超级电容器.doc

超级电容器的概念:普通电容器:两个绝缘并且靠近的导体——极板中间夹一个绝缘物质——电介质两条引线工作原理:冲电时不显示级性(无正负级),电容器的2个极板与电源相连时,电路中有电流通过,使电容器的2个极板分别带上等量异种电荷。电容器之所以能充放电其本质就是其内部化学物质发生化学放应,电子发生了流动。电的电容器就相当于原电池,正极的化学物质得电子,发生还原放应,负极失电子,发生氧化放应。电解池相当于充电的电容器,其得失电子的方向上与原电池相反。电容器充放电原理基本等同于可逆化学反应在不同的外界条件下到底往哪边移动的问题。超级电容器:超级电容器,又叫双电层电容器、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。(还有一大类是法拉第准电容,但是化学储能,所以储能可以深入到电极内部,而且高度可逆,储能比双层电容器高,但是功率密度低。)结构图:超级电容器工作原理:当外界电压加到超级电容器的两个极板上时,和普通电容器一样,极板的正电极储存正电荷,负极板储存负电荷。在超级电容器的2个极板的上电荷电场的作用下,在电解液与电极之间的界面上形成相反的电荷,以平衡电解液的内电场。正电荷和负电荷以极端的间隙排列在相反的位置上,这个电荷分布层叫双电层。超级电容器的面积来自一个多孔的碳基电极材料,这种材料的多孔结构,允许其面积接近2000平方米每克。电解液与多孔电极间的界面距离不到1nm,因此电容量非常大。大多数超级电容器可以做到法拉级别,一般电容的值为1F-5000F。电容与电极表面积成正比,与双电层厚度成反比。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相应减少。由此可以看出,超级点容器的冲放电过程始终是物理过程,没有化学反应。因此充放电寿命很长,可以达到50w次以上。优点:1,电容量大。电极接触面积大。容量很容易超过1F。比普通电容器提升了3-4个数量级。目前单体超级电容器最高可以达到5000F。2,超长寿命,充放电大于50万次,是Li-Ion电池的500倍,是Ni-MH和Ni-Cd电池的1000倍,如果对超级电容每天充放电20次,连续使用可达68年。3,功率密度大。可以瞬间提供高电流。超低串联等效电阻(LOWESR),功率密度(PowerDensity)是锂离子电池的数十倍以上,适合大电流放电,(,2700F的超级电容器放电流不低于950A,最高可以到达1680A)。4,可以在数10秒到数分钟内快速充电。5,可以在很宽的温度下工作(-40摄氏度-+70摄氏度)低温性能优越。超级电容充放电过程中发生的电荷转移大部分都在电极活性物质表面进行,所以容量随温度衰减非常小。电池在低温下容量衰减幅度却可高达70%。6,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7,超级电容可以串并联组成成超级电容模组,可耐压储存更高容量。缺点:1,能量密度通常还是要低于化学电池。,而锂电池最高可以达到100-,自放电率比其他的电化学电池高3,电压会随着放电下降,造成能量损失。超级电容器2端通常需要与一个DC/DC变换器相连,以保证输出电压的稳定。4,最大电压比较低:超级电容器的储能为:Q=*C*U^2(单位:焦耳)因为现在超级电容器的耐压值都偏小,所以能量密度太低,一般还是和蓄电池混合使用。比如一个耐压3V的电容器取C=200FU=3VQ=*200*3^2=900=*10^-4度按照一辆汽车15度电100公里,。而一个理想的电容器取C=200FU=220V接近1kgQ=》400公里。虽然串联可以增加电容器的耐压,但是因为串连的电容,相当于增加电阻长度,所以串联时1/C=1/C1+1/C2而并联是每个电阻独立一个回路的,所以并联C=C1+C2与一般电池的比较:在某些特定的尺寸中,充电电池的容量还是要比同尺寸的超级电容大。同尺寸下,电池的重量要比超级电容重2倍以上。其他参数比较:超级电容器的应用:超级电容具有高功率密度和能量密度、使用寿命很长、尺寸紧凑等特性,当它与其它新兴的电池技术结合使用时,可满足高性能电源应用的需求。快速充电的产品:有一些应用适合采用电池/超级电容系统。这些应用实例包括汽车应用(如混合动力汽车)和消费电子(如数码相机),在数码相机里,廉价的碱性电池结合超级电容一起使用(而不是使用昂贵的锂离子电池)。(比如数码相机的闪光灯)备份能源:在所有备份燃料电池应用中,当主电源断掉后,备份电源需要立刻提供电源。因