電化學(xué)超級(jí)電容原理及應(yīng)用知識(shí)講解.ppt

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1、電化學(xué)超級(jí)電容原理及應(yīng)用目錄1、超級(jí)電容的原理和特點(diǎn)2、超級(jí)電容的性能指標(biāo)3、超級(jí)電容與普通物理電容比較4、超級(jí)電容與可充電池比較5、超級(jí)電容的應(yīng)用超級(jí)電容器的分類(lèi)根據(jù)使用電極材料的不同可分為兩大類(lèi)：（1）以炭材料為電極，以電極雙電層電容的機(jī)制儲(chǔ)存電荷，本質(zhì)是靜電型能量?jī)?chǔ)存方式，通常被稱(chēng)作雙電層電容器(EDLC)。電容量與電極電位和比表面積的大小有關(guān)，因而常使用高比表面積的活性碳作為電極材料，從而增加電容量。例如，活性碳的表面積可達(dá)1000m2/g，電容量可達(dá)100F/g，且碳材料還具有成本低，技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，該類(lèi)超級(jí)電容在汽

2、車(chē)上應(yīng)用也最為廣泛。（2）以二氧化釕或者導(dǎo)體聚合物等材料為陽(yáng)極，以氧化還原反應(yīng)的機(jī)制存儲(chǔ)電荷，通常被稱(chēng)作電化學(xué)電容器。與雙電層電容器的靜電容量相比，相同表面積下超電容器的容量要大10～100倍，因此可以制成體積非常小、容量大的電容器。但由于貴金屬的價(jià)格高，主要用于軍事領(lǐng)域。超級(jí)電容器的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：在很小的體積下達(dá)到法拉級(jí)的電容量；無(wú)須特別的充電電路和控制放電電路；與電池相比過(guò)充、過(guò)放都不對(duì)其壽命構(gòu)成負(fù)面影響；從環(huán)保的角度考慮，它是一種綠色能源；超級(jí)電容器可焊接，因而不存在像電池接觸不牢固等問(wèn)題缺點(diǎn)：如果使用不當(dāng)會(huì)造成電解質(zhì)泄漏

3、等現(xiàn)象；和鋁電解電容器相比，它內(nèi)阻較大，因而不可以用于交流電路超級(jí)電容與傳統(tǒng)電容的比較電容是以將電荷分隔開(kāi)來(lái)的方式儲(chǔ)存能量的，儲(chǔ)存電荷的面積越大，電荷被隔離的距離越小，電容越大。電容值為：C=ε·A/3.6πd其中A為極板面積，d為介質(zhì)厚度，ε為相對(duì)介電常數(shù)傳統(tǒng)電容是從平板狀導(dǎo)電材料得到其儲(chǔ)存電荷面積的，只有將一很長(zhǎng)材料纏繞起來(lái)才能獲得大的面積，從而獲得大的電容。另外傳統(tǒng)電容是用塑料薄膜、紙張或陶瓷等將電荷板隔開(kāi)。這類(lèi)絕緣材料的厚度不可能做得非常簿。超級(jí)電容是從多孔碳基電極材料得到其儲(chǔ)存電荷面積的，這種材料的多孔結(jié)構(gòu)使它每

4、克重量的表面積可達(dá)2000平方米。而超級(jí)電容中電荷分隔的距離是由電解質(zhì)中的離子大小決定的，其值小于10埃。超級(jí)電容能量密度較傳統(tǒng)電容高，但功率密度較之低。超級(jí)電容與電池的比較超低串聯(lián)等效電阻，功率密度是鋰離子電池的數(shù)十倍以上，適合大電流放電，（一枚4.7F電容能釋放瞬間電流18A以上）超長(zhǎng)壽命，充放電大于50萬(wàn)次，是Li-Ion電池的500倍，是Ni-MH和Ni-Cd電池的1000倍，如果對(duì)超級(jí)電容每天充放電20次，連續(xù)使用可達(dá)68年可以大電流充電，充放電時(shí)間短，對(duì)充電電路要求簡(jiǎn)單，無(wú)記憶效應(yīng)，免維護(hù)，可密封溫度范圍寬-40℃

5、～+70℃，一般電池是-20℃～60℃超級(jí)電容應(yīng)用領(lǐng)域a.無(wú)線通訊----GSM手機(jī)通訊時(shí)脈沖電源；雙向?qū)ず簦???其它數(shù)據(jù)通訊設(shè)備b.移動(dòng)電腦----手提數(shù)據(jù)終端；PDA；其它使用微處??理器的手提設(shè)備c.工業(yè)/汽車(chē)----智能水表、電表；遠(yuǎn)程載波抄表；??無(wú)線報(bào)警系統(tǒng)；電磁閥；電子門(mén)鎖；脈沖電源；UPS；電動(dòng)工具；汽車(chē)輔助系統(tǒng)；汽車(chē)啟動(dòng)設(shè)備d.消費(fèi)電子----音響、視頻和其它電子產(chǎn)品斷電時(shí)??須用記憶保持電路的產(chǎn)品；電子玩具；無(wú)線電話(huà)；??電熱水瓶；照相機(jī)閃光燈系統(tǒng)；助聽(tīng)器超級(jí)電容在無(wú)線通訊中的應(yīng)用在無(wú)線通訊中，G

6、SM/GPRS無(wú)線調(diào)制解調(diào)器傳輸數(shù)據(jù)過(guò)程中，需要輸出電壓3V左右，輸出200-300mA的電流脈沖，脈沖時(shí)間為秒級(jí)，期間還另需要一次達(dá)2A的電流脈沖，脈沖時(shí)間為毫秒級(jí)。常態(tài)脈沖電流供電可由常規(guī)型號(hào)單體電池實(shí)現(xiàn)，而達(dá)到2A以上的大電流脈沖則只能依靠超級(jí)電容來(lái)實(shí)現(xiàn)。超級(jí)電容在智能水表中的應(yīng)用傳統(tǒng)的智能水表，在控制水閥開(kāi)啟和關(guān)斷時(shí)，普遍采用的方法是內(nèi)裝鋰電池。鋰電池的優(yōu)點(diǎn)在于重量輕、能量大、自放電率低等。但當(dāng)電池電量不足時(shí)，不能有效監(jiān)測(cè)，將無(wú)法可靠的關(guān)斷水閥，造成無(wú)法計(jì)費(fèi)、逃水現(xiàn)象等情況出現(xiàn)。這是內(nèi)部安裝了鋰電池的智能水表的致命缺點(diǎn)

7、，直接影響到它的推廣和使用。新方案用超級(jí)電容替換鋰電池，封裝在水表中，同時(shí)外接干電池供電。平時(shí)干電池提供水表電路所需能量和對(duì)超級(jí)電容充電；而當(dāng)電池電壓過(guò)低，或突然斷電時(shí)（如取下電池），由超級(jí)電容繼續(xù)為電路提供電源，同時(shí)，超級(jí)電容存儲(chǔ)的能量足以關(guān)斷閥門(mén)。新方案優(yōu)點(diǎn)：1、將電池與水表分離，可隨時(shí)更換，延長(zhǎng)水表壽命。2、超級(jí)電容的大電流放電特性保障了水閥關(guān)斷的可靠性。超級(jí)電容在電動(dòng)汽車(chē)中的應(yīng)用電動(dòng)汽車(chē)的輔助動(dòng)力改善汽車(chē)的啟動(dòng)性能圖示為燃料電池汽車(chē)的起動(dòng)過(guò)程，由于超級(jí)電容在車(chē)輛起步時(shí)提供瞬時(shí)的大功率，從而使汽車(chē)起步過(guò)程大大加快。圖示為

8、超級(jí)電容應(yīng)用于電動(dòng)車(chē)的典型結(jié)構(gòu)UCMS（超級(jí)電容管理系統(tǒng)）主要作用是管理每個(gè)單體電流的大小，防止電壓超過(guò)電解質(zhì)的分解電壓而造成損壞，限制單體不均勻性的影響。從而使超級(jí)電容組穩(wěn)定可靠的工作，提高超級(jí)電容組整體的效率和壽命。DC/DC一般為電流型升壓變換器，主要作用是控制電容器的