,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,Company Name,*,单击此处编辑母版标题样式,LOGO,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,LOGO,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,电化学超级电容原理及应用,莫妍 化工学院,2012207092,超级电容的基本原理,超级电容（,supercapacitor,），又叫双电层电容,(Electrical Doule-Layer Capacitor),、黄金电容、法拉电容，即通过外加电场极化电解质，使电解质中荷电离子分别在带有相反电荷的电极表面形成双电层，从而实现储能。其储能过程是物理过程，没有化学反应，且过程完全可逆，这与蓄电池电化学储能过程不同。,超级电容器是介于电容器和电池之间的储能器件，它既具有电容器可以快速充放电的特点，又具有电池的储能特性。,目录,1,、超级电容的原理和特点,2,、超级电容的性能指标,3,、超级电容与普通物理电容比较,4,、超级电容与可充电池比较,5,、超级电容的应用,超级电容器的分类,根据使用电极材料的不同可分为两大类：,（,1,）以炭材料为电极，以电极双电层电容的机制储存电荷，本质是静电型能量储存方式，通常被称作双电层电容器,(EDLC),。电容量与电极电位和比表面积的大小有关，因而常使用高比表面积的活性碳作为电极材料，从而增加电容量。例如，活性碳的表面积可达,1000m2/g,，电容量可达,100F/g,，且碳材料还具有成本低，技术成熟等优点，该类超级电容在汽车上应用也最为广泛。,（,2,）以二氧化钌或者导体聚合物等材料为阳极，以氧化还原反应的机制存储电荷，通常被称作电化学电容器。与双电层电容器的静电容量相比，相同表面积下超电容器的容量要大,10,100,倍，因此可以制成体积非常小、容量大的电容器。但由于贵金属的价格高，主要用于军事领域。,超级电容器,的优缺点,优点：,在很小的体积下达到法拉级的电容量；无须特别的充电电路和控制放电电路；与电池相比过充、过放都不对其寿命构成负面影响；从环保的角度考虑，它是一种绿色能源；超级电容器可焊接，因而不存在像电池接触不牢固等问题,缺点,：,如果使用不当会造成电解质泄漏等现象；和铝电解电容器相比，它内阻较大，因而不可以用于交流电路,超级电容与传统电容,的,比较,电容是以将电荷分隔开来的方式储存能量的，储存电荷的面积越大，电荷被隔离的距离越小，电容越大。,电容值为：,C=A/3.6 d,其中,A,为极板面积，,d,为介质厚度，,为相对介电常数,传统电容是从平板状导电材料得到其储存电荷面积的，只有将一很长材料缠绕起来才能获得大的面积，从而获得大的电容。另外传统电容是用塑料薄膜、纸张或陶瓷等将电荷板隔开。这类绝缘材料的厚度不可能做得非常簿。,超级电容是从多孔碳基电极材料得到其储存电荷面积的，这种材料的多孔结构使它每克重量的表面积可达,2000,平方米。而超级电容中电荷分隔的距离是由电解质中的离子大小决定的，其值小于,10,埃。,超级电容能量密度较传统电容高，但功率密度较之低。,超级电容与电池的比较,超低串联等效电阻，功率密度是锂离子电池的数十倍以上，适合大电流放电，（一枚,4.7F,电容能释放瞬间电流,18A,以上）,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,可以大电流充电，充放电时间短，对充电电路要求简单，无记忆效应，免维护，可密封,温度范围宽,-40,+70,，一般电池是,-20,60,超级电容应用领域,a.,无线通讯,-GSM,手机通讯时脉冲电源；双向寻呼；其它数据通讯设备,b.,移动电脑,-,手提数据终端；,PDA,；其它使用微处理器的手提设备,c.,工业,/,汽车,-,智能水表、电表；远程载波抄表；无线报警系统；电磁阀；电子门锁；脉冲电源；,UPS,；电动工具；汽车辅助系统；汽车启动设备,d.,消费电子,-,音响、视频和其它电子产品断电时须用记忆保持电路的产品；电子玩具；无线电话；电热水瓶；照相机闪光灯系统；助听器,超级电容在无线通讯中的应用,在无线通讯中，,GSM/GPRS,无线调制解调器传输数据过程中，需要输出电压,3V,左右，输出,200-300mA,的电流脉冲，脉冲时间为秒级，期间还另需要一次达,2A,的电流脉冲，脉冲时间为毫秒级。,常态脉冲电流供电可由常规型号单体电池实现，而达到,2A,以上的大电流脉冲则只能依靠超级电容来实现,。,超级电容在智能水表中的应用,传统的智能水表，在控制水阀开启和关断时，普遍采用的方法是内装锂电池。锂电池的优点在于重量轻、能量大、自放电率低等。但当电池电量不足时，不能有效监测，将无法可靠的关断水阀，造成无法计费、逃水现象等情况出现。这是内部安装了锂电池的智能水表的致命缺点，直接影响到它的推广和使用。,新方案用超级电容替换锂电池，封装在水表中，同时外接干电池供电。平时干电池提供水表电路所需能量和对超级电容充电；而当电池电压过低，或突然断电时（如取下电池），由超级电容继续为电路提供电源，同时，超级电容存储的能量足以关断阀门。,新方案优点：,1,、将电池与水表分离，可随时更换，延长水表寿命。,2,、超级电容的大电流放电特性保障了水阀关断的可靠性。,超级电容在电动汽车中的应用,电动汽车的辅助动力,改善汽车的启动性能,图示为燃料电池汽车的起动过程，由于超级电容在车辆起步时提供瞬时的大功率，从而使汽车起步过程大大加快。,图示为超级电容应用于电动车的典型结构,UCMS,（超级电容管理系统）主要作用是管理每个单体电流的大小，防止电压超过电解质的分解电压而造成损坏，限制单体不均匀性的影响。从而使超级电容组稳定可靠的工作，提高超级电容组整体的效率和寿命。,DC/DC,一般为电流型升压变换器，主要作用是控制电容器的能量输入输出，协调超级电容电压和电池电压。,超级电容在汽车启动系统中的应用,汽车用蓄电池是启动专用蓄电池,可高倍率放电,但以超过,10C,的高倍率放电仍会使其性能变得很差,且对蓄电池的损伤也很明显。（如用,12V/45Ah,的蓄电池启动,1.9,升柴油机的汽车,其电压在启动瞬间由,12.6V,直降,3.6V;,启动瞬时电流达,550A,约为,12C,的放电率）,将超级电容（,450F/16.2V,）与蓄电池（,12V/45Ah,）并联使用可显著改善启动性能。启动瞬间电压跌落由仅采用蓄电池时的,3.2V,提升到,7.2V;,启动电流从,560A,提高到,1200A;,启动瞬时的电源输出功率从,2kW,提高到,8.7kW;,启动过程的平稳电压由,7V,提高到,9.4V;,启动过程的平稳电流由,280A,提高到,440A;,启动过程的电源平稳输出功率从,2.44kW,提高到,4.12kW,。,特别是在低温或冬季寒冷的恶劣环境下，由于蓄电池的性能大大下降,很可能不能正常启动或需多次启动才能成功,而超级电容器由于去高功率特性与蓄电池并联时则仅需一次点火，其优点是非常明显的。,超级电容,+,锂离子电池复合电动车,“,电池电容混合电动汽车应用示范系统研究”项目，上海市电力公司负责实施，采用的是超级电容和锂离子电池相混合的技术。目前已有,10,辆这种电池电容混合型电动汽车在上海,825,路公交车上线运营。,这种电池电容混合型电动汽车具有续驶里程长、充电速度快、充放电循环次数高等主要优点，一次完全充电最大行驶距离可达,100-300,公里，最高时速可达,80-100,公里，一次完全充电时间,3,小时左右，每公里耗电小于,1.6,度。,有关检测数据表明，使用该混合纯电动汽车可减少,92%,98%,的汽车废气排放，同时可节省能源费用,70%,80%,。,Thank You!,