超级电容器的技术简介.doc

超级电容器技术的研究背景及发展现状 1. 研究背景 随着科技的进步及社会文明程度的提高，能源问题已成为人类社会可持续发展战略的核心，是影响当前世界各国能源决策和科技导向的关键因素，同时，也是促进能源科技发展的巨大推动力。进入二十一世纪之后，能源短缺和环境恶化的问题日益严重，这促使人们应更加重视建立确保经济可持续增长、有利于环境的能源供应体系，节能和扩大新能源开发利用成为世界性的趋势。 石油作为一种不可再生资源，随着人类需求的不断增长，已面临严重的短缺，并由此不断引发全球性的社会、经济、政治问题。而且，全球燃油汽车消费量的不断增加，燃油汽车排放的NOx和COx对全球环境带来严重污染，并导致地球温室效应。开发更加清洁、环保的电动汽车被认为是解决能源问题和环保问题的一条有效途径，目前已成为全球性的研究热点。 电动汽车的研究经过多年的研发，特别是最近十年来的集中研究，已经对电动汽车有了比较统一的认识。纯电动汽车（镍氢电池或锂离子电池作主电源）适合于短途应用，燃料电池电动车由于技术和成本因素在二十到三十年内不具备商业化应用的竞争力，而混合电动车（“油＋电”混合，）被认为是最接近商业化的技术模式。“油＋电”混合电动车中的“电”主要是指二次电池，主要包括铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池。目前，商品化的二次电池虽然具有较高的比能量，但比功率都很低，一般不超过500W/kg，而且电池在高脉冲电流放电或大电流充电时会影响其使用寿命，并引起电池内部发热、升温，存在安全隐患。燃料电池同样是一种低比功率的储能元件，耐大电流充放电能力差。单独使用电池作为动力电源无法满足电动汽车对电源系统的要求。 从能源的利用形态来看，电能作为能量利用的最终形态，已成为人类物质生产和社会发展不可缺少的“源动力”。近年来，小型分立的可移动电源的发展更是增加了电能的利用形式和应用范围。电能除了通过固有的电网系统应用于工业和家庭生活外，通过可移动电源（如铅酸、镍镉、镍氢、锂离子电池）等“承载体”更是成为随时随地均可便捷使用的动力源，极大方便了人们的物质文化生活。另外，随着科技发展和信息社会的到来，各种计算机有关的电子设备、医疗设备、家用电器及移动通信设备的逐渐普及，对高性能存储器备用电源的需求越来越迫切。这些储能装置除对能量密度有一定要求外，对功率密度的要求越来越高，有的已经超过了目前二次电池的标准设计能力，传统的静电电容器也因能量密度过低不能满足要求。因此，迫切需要高功率型的储能装置以满足当前特殊应用领域的需求。 在上述特殊需要的推动下，电化学电容器近年来成为了人们的研究热点。电化学电容器是介于传统电容器和二次电池之间一种新型储能器件，具有比传统电容器更高的能量密度，比二次电池更高的功率密度。与二次电池相比，它的能量密度较低，但它的比功率一般大于1000W/kg，是二次电池的一倍以上；并且，循环寿命比二次电池高一个数量级以上。电化学电容器与具有高能量密度的二次电池或燃料电池联合组成的混合电源系统，能够满足电动汽车和混合电动汽车既需要高比能量，又需要高比功率，同时具有高能量回收效率的动力电源系统的要求。并且，由于电池不需要在大电流、高脉冲功率条件下工作，能够大幅度延长电池的使用寿命。由电化学电容器与二次电池或燃料电池组合组成的电动汽车动力电源系统已经进行了整车实验，并已开始在各类型电动车中得到应用。最近出现了以电化学电容器为主电源的电容公交车，成为未来电动公交车发展的一个方向。 除了在电动车领域的应用外，电化学电容器还可应用于记忆性存储器、微型计算机、汽车音响、系统主板和钟表等的备用电源，电动玩具车等的主电源，内燃机的启动电源及太阳能电池的辅助电源等。同时，作为高脉冲电流发生器电源，电化学电容器在航空航天、国防、通信等领域也将发挥重要作用。 作为一种新型储能元件，电化学电容器越来越受到国家的重视，2005年被列入《国家中长期科学发展和技术发展规划纲要》（2005-2020年），成为国家长期发展的能源领域中重要的前沿技术之一。在2006年国家重大科技专项中涉及电化学电容器的内容有两项，这足显国家对电化学电容器的重视。电化学电容器是能量储存领域的一次新的革命和学科及产业生长点。此项目的成功突破并实用化，将在能源领域引起可与锂离子电池的实用化相媲美的又一次创新。 2. 超级电容器简介 电化学电容器（Electrochemical capacitor，EC），又被称为超级电容器（Supercapacitor，Ultracapacitor）或者双电层电容器（Electric Double Layer capacitor，EDLC），是介于传统物理电容器和二次电池之间的一种新型储能器件[9-10]。最早出现的是采用活性炭做电极的水系电化学电容器，后来又出现了采用活性炭做电极的非水系电解液有机