快几十倍，几分钟就可充满一辆汽车所需要的电量。 7.本身不会对环境造成污染，真正免维护，而传统电池仍是有污染。 但超级电容器有最致命的两个缺点：一是它的体积比较大，与体积相当的电池相比，它的储电量要小。二是即使达到法拉级的电量，但与传统电池相比，仍然少得可怜，按目前的技术，它仍然不能作为电动力的主要储电器，因为它的电量只能驱动车辆行驶几公里。 超级电容车在未来仍有作为 即使超级电容不能支持电动车行驶几百公里的路程，但在一些特殊的车辆上，仍将有很大的实用价值。如果把超级电容的电量提升到可行驶几十公里，除了短距离行驶的公交车以外，很大一部分城市使用的微型车将是这一技术的受惠者。例如哈尔滨工业大学研制成功一款超级电容电动车，一次只需充电15分钟便能连续行驶25公里，最高时速可达52公里。 在其它领域，超级电容已经有很好的发展前景，例如使用超级电容制造的手机电池，只需要充电一分钟就可充满电，而且不惧零下低温的环境考验。用在一些大功率的起动电动机上，例如为大型柴油引擎或燃汽轮机的起动，这些电动机需要很大的瞬间电流，用传统蓄电池寿命将会很短，但超级电容则完全胜任。