超级电容器的应用与发展.PDF

超级电容器的应用与发展 链接：/tech/94300.html 来源：中国新能源网 超级电容器的应用与发展 胡毅，陈轩恕，杜砚，尹婷 (国网武汉高压研究院，湖北省武汉市430074) 摘要：超级电容器是介于传统电容器和蓄电池之间的一种新型储能装置，它具有功率密度大、容量大、使用寿命长 、免维护、经济环保等优点。文章介绍了超级电容器的原理、主要性能指标、特点及国内外发展和应用状况；归纳了 超级电容器在电力系统中的若干具体应用，指出了使用中应注意的问题及其解决方法，以及今后的研究方向。 1概述 超级电容器是介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，其容量可达几百至上千法拉。与传统电容器相 比，它具有较大的容量、较高的能量、较宽的工作温度范围和极长的使用寿命；而与蓄电池相比，它又具有较高的比 功率，且对环境无污染。因此可以说，超级电容器是一种高效、实用、环保的能量存储装置。几种能量存储装置的性 能比较如表1所示。 超级电容器的发展始于20世纪60年代，起先被认为是一种低功率、低能量、长使用寿命的器件。但到了20世纪90年 代，由于混合电动汽车的兴起，超级电容器才受到广泛的关注并开始迅速发展起来。 现今，大功率的超级电容器被视作一种大功率物理二次电源，各发达国家都把对超级电容器的研究列为国家重点战 略研究项目。目前，超级电容器在电力系统中的应用越来越受到关注，如基于双电层电容储能的静止同步补偿器和动 态电压补偿器等，国内外对他的研究和应用正在如火如荼地进行。此外，超级电容器还活跃在电动汽车、消费类电子 [1] 电源、军事、工业等高峰值功率场合。超级电容器主要应用领域如表2 所列。 2超级电容器的工作原理及发展状况 2.1工作原理和性能指标 [2] 一般认为超级电容器包括双电层电容器和电化学电容器两大类 。 超级电容器的应用与发展 链接：/tech/94300.html 来源：中国新能源网 2.1.1双电层电容器 早在1897年，德国人Helmholtz就提出了基于超级电容器的双电层理论。当金属插入电解液中时，金属表面上的净 电荷将从溶液中吸引部分不规则分布的带异种电荷的离子，使它们在电极-溶液界面的溶液一侧离电极一定距离处排 成一排，形成一个电荷数量与电极表面剩余电荷数量相等而符号相反的界面层。该界面由两个电荷层组成，一层在电 极上，一层在溶液中，因此称作双电层。由于界面上存在一个位垒，因而两层电荷都不能越过边界而中和，按照电容 [3-4] [5] 器原理而形成一平板电容器 。由于其距离非常小，一般在0.5nm以下 ，加之采用特殊电极材料后使其表面积成万倍地增加，从而产生了极大的电容量。 2.1.2电化学电容器 电化学电容器按电极材料的不同可分为金属氧化物电化学电容器和导电性高分子聚合物电化学电容器，即法拉第准 电容。对于电化学电容器，其存储电荷的过程不仅包括双电层上的存储，而且包括电解液中离子在电极活性物质中由 于氧化还原反应导致的电荷在电极中的储存[6] [7] 。与双电层超级电容器的静电容量相比，相同表面积下的电化学电容器的容量要大10～100倍。 目前，对超级电容器性能描述的指标有： (1)额定容量。指按规定的恒定电流(如1000F以上的超级电容器规定的充电电流为100A，200F以下的为3A)充电到额 定电压后保持2～3min，在规定的恒定电流放电条件下放电到端电压为零所需的时间与电流的乘积再除以额定电压值 ，单位为法拉，F。 (2)额定电压。即可以使用的最高安全端电压。此外还有浪涌电压，通常为额定电压的105%；击穿电压，其值远高 于额定电压，约为额定电压的1.5～3倍，单位为伏特(V)。