超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)研究-開題報(bào)告

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1、中北大學(xué)畢業(yè)論文開題報(bào)告學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：學(xué)院、系：信息與通信工程學(xué)院電氣工程系專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)論文題目：超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)研究指導(dǎo)教師:2013年2月27日畢業(yè)論文開題報(bào)告1．結(jié)合畢業(yè)論文情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述：文獻(xiàn)綜述1.1課題研究背景及意義超級(jí)電容器的發(fā)展始于20世紀(jì)60年代，起先被認(rèn)為是一種低功率、低能量、長(zhǎng)使用壽命的器件。但到了20世紀(jì)90年代，由于混合電動(dòng)汽車的興起，超級(jí)電容器才受到廣泛的關(guān)注并開始迅速發(fā)展起來(lái)?，F(xiàn)今，大功率的超級(jí)電容器被視作

2、一種大功率物理二次電源，各發(fā)達(dá)國(guó)家都把對(duì)超級(jí)電容器的研究列為國(guó)家重點(diǎn)戰(zhàn)略研究項(xiàng)目。目前，超級(jí)電容器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越受到關(guān)注，如基于雙電層電容儲(chǔ)能的靜止同步補(bǔ)償器和動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器等，國(guó)內(nèi)外對(duì)他的研究和應(yīng)用正在如火如荼地進(jìn)行[1-2]。與常規(guī)電容器不同的是它的容量可達(dá)到法拉級(jí)甚至千法拉級(jí)，且具有功率密度高，充放電速度快，壽命長(zhǎng)，工作溫度范圍寬，可靠性高以及無(wú)污染等特點(diǎn)[3]。超級(jí)電容器的出現(xiàn)填補(bǔ)了傳統(tǒng)靜電電容器和化學(xué)電源之間的空白，并以優(yōu)越的性能及廣闊的應(yīng)用前景而受到了許多國(guó)家的重視。由于超級(jí)

3、電容器儲(chǔ)能密度大，且能快速地吸收和釋放能量，因而在光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等分布式發(fā)電系統(tǒng)中對(duì)提高電能質(zhì)量的作用重大[4]。當(dāng)分布式發(fā)電系統(tǒng)出現(xiàn)電壓波動(dòng)、大電網(wǎng)短時(shí)間供電中斷等情況時(shí)，超級(jí)電容器可快速充放電以改善負(fù)荷電壓，從而保證系統(tǒng)的安全性和可靠性[5]。1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀超級(jí)電容器作為一種很有應(yīng)用前景的新型儲(chǔ)能裝置，在國(guó)外已有相當(dāng)多的部門或機(jī)構(gòu)在從事這方面的研究和創(chuàng)新，有部分公司還實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的商業(yè)化。目前，日本、美國(guó)和俄羅斯在這方面處于領(lǐng)先地位，幾乎占據(jù)了整個(gè)超級(jí)電容器市場(chǎng)，

4、這些國(guó)家的超級(jí)電容器產(chǎn)品在容量、功率和價(jià)格等方面各有自己的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，特別是日本，目前在全球的超級(jí)電容器生產(chǎn)總量中，日本本國(guó)生產(chǎn)占據(jù)了70％，如果算上日本在海外的生產(chǎn)廠家，其占有率超過(guò)90％，另外澳大利亞、印度以及歐共體中許多國(guó)家也在電化學(xué)超級(jí)電容器的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面展開了大量的工作[6-7]。目前日本的Panasonic公司在小型超級(jí)電容器的研發(fā)和商業(yè)化方面處于領(lǐng)先地位，其3V1500F的超級(jí)電容器經(jīng)過(guò)IdahoNationalEngineeringLaboratory檢測(cè)，性能如下：重量290

5、g，體積693cm3，重量比能量3Wh/kg，體積比能量3.85Wh/L，等效串聯(lián)內(nèi)阻1.2mΩ，最大功率2.1W/kg(從3.0V放電至1.5V)。美國(guó)PinnacleResearchInstitute(PRI)在軍用超級(jí)電容器的研發(fā)和商業(yè)化方面處于領(lǐng)先地位,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)能量密度為0.6Wh/kg，RC時(shí)間常數(shù)為0.06S,95％放電的功率密度為2010W/kg，具有非常高的功率能力[8]。美國(guó)的LosAlamosNationalLaboratory(LANL)在使用導(dǎo)電聚合物作為超級(jí)電容器

6、活性材料的研究方面已經(jīng)取得了進(jìn)展。LANL的研究涉及幾種設(shè)計(jì)方案，目前他們的注意力集中在Ⅲ型電化學(xué)電容器上。LANL已經(jīng)制備并試驗(yàn)了1.9cm2的小型裝置，其包裝后的重量為0.25g。0.2F裝置在不同放電電流密度范圍的放電性能結(jié)果表明，其電壓與放電時(shí)間的關(guān)系比雙層電容器更類似于電池，這歸因于能量存儲(chǔ)的準(zhǔn)電容性。目前原型裝置的能量密度在1.8kW/kg穩(wěn)定功率放電時(shí)，約為1Wh/kg。LANL對(duì)導(dǎo)電聚合物的進(jìn)一步研究目標(biāo)是，改善性能并將其放大到大尺寸，計(jì)劃未來(lái)的包裝后裝置能量密度，在4kW/kg恒

7、功率放電時(shí)，為8Wh/kg。俄羅斯的ESMA公司在大型的啟動(dòng)和牽引用超級(jí)電容器的研發(fā)和商業(yè)化方面處于領(lǐng)先地位，其主要開發(fā)的是混合型超級(jí)電容器，正極采用的是氧化鎳電極，負(fù)極采用的是活性炭電極，電極的厚度比較大，電容為3000—15000F。與其它類型的超級(jí)電容器相比較，該種混合電容器的性能非常類似于電池，在大部分應(yīng)用中，充電和放電時(shí)間為10～30min，高效率放電時(shí)的峰值能量密度為300Wh/kg。在使用氧化鎳的裝置中，用于充放電的能量密度取決于電壓范圍，工作電壓為0.8—1.3V時(shí)能量密度1.5W

8、h/kg、工作電壓為0.8—1.6V時(shí)能量密度為8—10Wh/kg。ESMA公司研制的大型超電容已經(jīng)用作莫斯科一條街道上往返行駛的公共汽車的動(dòng)力電源，該公共汽車可以承載50人，每次充電時(shí)間15min，一次充電可以行駛20km，時(shí)速25km，已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行了4年[9]。1.2.2國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)超級(jí)電容器的研究工作正式起步于80年代，當(dāng)時(shí)在國(guó)外正處于稱其為“goldcapacitors”階段。解放軍防化研究所、電子工業(yè)部49所以及國(guó)內(nèi)部分高校等都在積極地進(jìn)行電化學(xué)超級(jí)電容器及其相關(guān)領(lǐng)域