電容電池研發(fā)情況

超級電容器是上世紀(jì)80年代后發(fā)展起來的新型儲能器件，在歐洲、美國、日本已經(jīng)開始形成新興的產(chǎn)業(yè)。

從1990年開始，世界各國開始成立專門機構(gòu)開發(fā)和生產(chǎn)超級電容器，目前，在該技術(shù)領(lǐng)域中處于領(lǐng)先地位的國家有俄羅斯、日本、德國和美國，這些發(fā)達(dá)國家已把超級電容器項目作為國家重點研究和開發(fā)項目，并提出了近期和中長期發(fā)展計劃。在超級電容器的實用性方面，俄羅斯走在世界的前列。

我國從九十年代開始研制超級雙電層電容器，與國外先進(jìn)水平還有一定的差距。據(jù)有關(guān)資料表明，國內(nèi)有些單位已經(jīng)研制出比能量為10Wh/kg、比功率為600W/kg的高能量型及比能量為5Wh/kg、比功率為2500W/kg的高功率型超級電容器樣品，循環(huán)使用次數(shù)可達(dá)50,000次以上。性能指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平，成本較國際平均價格有大幅度下降，初步具備應(yīng)用水平。我們相信，在創(chuàng)新精神的鼓勵下，我國超級電容將很快趕上、超過世界先進(jìn)水平。

1、超級電容器具有固定的極性。在使用前，應(yīng)確認(rèn)極性。

2、超級電容器應(yīng)在標(biāo)稱電壓下使用:

當(dāng)電容器電壓超過標(biāo)稱電壓時，將會導(dǎo)致電解液分解，同時電容器會發(fā)熱，容量下降，而且內(nèi)阻增加，壽命縮短，在某些情況下，可導(dǎo)致電容器性能崩潰。

3、超級電容器不可應(yīng)用于高頻率充放電的電路中，高頻率的快速充放電會導(dǎo)致電容器內(nèi)部發(fā)熱，容量衰減，內(nèi)阻增加，在某些情況下會導(dǎo)致電容器性能崩潰。

4、安裝超級電容器后，不可強行傾斜或扭動電容器，這樣會導(dǎo)致電容器引線松動，導(dǎo)致性能劣化。

5、在焊接過程中避免使電容器過熱:

若在焊接中使電容器出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，會降低電容器的使用壽命，例如:如果使用厚度為1.6mm的印刷線路板，焊接過程應(yīng)為260℃，時間不超過5s。

6、將電容器串聯(lián)使用時:

當(dāng)超級電容器進(jìn)行串聯(lián)使用時，存在單體間的電壓均衡問題，單純的串聯(lián)會導(dǎo)致某個或幾個單體電容器過壓，從而損壞這些電容器，整體性能受到影響，故在電容器進(jìn)行串聯(lián)使用時，需得到廠家的技術(shù)支持。

(1)充電速度快，只要充電幾十秒到幾分鐘就可達(dá)到其額定容量的95%以上;而現(xiàn)在使用面積最大的鉛酸電池充電通常需要幾個小時。

(2)循環(huán)使用壽命長，深度充放電循環(huán)使用次數(shù)可達(dá)50萬次，如果對超級電容每天充放電20次，連續(xù)使用可達(dá)68年如果相應(yīng)地和鉛酸電池比較, 它的使用壽命可達(dá)68年, 且沒有"記憶效應(yīng)"。

(3)大電流放電能力超強，能量轉(zhuǎn)換效率高，過程損失小，大電流能量循環(huán)效率≥90%。

(4)功率密度高，可達(dá)300Wh/kg~5000Wh/kg，相當(dāng)于普通電池的數(shù)十倍;能量比大大提高，鉛酸電池一般只能達(dá)到0.02kWh/kg，而超級電容電池目前研發(fā)已可達(dá)10 kWh/kg。

(5)產(chǎn)品原材料構(gòu)成、生產(chǎn)、使用、儲存以及拆解過程均沒有污染，是理想的綠色環(huán)保電源。

(6)充放電線路簡單，無需充電電池那樣的充電電路，安全系數(shù)高，長期使用免維護(hù)。

(7)超低溫特性好，使用環(huán)境溫度范圍寬達(dá)-40℃~+70℃。

(8)檢測方便，剩余電量可直接讀出。

(9)單體容量范圍通常0.1F--1000F 。

超級電容的容量比通常的電容器大得多。由于其容量很大，對外表現(xiàn)和電池相同，因此也稱作"電容電池"或說"黃金電池"。超級電容器電池也屬于雙電層電容器,它是目前世界上已投入量產(chǎn)的雙電層電容器中容量最大的一種,其基本原理和其它種類的雙電層電容器一樣,都是利用活性炭多孔電極和電解質(zhì)組成的雙電層結(jié)構(gòu)獲得超大的容量。

傳統(tǒng)物理電容中儲存的電能來源于電荷在兩塊極板上的分離,兩塊極板之間為真空(相對介電常數(shù)為1)或一層介電物質(zhì)(相對介電常數(shù)為ε)所隔離,電容值為:C = ε·A / 3.6 πd ·10-6 (μF) 其中A為極板面積,d為介質(zhì)厚度。所儲存的能量為: E = C (ΔV)2/2，其中C為電容值,ΔV為極板間的電壓降.可見,若想獲得較大的電容量,儲存更多的能量,必須增大面積A或減少介質(zhì)厚度d，但這個伸縮空間有限，導(dǎo)致它的儲電量和儲能量較小。

雙電層電容器中,采用活性炭材料制作成多孔電極,同時在相對的碳多孔電極之間充填電解質(zhì)溶液,當(dāng)在兩端施加電壓時,相對的多孔電極上分別聚集正負(fù)電子,而電解質(zhì)溶液中的正負(fù)離子將由于電場作用分別聚集到與正負(fù)極板相對的界面上,從而形成兩個集電層,相當(dāng)于兩個電容器串聯(lián),由于活性碳材料具有≥1200m2/g的超高比表面積(即獲得了極大的電極面積A),而且電解液與多孔電極間的界面距離不到1nm(即獲得了極小的介質(zhì)厚度d),根據(jù)前面的計算公式可以看出,這種雙電層電容器比傳統(tǒng)的物理電容的容值要大很多,比容量可以提高100倍以上, 從而使單位重量的電容量可達(dá)100F/g，并且電容的內(nèi)阻還能保持在很低的水平，碳材料還具有成本低，技術(shù)成熟等優(yōu)點。從而使利用電容器進(jìn)行大電量的儲能成為可能，且在實際使用時，可以通過串聯(lián)或者并聯(lián)以提高輸出電壓或電流。

生產(chǎn)和生活最常見的鉛蓄電池，可將電能通過化學(xué)反應(yīng)儲藏起來，到另一個場合或另一時段使用。鉛蓄電池雖然造價較低，但也有相應(yīng)的弱點，諸如能量轉(zhuǎn)換效率較低、電池反復(fù)充放電易老化導(dǎo)致使用壽命短、比能量(Wh/kg)和比功率(W/kg)小使設(shè)備笨重、充電時間長等。我們在手機上使用的鋰離子電池，雖然也有許多優(yōu)點，但它價格昂貴且儲藏電能有限，不能在大功率場合下使用;所以正在開發(fā)研制的超級電容電池，相比較而言，就有著一般電池?zé)o可比擬的優(yōu)點，它的前景不可限量。

超級電容的容量比通常的電容器大得多。由于其容量很大，對外表現(xiàn)和電池相同，因此也稱作"電容電池"或說"黃金電池"。超級電容器電池也屬于雙電層電容器,它是目前世界上已投入量產(chǎn)的雙電層電容器中容量最大的一種,其基本原理和其它種類的雙電層電容器一樣,都是利用活性炭多孔電極和電解質(zhì)組成的雙電層結(jié)構(gòu)獲得超大的容量.

傳統(tǒng)物理電容中儲存的電能來源于電荷在兩塊極板上的分離,兩塊極板之間為真空(相對介電常數(shù)為1)或一層介電物質(zhì)(相對介電常數(shù)為ε)所隔離,電容值為:C = ε·A / 3.6 πd ·10-6 (μF) 其中A為極板面積,d為介質(zhì)厚度。所儲存的能量為: E = C (ΔV)2/2，其中C為電容值,ΔV為極板間的電壓降.可見,若想獲得較大的電容量,儲存更多的能量,必須增大面積A或減少介質(zhì)厚度d，但這個伸縮空間有限，導(dǎo)致它的儲電量和儲能量較小。超級電容采用活性炭材料制作成多孔電極,同時在相對的碳多孔電極之間充填電解質(zhì)溶液,當(dāng)在兩端施加電壓時,相對的多孔電極上分別聚集正負(fù)電子,而電解質(zhì)溶液中的正負(fù)離子將由于電場作用分別聚集到與正負(fù)極板相對的界面上,從而形成兩個集電層,相當(dāng)于兩個電容器串聯(lián),由于活性碳材料具有≥1200m2/g的超高比表面積(即獲得了極大的電極面積A),而且電解液與多孔電極間的界面距離不到1nm(即獲得了極小的介質(zhì)厚度d),根據(jù)前面的計算公式可以看出,這種雙電層電容器比傳統(tǒng)的物理電容的容值要大很多,比容量可以提高100倍以上, 從而使單位重量的電容量可達(dá)100F/g，并且電容的內(nèi)阻還能保持在很低的水平，碳材料還具有成本低，技術(shù)成熟等優(yōu)點。從而使利用電容器進(jìn)行大電量的儲能成為可能，且在實際使用時，可以通過串聯(lián)或者并聯(lián)以提高輸出電壓或電流。

1、超級電容器具有固定的極性。在使用前，應(yīng)確認(rèn)極性。

2、超級電容器應(yīng)在標(biāo)稱電壓下使用:

當(dāng)電容器電壓超過標(biāo)稱電壓時，將會導(dǎo)致電解液分解，同時電容器會發(fā)熱，容量下降，而且內(nèi)阻增加，壽命縮短，在某些情況下，可導(dǎo)致電容器性能崩潰。

3、超級電容器不可應(yīng)用于高頻率充放電的電路中，高頻率的快速充放電會導(dǎo)致電容器內(nèi)部發(fā)熱，容量衰減，內(nèi)阻增加，在某些情況下會導(dǎo)致電容器性能崩潰。

4、安裝超級電容器后，不可強行傾斜或扭動電容器，這樣會導(dǎo)致電容器引線松動，導(dǎo)致性能劣化。

5、在焊接過程中避免使電容器過熱:

若在焊接中使電容器出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，會降低電容器的使用壽命，例如:如果使用厚度為1.6mm的印刷線路板，焊接過程應(yīng)為260℃，時間不超過5s。

6、將電容器串聯(lián)使用時:

當(dāng)超級電容器進(jìn)行串聯(lián)使用時，存在單體間的電壓均衡問題，單純的串聯(lián)會導(dǎo)致某個或幾個單體電容器過壓，從而損壞這些電容器，整體性能受到影響。

另外，超級電容器在變配電站直流系統(tǒng)中、稅控機、稅控收款機上、搖晃式手電筒上(免換電池，只要搖晃30秒鐘，即可發(fā)光5分鐘;照射距離1公尺)、智能表類(如智能水表和煤氣表)上、計算機UPS電源方面亦多有應(yīng)用。

(1)充電速度快，只要充電幾十秒到幾分鐘就可達(dá)到其額定容量的95%以上;而現(xiàn)在使用面積最大的鉛酸電池充電通常需要幾個小時。

(2)循環(huán)使用壽命長，深度充放電循環(huán)使用次數(shù)可達(dá)50萬次，如果對超級電容每天充放電20次，連續(xù)使用可達(dá)68年。如果相應(yīng)地和鉛酸電池比較, 它的使用壽命可達(dá)68年, 且沒有"記憶效應(yīng)"。

(3)大電流放電能力超強，能量轉(zhuǎn)換效率高，過程損失小，大電流能量循環(huán)效率≥90%;

(4)功率密度高，可達(dá)300W/kg~5000W/kg，相當(dāng)于普通電池的數(shù)十倍;比能量大大提高，鉛酸電池一般只能達(dá)到200W/kg，而超級電容電池目前研發(fā)已可達(dá)10 KW/kg，

(5)產(chǎn)品原材料構(gòu)成、生產(chǎn)、使用、儲存以及拆解過程均沒有污染，是理想的綠色環(huán)保電源;

(6)充放電線路簡單，無需充電電池那樣的充電電路，安全系數(shù)高，長期使用免維護(hù);

(7)超低溫特性好，使用環(huán)境溫度范圍寬達(dá)-40℃~+70℃;

(8)檢測方便，剩余電量可直接讀出;

(9)單體容量范圍通常0.1F--3400F 。