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超級(jí)電容器的現(xiàn)狀及應(yīng)用

文章出處:網(wǎng)責(zé)任編輯:作者:人氣:-發(fā)表時(shí)間:2021-08-12 15:37:00【

 超級(jí)電容器具有功率密度高(大于1kW·kg-1 ,甚至幾十 kW·kg-1)、壽命長(zhǎng)(105次以上)、使用溫度寬(-40~60℃)及充電迅速(<3min)等優(yōu)異特性,各國(guó)政府和公司都積極開(kāi)展此方面的研究開(kāi)發(fā)工作,并已有各種產(chǎn)品得到了商業(yè)應(yīng)用。美國(guó)能源部已對(duì)研制全密封超級(jí)電容器制定了目標(biāo),其近期目標(biāo)(1998~2003年)為:功率密度達(dá)到500W·kg-1,能量密度達(dá)到 5Wh·kg-1;遠(yuǎn)期目標(biāo)(2003年以后)為:功率密度達(dá)到1500W·kg-1,能量密度達(dá)到15Wh·kg-1。目前,俄羅斯、美國(guó)、日本等國(guó)就超級(jí)電容器已開(kāi)展了大量研究工作,

 

 
圖1 雙電層超級(jí)電容器、電化學(xué)電容器與可充電電池及燃料電池的能量密度、功率密度比較
 
表2 幾種電化學(xué)儲(chǔ)能器件的性能比較
 
 
電化學(xué)儲(chǔ)能器件 能量密度(Wh·dm-3)
功率密度(W·dm-3)
循環(huán)壽命/次
電池 50~250 150 <104
電化學(xué)電容器 5
>105
>105
普通物理電容器
0.05
>108 >106
 
 
  并取得了一定的進(jìn)展,90年代初,兩家俄羅斯公司Econd和ELIT開(kāi)始銷(xiāo)售超級(jí)電容器,采用碳復(fù)合體及水系電解質(zhì),額定電壓在12~450V,容量從1法拉到幾百法拉,RC常數(shù)大約為0.3s,這些超級(jí)電容器適用于需要大功率的啟動(dòng)動(dòng)力的場(chǎng)合。日本松下公司的圓柱型超級(jí)電容器,采用碳材料及有機(jī)電解質(zhì),額定電壓為3V,容量800~3000F,功率密度1000W·kg-1 。美國(guó)Maxell公司方形超級(jí)電容器,采用碳布與鋁箔復(fù)合及有機(jī)電解質(zhì),額定電壓為3V,容量1000~2700F。最近日本的EPCOS公司也已開(kāi)發(fā)出同類(lèi)產(chǎn)品,準(zhǔn)備推向市場(chǎng)。法國(guó)SAFT公司的33680型超級(jí)電容器額定電壓為3V,單體重量為95g,比能量4.8Wh·kg-1,比功率3.4kW·kg-1。此外,美國(guó)Powerstor、Evans公司和Los Alamos National Lab、Pinnacle Research Insitute,日本NEC公司,澳大利亞Cap-xx公司、韓國(guó)NESS公司等在超級(jí)電容器方面的研究也很活躍。
 
表3 列出了目前國(guó)外超級(jí)電容器的研究現(xiàn)狀。
 
公司 
國(guó)家
技術(shù)基礎(chǔ)
電解質(zhì) 
結(jié)構(gòu)
規(guī)格
PowerSto
美國(guó) 
凝膠碳
有機(jī)
卷繞式
35V,7.5F
Skeleton 
美國(guó)
納米碳
有機(jī)
預(yù)燒結(jié)碳-金屬?gòu)?fù)合物
35V,250F
Maxw ell 
美國(guó)
復(fù)合碳纖維
有機(jī)
鋁箔、碳布 
3V,10002700F 
Superf arad 
瑞典
復(fù)合碳纖維
有機(jī)
碳布+粘合劑多單元
40V,250F 
Cap-xx
澳大利亞
復(fù)合碳顆粒
有機(jī)
卷繞式、碳顆粒+粘合劑
3V,120F
ELIT 
俄羅斯 
復(fù)合碳顆粒
硫酸
雙極式、多單元
450V,0.5F 
NEC
日本 
復(fù)合碳顆粒
水系
碳布+粘合劑、多單元
511V,12F
Panasonic 
日本 
復(fù)合碳顆粒
有機(jī)
卷繞式碳顆粒+粘合劑
3V,8002000F
SAFT 
法國(guó) 
復(fù)合碳顆粒
有機(jī)
卷繞式、碳顆粒+粘合劑
3V,130F 
Los Alamos Lab
美國(guó) 
導(dǎo)電聚合物薄膜 
有機(jī)
單一單元,導(dǎo)電聚合物薄膜PFPT+碳紙
2.8V,0.8F
ESMA
俄羅斯 
混合材料
KOH 
多單元、+氧化鎳 
1.7V,50000F
Evans
美國(guó) 
混合材料
硫酸
單一單元、氧化釕+鋰箔
28V,0.02F 
Pinnacle
美國(guó) 
混合金屬氧化物
硫酸
雙極式、多單元、氧化釕+鋰箔 
15V,125F 
US Army
美國(guó) 
混合金屬氧化物
硫酸
雙極式、多單元含水氧化釕
5V,1F 
 
 
  可以發(fā)現(xiàn),研究及商業(yè)化的超級(jí)電容器大部分采用了碳材料作為電極材料。但是, 為進(jìn)一步提高電容器的性能,碳電極材料還存在很多問(wèn)題,有待進(jìn)一步改進(jìn)。超級(jí)電容器因其優(yōu)異特性而使其在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,如用做存儲(chǔ)器、微型計(jì)算機(jī)、系統(tǒng)主板和鐘表等的備用電源;用做電動(dòng)玩具車(chē)主電源、內(nèi)燃機(jī)中啟動(dòng)電力、太陽(yáng)能電池輔助電源,還可應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域。電動(dòng)汽車(chē)對(duì)動(dòng)力電源的要求引起了全世界范圍對(duì)超級(jí)電容器這一新型儲(chǔ)能裝置的廣泛重視。傳統(tǒng)動(dòng)力電池在高功率輸出、快速充電、寬溫度范圍使用以及壽命等方面存在一定的局限性,有些苛刻條件可能會(huì)顯著降低電池的壽命。而超級(jí)電容器能較好地滿(mǎn)足電動(dòng)車(chē)在啟動(dòng)、加速、爬坡時(shí)對(duì)功率的需求,若與動(dòng)力電池配合使用,則可減少大電流充放電對(duì)電池的傷害,延長(zhǎng)電池的使用壽命,同時(shí)還能通過(guò)再生制動(dòng)系統(tǒng)將瞬間能量回收于超級(jí)電容器中,提高能量利用率。因而,超級(jí)電容器是近年來(lái)電動(dòng)車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的重要領(lǐng)域之一。
 
  美國(guó)Maxell 公司所開(kāi)發(fā)的超級(jí)電容器已在各種類(lèi)型電動(dòng)車(chē)上都得到良好應(yīng)用。本田公司在其開(kāi)發(fā)出的第三代和第四代燃料電池電動(dòng)車(chē)FCX-V3和FCX-V4中分別使用了自行開(kāi)發(fā)研制的超級(jí)電容器來(lái)取代二次電池,減少了汽車(chē)的重量和體積,使系統(tǒng)效率增加,同時(shí)可在剎車(chē)時(shí)回收能量,測(cè)試結(jié)果表明,使用超級(jí)電容器時(shí)燃料效率和加速性能均得到明顯提高,啟動(dòng)時(shí)間由原來(lái)的10min縮短到10s。此外,法國(guó)SAFT公司,澳大利亞Cap-xx公司、韓國(guó)NESS公司等也都在加緊電動(dòng)車(chē)用超級(jí)電容器的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。
 
 

 

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