电化学电容器-第一章概论.ppt

电化学电容器Electrochemical Capacitor (EC) 华师 第一章 绪论 主要内容 电容器与电化学电容的概念及原理 电化学电容器的特点 电化学电容器的结构 电化学电容器的分类 电化学电容器的应用 第一章 绪论 一 电容器与电化学电容的概念及原理 1. 电容器(capacitor) 概念：顾名思义，是‘装电的容器’，是一种容纳电荷的器件。由两片接近并相互绝缘的导体制成的电极组成的储存电荷和电能的器件。 其每伏电压储存电荷的能力称为‘电容’（capacitance） 结构：两个电极、绝缘电介质 发展的历史： 最早的电容器：莱顿瓶，18世纪中叶 电量的定量化：法拉第定律，Q= I.t 电子的表征及性质测量：电的波粒二象性 金属的电子理论：电容器充放电的机理 概念： 是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能元件。 又称作超大容量电容器（Ultracapacitor） 和超级电容器（Supercapacitor）。 原理：利用电极表面形成的电双层或发生的二维或准二维法拉第反应储存电能。 1957年，Becker第一个申请了专利：碳电极双层型，水性电解质 Becker后，美国Sohio公司开始研制非水溶剂碳材料双层电容，获得了较高工作电压 1975-1981年间：Conway等开发了贵金属准电容体系和固体氧化物(如RuO2)准电容体系 现在的商业化电化学电容器产品 军用电化学电容器产品：Pinnacle Research公司 我国电化学电容器研制情况： 起步较晚：上世纪80年代开始注意 90年代后才可以广泛研究 国内主要企业： 北京合众汇能科技：核心炭材料技术领先 北京集星联合电子科技：产业链较为完 哈尔滨巨容新能源 锦州凯美能源 上海奥威科技开发有限公司 江苏双登集团有限公司 高校： 中南大学(耐普恩+立塬)??哈尔滨工业大学（巨容） 清华大学+渤海大学（吉星+凯美） 复旦大学(奥威)??湖南大学(深圳今朝时代) 二. 电化学电容器的特点 1. 高能量密度：1-10W.h/kg，是传统电容器的10-100倍。 2. 高功率密度：输出功率密度高达数kW/kg，一般蓄电池的数十倍。适用于短时间高功率输出的场合。 3. 使用寿命长：其循环寿命可达10万次以上，比电池高10 ～100倍。 4. 使用温度范围宽：可在-40o～+70o的温度范围内使用，且容量随温度衰减小。电池在-20o～+60o，且低温下衰减快。 5．充电速度快：可大电流充电，在几十秒内完成。 电池则慢，快速充电则会受到损害 6．放置时间长：自放电后重新充电可回到原来的状态，几年不变 7．解决了贮能设备高比功率和高比能量输出之间的矛盾，将它与蓄电池组合起来，就会成为一个兼有高比功率输出的贮能系统。 8．免维护，环保 三. 电化学电容器的结构 集电极的作用：降低电极的内阻 集电极的要求：与电极接触面积大，接触电阻小，稳定。 集电极的常用材料----根据电解质来选择 钛材料：酸性电解质 镍材料：碱性电解质 铝材料：有机电解质 隔膜的作用：防止两个电极物理接触，同时允许离子通过。 隔膜的电阻：与厚度成正比，与孔隙率成反比 为了降低电容器的ESP，对隔膜的要求: ① 超薄 ② 高孔隙率 ③ 高强度 ④ 隔膜和电解液之间的润湿性 常用材料：玻璃纤维和聚丙烯膜 电化学电容器的主要结构形式 电化学电容器的主要结构形式 两种结构电容器的优缺点： 纽扣式电容器（Prismatic） 优点：封装密度高，且形状和结构便于多个电容器的串联以得到高电压 缺点：难以容纳大面积电极，且封装外壳需承受较大压力 卷绕式电容器（Spiral Wound)： 优点：电极易于制备，且可容纳大面积电极 缺点：封装密度低，且多个电容单元串联时占用空间较大，难以在较小体积内获得较高工作电压。 四. 电化学电容器的分类 根据储能机理，可分为三类 （1）双电层电容器 （2）法拉第准电容器 （3）混合电容器 2. 根据电解液的不同，可分为三类 （1）水系电化学电容器 （2）有机系电化学电解质 （3）全固态电化学电容器 3. 根据电极材料的不同，可分为四种 （1）碳电极电容器 （2）金属氧化物电极电容器 （3）导电聚合物电极电容器 （4）复合材料电极电容器 五. 电化学电容器的应用 根据电容量、放电时间和放电量的大小，主要用作如下四类电源： 1. 辅助电源：军用、电动汽车用 2. 备用电