超级电容技术原理简介

超级电容技术原理简介

超级电容器(Supercapacitor ultraca-pacitor) 又叫双电层电容器(Electrical Double-Layer Capacitor),它不但具有电容的特性,同时也具有电池特性,是一种介于电池和电容之间的新型特殊的储能元器件。超级电容器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电容量的。众所周知,传统电容器的面积是导体的平板面积,为了获得较大的容量,导体材料卷制得很长,有时用特殊的组织结构来增加它的表面积。传统电容器是用绝缘材料分离它的两极板,一般为塑料薄膜、纸等,这些材料通常要求尽可能的薄。超级电容器在分离出的电荷中存储能量,用于存储电荷的面积越大、分离出的电荷越密集,其电容量越大。

超级电容器的极板面积是基于多孔炭材料,该材料的多孔结构允许其面积达到2000m2/g,通过一些措施可实现更大的表面积。超级电容器电荷分离开的距离是由被吸引到带电电极的电解质离子尺寸决定的。该距离和传统电容器薄膜材料所能实现的距离更小。这种庞大的表面积再加上非常小的电荷分离距离使得超级电容器较传统电容器而言有惊入大的静电容量,故称其为“超级电容器”。超级电容器拥有比传统电容器高出数千倍的电容值,目前常用的超级电容器的电容量是(0.1F～5000F),最高可达上万F(法拉)。

与利用化学反应的蓄电池不同,超级电容器的充放电过程始终是物理过程,性能十分稳定。它具有功率密度大、重量轻、体积小、充电时间短、安全系数高、使用寿命长、低温特性卓越、免维护、节约能源和绿色环保等诸多特点。因而其用途极其广泛,发展前景非常看好,世界各国在此方面的重视程度和研发投入正在快速提高。

超级电容器的出现,填补了传统电容器和各类电池间的空白。它最初在电力系统得到广泛的应用,此外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、装甲车等战车的顺利启动(尤其是在寒冷的冬季)、又可作为激光武器的脉冲能源等。基于超级电容器的诸多优异性能,它的实际应用范围几乎遍及所有领域。

1.与同样大小的蓄电池相比,超级电容器所能储存的能量小于蓄电池,但其功率性能却大大优于蓄电池。因为超级电容器可以高速率放电,且尖峰电流仅受内阻和超级电容器大小的限制,所以在储能装置的尺寸大小由功率决定时,采用超级电容器是较优方案。

2.超级电容器在其额定电压范围内可以充电至任意电压值,放电时可以放出所储存的全部电量,而蓄电池只能在很窄的电压范围内工作,而且过放电会造成蓄电池永久性损坏。

3.超级电容器可以安全、频繁的释放能量脉冲,但蓄电池频繁的释放能量脉冲则会大大降低其使用寿命。

4.超级电容器有极快速充电特性,而快速充电则会加快蓄电池损坏。

5.超级电容器充放电循环寿命可达几十万次,而蓄电池一般数百次。

6.超级电容器的主要性能指标与其它类型电池的对比数据。

车混合电传动系统、舰用电磁炮、坦克低温启动、激光武器的脉冲能源等。