超級電容器電池
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- 發(fā)布時間：2015/8/26 23:04:17
- 作者：銀河電氣
定義
超級電容器電池又叫雙電層電容器(Electrical Double-Layer Capacitor)是一種新型儲能裝置，它具有充電時間短、使用壽命長、溫度特性好、節(jié)約能源和綠色環(huán)保等特點。
電能是當代社會不可或缺的重要資源，而儲能設備的優(yōu)劣直接影響著電力設備的充分應用。近年來隨著便攜式設備、不間斷電源系統(tǒng)以及電動車的大量開發(fā)使用，蓄電池的使用量日益增加?？沙潆娦铍姵?，特別是鉛酸蓄電池憑借其價格低廉、性能穩(wěn)定、沒有記憶功能等卓越特點普遍應用在各行各業(yè)。但蓄電池受其先天條件的制約，存在著循環(huán)壽命差、高低溫性能差、充放電過程敏感、深度放電性能容量恢復困難、環(huán)境污染的問題，傳統(tǒng)蓄電池已經(jīng)越來越無法滿足人們對儲能系統(tǒng)的要求，給超級電容器電池的發(fā)展提供了廣闊的空間。
超級電容器的基本原理是利用電極和電解質(zhì)之間形成的界面雙電層來存儲能量的一種新型電子元件。當電極和電解質(zhì)接觸時，由于庫侖力、分子間力或原子間力的作用，使固液界面出現(xiàn)穩(wěn)定的、符號相反的雙層電荷，稱為界面雙電層。贗電容也稱為法拉第準電容，是在電極表面或體相中的二維或準二維空間上，電活性物質(zhì)進行欠電位沉積，發(fā)生高度可逆的化學吸附/脫附或氧化/還原反應，產(chǎn)生和電極充電電位有關的電容。
超級電容器作為產(chǎn)品已趨于成熟，其應用范圍也不斷拓展，在工業(yè)、消費電子、通訊、醫(yī)療器械、國防、軍事裝備、交通等領域得到越來越廣泛的應用。從小容量的特殊儲能到大規(guī)模的電力儲能，從單獨儲能到與蓄電池或燃料電池組成的混合儲能，超級電容器都展示出了獨特的優(yōu)越性。美、歐、日、韓等發(fā)達國家和地區(qū)對超級電容器的應用進行了卓有成效的研究。概括起來，有關超級電容器的應用或應用研究可以分為以下幾個方面。
01小功率電子設備的后備電源、替換電源或主電源
后備電源
當主電源中斷、由于振動產(chǎn)生接觸不良或由于其他重載引起系統(tǒng)電壓降低時，超級電容器就能夠起后備電源作用。其電量通常在微安或毫安級。典型的應用有：錄像機、TV衛(wèi)星接收器、汽車音頻系統(tǒng)、出租車的計量器、無線電波接收器、出租計費器、鬧鐘、控制器、家用面包機、咖啡機、照相機和電視機、計數(shù)器、移動電話、尋呼機等。
替換電源
由于超級電容器具有高充放電次數(shù)、壽命長、使用溫度范圍寬、循環(huán)效率高以及低自放電的特點，故很適合做替換電源。例如，白天太陽能提供電源并對超級電容器充電，晚上則由超級電容器提供電源。典型的應用有太陽能手表、路標燈、公共汽車停車站時間表燈、交通信號燈等，它們能長時間使用，不需要任何維護。
主電源
通過一個或幾個超級電容器釋放持續(xù)幾毫秒到幾秒的大電流。放電之后，超級電容器再由低功率的電源充電。其典型的應用有玩具車，其體積小、重量輕，能很快跑動。
02電動汽車和混合電動汽車
電動汽車的動力源有鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池以及燃料電池等。普通電池雖然能量密度高，行駛里程長，但是存在充電時間長、無法大電流充電、工作壽命短等不足。與之相比，超級電容器功率大，充電速度快，輸出功率大，剎車再生能量回收效率高。由于超級電容器的壽命是普通化學電池的100倍以上且徹底免維護，使用超級電容器作為動力源的城市交通電動汽車綜合運營成本大大低于采用電池作為動力源的電動汽車。目前世界各國都在開發(fā)電動汽車，主要傾向是開發(fā)混合電動汽車（HEV），用電池為電動汽車的正常運行提供能量，而加速和爬坡時可以由超級電容器來補充能量。另外，用超大容量電容器存儲制動時產(chǎn)生的再生能量。在電動車輛行駛時，起步快，加速快，爬坡能力強。
03可再生能源發(fā)電系統(tǒng)/分布式電力系統(tǒng)
在可再生能源發(fā)電或分布式電力系統(tǒng)中，發(fā)電設備的輸出功率具有不穩(wěn)定性和不可預測性的特點。采用超級電容器儲能，可以充分發(fā)揮其功率密度大、循環(huán)壽命長、儲能密度高、無需維護等優(yōu)點，既可以單獨儲能，也可以與其他儲能裝置混合儲能。超級電容器與太陽能電池相結(jié)合，可以應用于路燈、交通警示牌、交通標志燈等。超級電容器還應用于風力發(fā)電、燃料電池等分布式發(fā)電系統(tǒng)，可以對系統(tǒng)起到瞬間功率補償?shù)淖饔茫⒖梢栽诎l(fā)電中斷時作為備用電源，以提高供電的穩(wěn)定性和可靠性。
04變頻驅(qū)動系統(tǒng)的能量緩沖器
超級電容器與功率變換器構成能量的緩沖器，可以用于電梯等變頻驅(qū)動系統(tǒng)。當電梯上升時，能量緩沖器向驅(qū)動系統(tǒng)中的直流母線供電，提供電機所需的峰值功率；在電梯減速下降過程中，吸收電機通過變頻器向直流母線回饋的能量。
05軍事裝備領域
軍用裝備，尤其是野戰(zhàn)裝備，大多不能直接由公共電網(wǎng)供電，而需要配置發(fā)電設備及儲能裝置。軍用裝備對儲能單元的要求是可靠、輕便、隱蔽性強。采用超級電容器與蓄電池混合儲能，可以大幅度減輕電臺等背負設備的重量；為軍用運輸車、坦克車、裝甲車等解決車輛低溫啟動困難的問題，還可提升車輛的動力性和隱蔽性；解決常規(guī)潛艇中蓄電池失效快、壽命短的問題；還可以為雷達、通信及電子對抗系統(tǒng)等提供峰值功率，以減小主供電電源的功率等級。
1、超級電容器在其額定電壓范圍內(nèi)可以被充電至任意電位，且可以完全放出。而電池則受自身化學反應限制工作在較窄的電壓范圍，如果過放可能造成永久性破壞。
2、超級電容器的荷電狀態(tài)（SOC）與電壓構成簡單的函數(shù)，而電池的荷電狀態(tài)則包括多樣復雜的換算。
3、超級電容器與其體積相當?shù)膫鹘y(tǒng)電容器相比可以存儲更多的能量，電池與其體積相當?shù)某夒娙萜飨啾瓤梢源鎯Ω嗟哪芰俊Ｔ谝恍┕β蕸Q定能量存儲器件尺寸的應用中，超級電容器是一種更好的途徑。
4、超級電容器可以反復傳輸能量脈沖而無任何不利影響，相反如果電池反復傳輸高功率脈沖其壽命大打折扣。
5、超級電容器可以快速充電而電池快速充電則會受到損害。
6、超級電容器可以反復循環(huán)數(shù)十萬次，而電池壽命僅幾百個循環(huán)
7、超級電容器用的材料是安全的和無毒的，而鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池軍具有毒性。
8、可以在很寬的度范圍內(nèi)正常工作（-40至＋70℃）而蓄電池很難在高特別是低環(huán)境下工作。
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