超級(jí)電容器技術(shù)簡(jiǎn)介

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1、超級(jí)電容器技術(shù)的研究背景及發(fā)展現(xiàn)狀1.研究背景隨著科技的進(jìn)步及社會(huì)文明程度的提高，能源問(wèn)題已成為人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的核心，是影響當(dāng)前世界各國(guó)能源決策和科技導(dǎo)向的關(guān)鍵因素，同時(shí)，也是促進(jìn)能源科技發(fā)展的巨大推動(dòng)力。進(jìn)入二十一世紀(jì)之后，能源短缺和環(huán)境惡化的問(wèn)題日益嚴(yán)重，這促使人們應(yīng)更加重視建立確保經(jīng)濟(jì)可持續(xù)增長(zhǎng)、有利于環(huán)境的能源供應(yīng)體系，節(jié)能和擴(kuò)大新能源開(kāi)發(fā)利用成為世界性的趨勢(shì)。石油作為一種不可再生資源，隨著人類需求的不斷增長(zhǎng)，已面臨嚴(yán)重的短缺，并由此不斷引發(fā)全球性的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、政治問(wèn)題。而且，全球燃油汽車消費(fèi)量的不斷增加，

2、燃油汽車排放的NOx和COx對(duì)全球環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重污染，并導(dǎo)致地球溫室效應(yīng)。開(kāi)發(fā)更加清潔、環(huán)保的電動(dòng)汽車被認(rèn)為是解決能源問(wèn)題和環(huán)保問(wèn)題的一條有效途徑，目前已成為全球性的研究熱點(diǎn)。電動(dòng)汽車的研究經(jīng)過(guò)多年的研發(fā)，特別是最近十年來(lái)的集中研究，已經(jīng)對(duì)電動(dòng)汽車有了比較統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。純電動(dòng)汽車（鎳氫電池或鋰離子電池作主電源）適合于短途應(yīng)用，燃料電池電動(dòng)車由于技術(shù)和成本因素在二十到三十年內(nèi)不具備商業(yè)化應(yīng)用的競(jìng)爭(zhēng)力，而混合電動(dòng)車（“油＋電”混合，）被認(rèn)為是最接近商業(yè)化的技術(shù)模式?！坝停姟被旌想妱?dòng)車中的“電”主要是指二次電池，主要包括鉛酸電池、

3、鎳氫電池和鋰離子電池。目前，商品化的二次電池雖然具有較高的比能量，但比功率都很低，一般不超過(guò)500W/kg，而且電池在高脈沖電流放電或大電流充電時(shí)會(huì)影響其使用壽命，并引起電池內(nèi)部發(fā)熱、升溫，存在安全隱患。燃料電池同樣是一種低比功率的儲(chǔ)能元件，耐大電流充放電能力差。單獨(dú)使用電池作為動(dòng)力電源無(wú)法滿足電動(dòng)汽車對(duì)電源系統(tǒng)的要求。從能源的利用形態(tài)來(lái)看，電能作為能量利用的最終形態(tài)，已成為人類物質(zhì)生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展不可缺少的“源動(dòng)力”。近年來(lái)，小型分立的可移動(dòng)電源的發(fā)展更是增加了電能的利用形式和應(yīng)用范圍。電能除了通過(guò)固有的電網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用于工業(yè)

4、和家庭生活外，通過(guò)可移動(dòng)電源（如鉛酸、鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池）等“承載體”更是成為隨時(shí)隨地均可便捷使用的動(dòng)力源，極大方便了人們的物質(zhì)文化生活。另外，隨著科技發(fā)展和信息社會(huì)的到來(lái)，各種計(jì)算機(jī)有關(guān)的電子設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、家用電器及移動(dòng)通信設(shè)備的逐漸普及，對(duì)高性能存儲(chǔ)器備用電源的需求越來(lái)越迫切。這些儲(chǔ)能裝置除對(duì)能量密度有一定要求外，對(duì)功率密度的要求越來(lái)越高，有的已經(jīng)超過(guò)了目前二次電池的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)能力，傳統(tǒng)的靜電電容器也因能量密度過(guò)低不能滿足要求。因此，迫切需要高功率型的儲(chǔ)能裝置以滿足當(dāng)前特殊應(yīng)用領(lǐng)域的需求。在上述特殊需要的推動(dòng)下，電

5、化學(xué)電容器近年來(lái)成為了人們的研究熱點(diǎn)。電化學(xué)電容器是介于傳統(tǒng)電容器和二次電池之間一種新型儲(chǔ)能器件，具有比傳統(tǒng)電容器更高的能量密度，比二次電池更高的功率密度。與二次電池相比，它的能量密度較低，但它的比功率一般大于1000W/kg，是二次電池的一倍以上；并且，循環(huán)壽命比二次電池高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。電化學(xué)電容器與具有高能量密度的二次電池或燃料電池聯(lián)合組成的混合電源系統(tǒng)，能夠滿足電動(dòng)汽車和混合電動(dòng)汽車既需要高比能量，又需要高比功率，同時(shí)具有高能量回收效率的動(dòng)力電源系統(tǒng)的要求。并且，由于電池不需要在大電流、高脈沖功率條件下工作，能夠大

6、幅度延長(zhǎng)電池的使用壽命。由電化學(xué)電容器與二次電池或燃料電池組合組成的電動(dòng)汽車動(dòng)力電源系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)行了整車實(shí)驗(yàn)，并已開(kāi)始在各類型電動(dòng)車中得到應(yīng)用。最近出現(xiàn)了以電化學(xué)電容器為主電源的電容公交車，成為未來(lái)電動(dòng)公交車發(fā)展的一個(gè)方向。除了在電動(dòng)車領(lǐng)域的應(yīng)用外，電化學(xué)電容器還可應(yīng)用于記憶性存儲(chǔ)器、微型計(jì)算機(jī)、汽車音響、系統(tǒng)主板和鐘表等的備用電源，電動(dòng)玩具車等的主電源，內(nèi)燃機(jī)的啟動(dòng)電源及太陽(yáng)能電池的輔助電源等。同時(shí)，作為高脈沖電流發(fā)生器電源，電化學(xué)電容器在航空航天、國(guó)防、通信等領(lǐng)域也將發(fā)揮重要作用。作為一種新型儲(chǔ)能元件，電化學(xué)電容器越來(lái)越

7、受到國(guó)家的重視，2005年被列入《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)發(fā)展和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》（2005-2020年），成為國(guó)家長(zhǎng)期發(fā)展的能源領(lǐng)域中重要的前沿技術(shù)之一。在2006年國(guó)家重大科技專項(xiàng)中涉及電化學(xué)電容器的內(nèi)容有兩項(xiàng)，這足顯國(guó)家對(duì)電化學(xué)電容器的重視。電化學(xué)電容器是能量?jī)?chǔ)存領(lǐng)域的一次新的革命和學(xué)科及產(chǎn)業(yè)生長(zhǎng)點(diǎn)。此項(xiàng)目的成功突破并實(shí)用化，將在能源領(lǐng)域引起可與鋰離子電池的實(shí)用化相媲美的又一次創(chuàng)新。2.超級(jí)電容器簡(jiǎn)介電化學(xué)電容器（Electrochemicalcapacitor，EC），又被稱為超級(jí)電容器（Supercapacitor，Ult

8、racapacitor）或者雙電層電容器（ElectricDoubleLayercapacitor，EDLC），是介于傳統(tǒng)物理電容器和二次電池之間的一種新型儲(chǔ)能器件[9-10]。最早出現(xiàn)的是采用活性炭做電極的水系電化學(xué)電容器，后來(lái)又出現(xiàn)了采用活性炭做電極的非水系電解液有機(jī)體系電容器；同期出現(xiàn)了以RuO2