2019超级电容器行业分析报告及技术研究现状

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超级电容器的现状及发展趋势

超级电容器的现状及发展趋势
(MOx) surface + C+ + e-↔(MOx-C+) surface 式中,C+ 代表 H+、Li+、Na+、K+、Ca2+等阳离 子。②体相嵌入脱出储能。溶液中的阳离子通过 界面进入到电极活性物质的体相,发生氧化还原 反应,从而表现出氧化还原赝电容。该类赝电容 的充放电过程可表述为
MOx+C++e-↔ MOxC
超级电容器自面市以来,受到世界各国的广 泛关注。其全球需求快速扩大,已成为化学电源领 域内新的产业亮点。根据美国能源局测算,超级电 容的市场容量从2007 年的40 亿美元增长到2013 年 的120 亿美元,中国市场超级电容2013 年则达到了 31亿元人民币。
1 超级电容器发展进程
早在1879年,Helmholz 就发现了电化学双 电层界面的电容性质,并提出了双电层理论。但 是,超级电容器这一概念最早是于1979年由日本 人提出的。1957年,Becker申请了第一个由高比
图1 双电层电荷分布图
双电层电容器是利用双电层机理实现电荷 的存储和释放从而完成充放电的过程。充电时 电解液的正负离子聚集在电极材料/电解液的界 面双层,以补偿电极表面的电子。尤其是在充 电强制形成离子双层时,会有更多带相反电荷的 离子积累在正负极界面双层,同时产生相当高的 电场,从而实现能量的存储。放电时,随着两极 板间的电位差降低,正负离子电荷返回到电解液 中,电子流入外电路的负载,从而实现能量的释 放。如图2所示。
(1)碳电极 碳材料化学性质稳定,有良好的耐腐蚀性和 导电导热性,是应用最为广泛的电极材料,也是目 前仅有的商业化的超级电容器电极材料。根据电容 器特点和原理,作为超级电容器的优异碳基电极材 料需要具有发达的比表面积、合理的孔容和孔径分 布、良好的导电性和浸润性。材料表面除能产生双 电层电容外,最好能发生赝电容反应。从这些方面 考虑,目前主要的碳基电极材料有活性炭、活性炭 纤维、碳气凝胶、碳纳米管等。 活性炭具有原料丰富、价格低廉、成型性 好、电化学稳定性高、技术成熟等特点,是最早 作为电容器电极的碳材料。根据图5给出的专利 分布情况,我们不难发现活性炭电极的专利申请 量最大,但活性炭的导电性较差,且比电容值相 对较低。因此,开发具有赝电容行为的碳基材料 成为当前的研究热点。目前一些新型碳材料正被 广泛研究用于超级电容器电极材料,其中最有代 表的当属于碳纳米管和石墨烯。

2024年超级电容活性炭市场发展现状

2024年超级电容活性炭市场发展现状

2024年超级电容活性炭市场发展现状引言超级电容活性炭是一种重要的电化学材料,被广泛应用于超级电容器等领域。

本文旨在分析当前超级电容活性炭市场的发展现状,包括市场规模、市场竞争格局和未来发展趋势等方面。

市场规模目前,全球超级电容活性炭市场规模快速增长。

根据市场研究机构的数据显示,2019年全球超级电容活性炭市场规模达到XX亿美元,并预计未来几年将以XX%的复合年增长率继续增长。

市场竞争格局超级电容活性炭市场竞争激烈,主要厂商之间存在一定的市场份额争夺。

目前,全球超级电容活性炭市场的主要参与者包括公司A、公司B和公司C等。

这些公司在技术实力、产品质量和市场拓展能力方面存在一定差异。

•公司A: 具有先进的生产工艺和技术优势,其产品在市场上具有较高的知名度和市场份额。

•公司B: 专注于产品研发和创新,致力于提高产品性能和降低生产成本。

•公司C: 拥有优秀的市场销售团队和客户服务能力,在全球范围内建立了广泛的销售网络。

市场发展趋势技术创新超级电容活性炭市场的发展离不开技术创新的推动。

随着科学技术的进步,制备超级电容活性炭的新方法和新技术不断涌现。

例如,采用化学气相沉积法制备超级电容活性炭,可以显著提高其电化学性能和循环稳定性。

应用扩展目前,超级电容活性炭主要应用于超级电容器领域。

然而,随着新能源汽车和可再生能源等领域的快速发展,超级电容活性炭的应用将得到进一步拓展。

例如,超级电容活性炭可以用于储能系统、电动工具和智能电网等领域。

环保意识提高随着全球环保意识的提高,对绿色和可持续发展的需求不断增加,超级电容活性炭作为一种环保材料受到越来越多的关注。

超级电容活性炭的制备过程中不需要使用稀有金属等资源,可以减少对环境的影响,符合可持续发展的要求。

结论超级电容活性炭市场具有巨大的发展潜力,市场规模不断扩大。

随着技术创新的不断推进,市场竞争将进一步加剧。

同时,超级电容活性炭的应用领域也将得到扩展,市场前景广阔。

然而,市场参与者需要密切关注环境保护要求,加强产品质量和技术创新,以在竞争中占据有利地位。

超级电容器技术及其应用分析

超级电容器技术及其应用分析

Qiye Keji Yu Fazhan【摘要】在电子信息时代,电力设备已经成为人们日常生活中必不可少的工具,可以代替人们完成各种复杂的操作。

当前,电力设备的耗电需求不断增加,对电容器的存储量要求不断提升。

传统电容器无法满足现代化电路运行的要求,早期简单的电路结构逐渐被复杂的电路结构形式取代。

超级电容器应运而生,能够有效地解决大负荷电路运行难的问题,确保电子设备正常发挥使用功能。

【关键词】超级电容器;技术;应用【中图分类号】TB332;TM53【文献标识码】A【文章编号】1674-0688(2021)04-0110-03超级电容器作为一种电化学储能装置,具有高度可逆的性质,功率密度远超普通电容器。

它具有充电效率高,无须维护,无毒无害,绿色环保的优势。

与普通电池相比,超级电容器能量密度远低于普通电容器,这也导致超级电容器的发展受到限制。

要积极加强对电容器的比容量研究,将超级电容器与普通电容器结合使用,充分发挥两者的优势,满足未来储能器的发展需求。

1超级电容器概念1.1超级电容器的概念和原理超级电容器类似于蓄电池,是具有强大的程度差异的储能装置,介于普通电池和普通电容器的超级电化学元件[1]。

超级电容器的储能过程具有高度可逆性,而且是物理变化的过程,既可以实现反复充放电,又不会对电容产生干扰。

1.2超级电容器的储能原理超级电容器的核心是双电层结构,有外加电压作用于普通电容器的两个极板时,装置储能的电荷原理相同,正负电极和正负电荷一一对应,在电场作用下,电解液和电极之间会发生相反电荷,分别位于不同的接触面,电容器结构组合的改进,可以提高超级电容器的电容储量。

超级电容器两极板之间的电势小于电解液标准时,电容器处于正常工作状态,根据超级电容器的反应原理,在实际运用中可能没有化学反应,仅发生物理性质的变化,因此超级电容器的稳定性更佳。

1.3超级电容器的主要分类超级电容器根据不同的储能原理可以分为双电层电容器、混合型电容器和准电容器等类型,混合型电容器可以解决蓄电池功率密度低和能量密度低的缺点。

2024年超级电容器市场分析现状

2024年超级电容器市场分析现状

超级电容器市场分析现状引言超级电容器是一种高容量、高功率密度、长循环寿命的储能设备,具有快速充放电特性和较低的内阻。

近年来,随着能源存储需求的增长和技术的进步,超级电容器的市场逐渐展现出巨大的潜力。

本文将对超级电容器市场的现状进行分析,并对未来的发展趋势进行展望。

市场规模超级电容器市场在过去几年中呈现快速增长的趋势。

根据市场研究报告,2019年全球超级电容器市场规模达到了XX亿美元,预计到2025年将增长到XX亿美元。

亚太地区是超级电容器市场的主要增长驱动力,尤其是中国市场,由于政府对新能源和汽车行业的支持,使得超级电容器的需求快速增长。

应用领域超级电容器的应用领域广泛,其中最主要的领域包括能源存储、汽车电子、工业设备和消费电子等。

能源存储方面,超级电容器可以作为稳定电压和频率的能量储备装置,广泛应用于电网和风力、太阳能等可再生能源发电系统。

在汽车电子领域,超级电容器可以提供高效的能量回收和释放系统,提高电动汽车的续航里程和加速性能。

此外,在工业设备和消费电子方面,超级电容器也可以用于瞬态电流供应、备用电源和数据存储等。

竞争格局目前超级电容器市场呈现出竞争激烈的格局。

市场上有多家知名的超级电容器制造商,包括Maxwell Technologies、Nesscap Energy、Skeleton Technologies等。

这些公司通过技术创新和产品优势来争夺市场份额。

另外,新兴的超级电容器制造商也在不断涌现,例如国内的上海实德电气和深圳赛亚动力等。

技术进展与挑战虽然超级电容器市场发展迅猛,但仍面临一些技术难题和挑战。

首先,超级电容器的能量密度相对较低,无法与锂离子电池等传统储能设备相媲美。

其次,超级电容器的成本较高,限制了其规模化应用。

此外,超级电容器在高温环境下的性能也存在一定问题,需要进一步改进。

市场前景与趋势未来,随着新能源产业的快速发展和技术的进步,超级电容器市场将继续保持快速增长的势头。

超级电容器的现状及发展趋势

超级电容器的现状及发展趋势

别是电动汽车、混合燃料汽车和特殊载重车辆)、 电力、铁路、通信、国防、消费性电子产品等。从 小容量的特殊储能到大规模的电力储能,从单独 储能到与蓄电池或燃料电池组成的混合储能,超级 电容器都展示出了独特的优越性。美、欧、日、韩 等发达国家和地区对超级电容器的应用进行了卓有 成效的研究。目前全球已有上千家超级电容器生产 商,可以提供多种类的超级电容器产品。
189
Chinese Journal of Nature Vol. 37 No. 3 REVIEW ARTICLE
式中,C+ 代表 H+、Li+、Na+、K+、Ca2+等阳离子。
3 超级电容器的特点
基于上述储能原理的超级电容器,可弥补 传统电容器与电池之间的空白,即超级电容器兼 有电池高比能量和传统电容器高比功率的优点 (图3),从而使得超级电容器实现了电容量由微 法级向法拉级的飞跃,彻底改变了人们对电容器 的传统印象。
超级电容器的产业化最早开始于20世纪80年 代——1980年NEC/Tokin与1987年松下、三菱的 产品。20世纪90年代,Econd和ELIT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、NESS等 公司在超级电容器方面的研究非常活跃。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器产品在功率、 容量、价格等方面都有自己的特点和优势。
(MOx) surface + C+ + e-↔(MOx-C+) surface 式中,C+ 代表 H+、Li+、Na+、K+、Ca2+等阳离 子。②体相嵌入脱出储能。溶液中的阳离子通过 界面进入到电极活性物质的体相,发生氧化还原 反应,从而表现出氧化还原赝电容。该类赝电容 的充放电过程可表述为

2019年湖北省技术创新专项(重大项目)拟立项项目

2019年湖北省技术创新专项(重大项目)拟立项项目
业大学 长江大学 湖北省农业科学院 湖北龙翔药业科技股份有限公司 中国水产科学研究院长江水产研究所 武汉梁子湖水产品加工有限公司 武汉小蜜蜂食品有限公司 武汉轻工大学 湖北美天生物科技股份有限公司 无抗畜禽饲料添加剂生产关键技术研发 武汉有机实业有限公司 大宗淡水产品精深加工及质量控制装备研发 武汉轻工大学 蛹肽蛋白悬浮活性饲料驯养良种鳜提升品质关键技术研究 湖北省水产科学研究所 抗菌核病果桑种质资源创制及新品种选育 湖北省农业科学院经济作物研究所 特色药用植物红豆杉高效种植与加工关键技术研发 华中科技大学 葛根全值干法加工关键技术研究与示范 随州市二月风食品有限公司 葡萄种质创新与省力化生态优质栽培关键技术研发 湖北省农业科学院 新型植物富色食品生产与品质控制关键技术研发 湖北紫鑫生物科技有限公司 蜜柑皮渣综合利用提升调味品发酵品质关键技术研发 湖北土老憨生态农业科技股份有限公司 核桃资源高值化利用关键技术开发与应用 武汉天天好生物制品有限公司 多级阻燃环保定向结构板及建筑构件制造关键技术研发 湖北宝源木业有限公司 核桃主要病虫害绿色防控关键技术研究与示范 湖北霖煜农科技有限公司 基于植萃活性硒的植物原饮生产技术研究 硒多宝饮品集团股份有限公司 茶叶加工废弃物中茶黄素的高效转化与功能保健产品开发 黄冈师范学院 的研究 贫困地区“智慧乡村”建设关键技术研发 湖北省科技信息研究院 基于GAP的茶叶生产过程及质量安全智能控制关键技术研 中南民族大学 究 非洲猪瘟防控关键技术研究与示范 华中农业大学 湖北道地药材荆半夏品种选育与生产加工的关键技术研发 湖北中医药大学 道地中药材恩施黄精品种选育与富硒栽培及产品加工关键 湖北民族学院 技术研发 茯苓生态种植及生产加工关键技术研究 湖北中医药大学 治疗ALK阳性非小细胞肺癌一类新药的I期临床试验及关键 人福医药集团股份公司 技术研究 基于新作用靶点LPA受体的抗特发性肺间质纤维化小分子 武汉启瑞药业有限公司 创新药临床前关键技术研究 磷酸依米他韦原料及制剂的研发 宜昌东阳光长江药业股份有限公司 卡巴拉汀原料药的手性催化合成关键技术研究 华中科技大学 新型抗肿瘤靶向药物盐酸厄洛替尼关键技术开发 湖北一半天制药有限公司 新一代多发性骨髓瘤的双特异性抗体药物临床前关健技术 武汉友芝友生物制药有限公司 开发 G蛋白偶联受体小分子靶向药物开发新技术研究 华中科技大学 国内领先替代进口硅水凝胶隐形眼镜矫正片和美瞳片的创 华诺森(武汉)生物医药技术有限公司 新医疗器械临床前研究 新型医用橡胶塞氟硅表面改性技术研发 应城市恒天药业包装有限公司 生物活性椎体增强材料关键技术研究 武汉海特生物制药股份有限公司 脑淀粉样血管病早期诊断模型开发和干预 华中科技大学 非酒精性脂肪性肝病相关心血管病变早期预警风险筛查及 华中科技大学 诊断试剂盒研发 实时人工智能结合高分辨率光学相干断层扫描内窥系统的 武汉大学 研发 结直肠癌及乳腺癌精准预防和预后评估的关键技术研发 湖北省肿瘤医院 基于恶性肿瘤靶向治疗的生物工程化microRNA前体药的制 武汉大学 备和应用研究 CAR-T细胞治疗自身免疫性肾炎的关键技术研究 武汉大学 宫颈癌微转移的肿瘤ccfDNA液体活检和靶向清除新技术的 华中科技大学 研发

超级电容器的研究现状与应用拓展

超级电容器的研究现状与应用拓展

超级电容器的研究现状与应用拓展超级电容器是一种新型的储能设备,它和传统的电池储能不同,可以实现快速的充放电并且寿命长,具有广泛的应用前景。

本文将介绍超级电容器的研究现状以及未来可能的应用拓展。

一、超级电容器的研究现状超级电容器的研究始于20世纪80年代,当时主要是用于汽车启动和制动系统。

随着技术的不断进步和研究的深入,超级电容器的性能稳步提升,并开始进入其他领域。

目前,超级电容器的性能已经大大提升,主要表现在以下几个方面:1.高功率密度:超级电容器的最大功率密度已经超过100kW/kg,可以在短时间内完成大功率的充放电。

2.高能量密度:虽然超级电容器的能量密度仍然相对较低,但是随着纳米材料的应用,其能量密度已经有了明显提高,已经可以达到5Wh/kg以上。

3.长寿命:超级电容器的寿命通常在100,000次以上,远高于传统的电池。

4.高温稳定性:超级电容器通常可以在高温环境下工作。

二、超级电容器的应用拓展随着超级电容器的研究不断深入,其应用也在不断扩展。

目前,超级电容器已经在以下领域得到了应用:1.交通领域:超级电容器可以用于汽车启动和制动系统、轨道交通的制动系统等。

2.储能领域:超级电容器可以用于储存可再生能源、缓冲电力波动等。

3.电子产品:超级电容器可以用于电子产品的快速充电、节约电池等。

4.医疗领域:超级电容器可以用于医疗设备的备用电源。

未来,超级电容器的应用还有很大的拓展空间。

以下是一些可能的应用领域:1.电动汽车:超级电容器可以用于电动汽车的储能,提高汽车的续航能力。

2.太阳能储能:超级电容器可以用于储存太阳能,提高太阳能发电的效率。

3.航空航天领域:超级电容器可以应用于飞机、卫星等领域,提高储能效率。

4.无线电力传输:超级电容器可以用于无线电力传输,提高能量利用率。

结论超级电容器是一种重要的储能设备,具有广泛的应用前景。

随着技术的不断进步,超级电容器的性能将不断提高,应用也将不断扩展。

我们期待着未来超级电容器的更广泛的应用。

移动储能行业报告

移动储能行业报告

移动储能行业报告随着可再生能源的快速发展和智能化技术的不断进步,移动储能行业正迎来前所未有的发展机遇。

移动储能技术是指通过电池、超级电容器等设备将电能储存起来,随时随地供给需要的地方,具有灵活、高效、环保等优势,被广泛应用于电动汽车、无人机、移动通信基站等领域。

一、行业发展现状。

目前,移动储能行业正处于快速发展的阶段。

随着电动汽车的普及以及无人机、移动通信基站等领域的快速发展,对移动储能设备的需求不断增加。

据统计,2019年全球移动储能市场规模已经达到了数十亿美元,预计未来几年将保持高速增长。

二、行业发展趋势。

1. 技术不断创新,随着电池技术、超级电容器技术等的不断创新,移动储能设备的性能不断提升,能量密度、循环寿命等指标得到了显著改善,为行业的发展提供了强大的技术支持。

2. 应用领域不断扩大,除了传统的电动汽车、无人机等领域,移动储能设备还在智能家居、移动医疗设备等领域得到了广泛应用,未来还有望进入更多领域。

3. 环保意识不断增强,随着全球环保意识的不断增强,移动储能设备作为清洁能源的重要组成部分,受到了越来越多的关注和支持。

三、行业面临的挑战。

1. 成本压力,目前,移动储能设备的成本仍然较高,限制了其在一些领域的大规模应用。

降低成本,提高性价比是行业面临的重要挑战。

2. 安全隐患,移动储能设备的安全隐患一直是行业的瓶颈之一,如何保证设备的安全性成为了行业发展的重要问题。

3. 市场竞争激烈,随着行业的快速发展,市场竞争也日益激烈,企业需要不断提升自身的技术实力和服务水平,才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。

四、行业发展前景。

尽管移动储能行业面临诸多挑战,但随着技术的不断创新和市场需求的不断增加,行业的发展前景依然十分广阔。

未来,移动储能设备将在电动汽车、无人机、智能家居、移动通信基站等领域得到更广泛的应用,成为推动清洁能源发展的重要力量。

总的来说,移动储能行业正处于快速发展的阶段,技术创新、市场需求、环保意识的提高将为行业的发展提供强大的动力。

能源动力工程及能源可持续发展的研究

能源动力工程及能源可持续发展的研究

能源动力工程及能源可持续发展的研究摘要:能源动力工程及能源可持续发展是当今世界面临的重要问题之一。

能源是现代社会运转的基础,支撑着工业生产、交通运输、城乡居民生活等各个领域的发展。

然而,传统的能源来源,如化石燃料,不仅对环境造成严重污染,还威胁了全球能源安全。

因此,为了应对气候变化和能源危机等挑战,迫切需要加强能源动力工程及能源可持续发展的研究。

关键词:能源动力工程;能源可持续发展;研究引言能源动力工程是指利用各种能源资源,通过转换和传输技术,将能源转化为动力的工程领域。

能源可持续发展是指为了满足当前和未来世代的能源需求,保护环境、维护社会经济可持续发展的能源发展方式。

能源动力工程与能源可持续发展密切相关,因为只有通过科学的研究和技术创新,才能实现能源的高效利用和环境友好型发展。

1能源动力工程的定义能源动力工程是研究和应用各种能源转换技术,以提供可靠、高效、清洁的能源供应的学科领域。

它涵盖了从能源生产到能源利用的整个过程,并包括了能源转换、传输和储存等环节。

能源动力工程旨在通过优化能源转换过程,将能源从原始形式转化为可用的电力、热能或机械能,并将其应用于不同领域,如工业、交通、建筑和生活等。

它旨在提高能源利用效率,减少能源浪费和污染物排放,同时促进能源供应的可持续性。

能源动力工程包括多种能源种类的研究和应用,例如化石能源(煤炭、石油、天然气)、核能和可再生能源(太阳能、风能、水能、生物质能等)。

在研究过程中,能源动力工程师需要考虑能源资源的有效开发利用,技术设备的设计和运行,以及能源系统与环境之间的关联。

2能源可持续发展的目标能源可持续发展的目标是为了满足当前和未来世代的能源需求,同时保护环境、维护社会经济可持续发展。

通过技术创新和系统优化,提高能源的利用效率,减少能源浪费,降低对自然资源的消耗。

减少对传统化石能源的依赖,推广清洁能源的利用,降低温室气体和其他有害气体的排放,减少对环境的影响。

加大对可再生能源和清洁能源的研发和应用力度,推广太阳能、风能、生物质能等新能源技术,实现能源供给的多元化。

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2012超级电容器行业分析报告及技术研究现状一、电容器、超级电容器行业分析超级电容器根据制造工艺和外形结构可划分为钮扣型、卷绕型和大型三种类型三者在容量上大致归类为5F以下、5F~200F、200F以上它们由于其特点的不同运用领域也有所差异。

钮扣型产品具备小电流、长时间放电的特点,可用在小功率电子产品及电动玩具产品中。

而卷绕型和大型产品则多在需要大电流短时放电,有记忆存储功能的电子产品中做后备电源,适用于带CPU的智能家电、工控和通信领域中的存储备份部件。

另外大型超级电容器通过串并联构成电源系统可用在汽车等高能供应装置上。

表1、表2是对三种超级电容器产业规模进行调查而得到的数据整理而成的,分别反映了世界和中国超级电容器产业的情况。

从这两个表中我们不难发现三个问题:1、超级电容器产业的发展非常迅速,无论是钮扣型还是卷绕型或是大型超级电容器,其产业规模都在高速扩展。

2、中国在钮扣型超级电容方面的竞争力不明显,在中国钮扣型市场中,海外产品几乎占据了90%以上的份额,竞争非常激烈。

数据表明,近几年国内厂家的市场份额也在逐步扩大。

3、卷绕型和大型方面,中国的技术水平与国际接近,市场份额也比较理想。

近几年,中国厂商的销售收人也在呈几何倍数增长。

据调查,国产超级电容器已占有中国市场60%~70%的份额。

二、超级电容器技术研究现状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。

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。

超级电容器因其独特的双层大容量储存结构对原材料及制作工艺提出了极高的要求。

电极、电解质和隔膜的组成和质量对超级电容器的性能起着决定性的影响。

下面将从原材料,制作工艺等几个方面对超级电容器的技术现状进行分析。

2.1正极材料目前用作超级电容器电极的材料主要有三类:碳材料、金属氧化物材料和导电聚合物材料。

2.1.1 碳材料碳是最早被用来制造超级电容器的电极材料。

碳电极电容器主要是利用储存在电极与电解液界面的双电层能量,其比表面积是决定电容器容量的重要因素。

尽管高比表面的碳材料比表面积越大,容量也越大,但实际利用率并不高,因为多孔碳材料中孔径一般要2nm及以上的空间才能形成双电层,从而进行有效的能量储存,而制备的碳材料往往存在微孔(孔径小于2nm)不足的情况。

所以这个系列主要是向着提高有效比表面积和可控微孔孔径(孔径大于2nm)的方向发展。

除此之外,碳材料的表面官能团、导电率、表观密度等对电容器性能也有影响。

现在已有许多不同类型的碳材料被证明可用于制作超级电容器的极化电极,如活性炭、活性炭纤维、碳气溶胶、碳纳米管以及某些有机物的裂解碳化产物。

2.1.2 金属氧化物材料金属氧化物作为超级电容器电极材料的研究是基于法拉第准电容储能原理,即是在氧化物电极表面及体相发生的氧化还原反应而产生的吸附电容。

其电容量远大于活性炭材料的双电层电容,但双电层电容器瞬间大电流放电的功率特性比法拉第电容器好。

金属氧化物作为超级电容器电极材料有着潜在的研究前景。

近年来金属氧化物电极材料的研究工作主要围绕以下两个方面进行:(l)制备高比表面积的RuO2活性物质。

(2) RuO2与其它金属氧化物复合。

2.1.3 导电聚合物材料电聚合物电极电容器是通过导电聚合物在充放电过程中的氧化还原反应,在聚合物膜上快速产生n型或p型掺杂从而使其储存高密度的电荷,产生很大的法拉第电容来实现储存电量。

研究发现聚毗咯、聚噻吩、聚苯胺、聚对苯、聚并苯等可用作超级电容器电极材料,其中聚毗咯及其衍生物由于其有优异的电化学性能、环境友好、合成简.单等特点,被认为是最具有应用价值的材料之一。

导电聚合物超级电容器具有使用寿命长、温度范围宽、不污染环境等特点,并且可以通过设计聚合物的结构,优选聚合物的匹配特性,来提高电容器的整体性能、但真正商业应用的电极材料品种还不多,价格也较高。

今后研究的重点应放在合成新材料上,一寻找具有优良掺杂性能的导电聚合物,提高聚合物电极的充放电性能、循环寿命和热稳定性等方面。

从实用来讲,碳材料无疑是目前超级电容器各类电极材料中最具吸引力的,它几乎是市面上所有产品共同的选择,但电极材料的成本占到其产品总成本的近30%,是导致生产成本较高的主要原因,这在一定程度上限制了超级电容器的推广应用。

而导电聚合物、金属氧化物等作为电极材料还处于探索之中,停留在实验室阶段。

今后超级电容器电极材料的研究重点将集中在己有材料制备工艺及结构优化,兼具法拉第准电容和双电层电容新材料的开发,高性能材料的规模化生产,以适应市场对高性能、低成本、性能稳定移动电源技术的需求。

2.2 负极材料超级电容器负极材料主要是炭材料,商业化使用的负极炭材料主要是石墨。

国内各厂家技术的差异不大,主要是材料性能的差异。

2.3 电解质电解质是超级电容器的关键材料,在正负极之间起着输送和传导电流的作用,影响着器件的充放电特性、能量密度、安全性、循环性能、倍率充放电性能、高低温性能、储存性能和成本。

根据其工作特点,要求电解液电导率高、杂质低、分解电压高、腐蚀性低、化学和电化学稳定性好、热稳定性能好、功能性强、低污染及低成本等特性。

国内目前采取的是水系(即无机电解质)和非水系(即有机电解质)两种不同的技术实现途径,电解质为水系的超级电容器单体电压不超过1.6V,而非水系的超级电容器单体电压不超过3V。

水系电解质主要有30%硫酸水溶液、30%氢氧化钾水溶液,而有机在国际上己成为主流,使用较多的有机电解液是丙烯碳酸脂或高氯酸四乙氨、六氟磷酸锂与有机溶剂的混合液等。

表3列出了有机系超级电容器和水系超级电容器的一些特性上的主要区别。

图1和图2分别介绍了超级电容器的分类以及不同超级电容的一些参数比较。

2.4 生产工艺生产超级电容器的工艺流程主要分为以下九步:配料-混浆-制电极-裁片-组装-注液-活化-检测-包装。

三、超级电容行业发展方向尽管超级电容器技术已经进人了产业化的快车道,但其中仍然存在着许多技术难题,这些都限制了超级电容器性能的进一步提高,制作成本的进一步降低,应用范围的进一步延伸,及消费市场的进一步拓展。

这些问题主要有如下几个方面:3.1 寻找性能更优,成本更低的电极材料。

电极材料是影响超级电容器性能和生产成本的关键因素,因此对于超级电容器的研究。

几乎都是围绕着电极材料进行的。

而国内电极材料存在性能不佳和可选择范围小等问题,所以我国在超级电容器的核心部分即高性能电极材料的生产上一直存在瓶颈。

所以企业若想实现长足发展就必须加强对电极材料的创新研究,必要时可以与研究院和高校合作研发。

3.2 寻求更优化的匹配组合方法。

超级电容器单体产生的电压一般比较低,每只电容耐压大约仅有2.5V左右,电池要靠多只串联组合提供高电压,这就需要非常复杂的电路来保证每只单体电容的均压问题,一旦电压过了,就会损坏,而且一旦组合匹配不好就会影响到电池组的性能和寿命。

没有好的匹配方法将直接造成超级电容电池组的成本过高,储能相当于500 Ah电池组的价格估计要数百万元。

所以企业若想生产出更多种类型号的超级电容器,想要自己的产品有更为广阔的应用领域就必需寻求匹配组合技术的突破。

3.3 解决慢放电控制的问题。

超级电容器的自放电率很高自放电现象较其他储能器件都要严重这也就限制了超级电容器不能像传统电池一样长时间稳定储能。

另外超级电容自放电大小还与充电条件有关若是恒压充电充电时间较长效果很好若是恒流充电充电时间较短自放电就较严重因为迅速充完电以后电荷只停留在超级电容的扩散层所以超级电容器若要像普通电池一样广泛应用于多个领域就必须解决慢放电控制问题而开发出能够稳定储能的超级电容电池也就显得尤为重要。

3.4 解决内阻较高的问题。

双电层电容器与铝电解电容器相比内阻较大,超级电容器的较大的内阻会阻碍其快速放电,所以要得到放电更快的超级电容器就必须进一步降低其内阻。

目前主要可以从两方面降低内阻:一方面,从原材料上入手减少极片和电解液本身内阻;另一方面,通过改变封装结构减少接触内阻,达到降低产品内阻的目的。

3.5 进一步减小体积。

尽管超级电容器较普通电容器的容量大了3-4个数量级,但和电池相比单位体积的容量还是太小,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。

所以超级电容器若想与传统电池争夺市场,就必须在这方面下足功夫。

除此之外,如果超级电容器要运用在电动机车和电力等系统中,其可靠性还需进一步提高。

四、超级电容器选型主要从国际国内一些技术相对领先的企业中来进行选型,在这些厂家中选型时,可主要从价格、漏电流大小、耐温情况、额定充放电电流、等效串联内阻、容量偏差几个角度来进行考虑。

4.1. 漏电流行业内公认的漏电流都是在72小时充电后测量出的漏电流大小,有些厂家也做了24小时充电后的漏电流大小,在选型时可比较不同厂家的漏电流大小。

4.2耐温目前不同厂家的耐温情况基本相同,最大范围一般都是-40℃~70℃,当然有些小厂家也有-20℃~60℃这种情况。

4.3 等效串联内阻(ESR)等效串联内阻分为交流ESR与直流ESR,通常直流ESR约是交流ESR的1.5倍,随温度上升而减小。

超级电容器等效串联电阻较大的原因是:为充分增加电极面积,电极为多孔化活性炭,由于多孔化活性炭电阻率明显大于金属,从而使超级电容器的ESR较其它电容器的大。

超级电容器的ESR主要由电极物质内阻、电解液内阻、接触电阻等组成,代表电容器内部发热所消耗的功率,对电容器的充放电过程影响比较大,降低ESR可以提高超级电容器电源的效率和可靠性。

内阻越小,充电、放电电流可以达到越大,它的放电效率越高、放电电流也越高,同时充放电过程产生的热量也越小有利于散热,反之,内阻越大,可以达到的充电、放电电流越小。

相应地,充电时间会延长。

因此,在相同的额定电压下,超级电容器的电容量与ESR乘积是超级电容器的最主要数据之一。

如NESS的3500F、2.7V超级电容器的ESR为0.25mΩ,其额定放电电流为781A,如果采用6支600F/2.7V超级电容器并联,电容量与前者基本相等,但是放电电流则为150×6=900A,比单只高近120A,峰值电流由2305A提高到3420A,提高近1115A。

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