【正文】 間的直流供給，只是在分、合閘操作時(shí)需要直流電能?？紤]到要保證事故分閘的可靠性使用了蓄電池式直流電源，必然帶來很高的運(yùn)營成本，設(shè)備需要經(jīng)常的維護(hù)保養(yǎng)且使用壽命很短。另外故障率也因其電池的多節(jié)串聯(lián)而增加，任何一節(jié)電池有問題，都將影響整個(gè)蓄電池組的正常工作，且廢棄蓄電池對環(huán)境帶來很大危害。由于上述設(shè)備存在的問題，人們迫切希望有較好的辦法來解決，超級電容器的出現(xiàn)及其具備的優(yōu)良性能為解決這一問題帶來了希望。當(dāng)前，超級電容器儲能技術(shù)在國內(nèi)還處于前沿探索階段，因此對超級電容器儲能及應(yīng)用技術(shù)開展深入的研究具有十分重要的意義，可以為解決電力系統(tǒng)、可再生能源、電動汽車以及沖擊性負(fù)載中出現(xiàn)的問題提供一個(gè)新的解決方案。超級電容器單獨(dú)儲能和超級電容器與蓄電池組成混合儲能系統(tǒng)在我國僅僅處于理論研究與初步試用階段，而系統(tǒng)的研究超級電容器直流儲能單元、超級電容器充電均壓、混合儲能系統(tǒng)模型及其實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)可以為超級電容器的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展打開市場之門，意義深遠(yuǎn)。本文課題是基于包括以上觀點(diǎn)進(jìn)行開展的，主要介紹了超級電容器的原理以及發(fā)展前景。作為一種新型的儲能系統(tǒng)，在直流電源中的應(yīng)用將會更加廣泛，因此，論文以直流電源中存在的問題為引，介紹了超級電容器在直流電源中的應(yīng)用。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文2第一章 超級電容器 超級電容器的概述 超級電容器，又叫雙電層電容器、電化學(xué)電容器, 黃金電容、法拉電容，通過極化電解質(zhì)來儲能。它是一種電化學(xué)元件，但在其儲能的過程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種儲能過程是可逆的，也正因?yàn)榇顺夒娙萜骺梢苑磸?fù)充放電數(shù)十萬次。超級電容器可以被視為懸浮在電解質(zhì)中的兩個(gè)無反應(yīng)活性的多孔電極板，在極板上加電，正極板吸引電解質(zhì)中的負(fù)離子，負(fù)極板吸引正離子，實(shí)際上形成兩個(gè)容性存儲層，被分離開的正離子在負(fù)極板附近，負(fù)離子在正極板附近。超級電容器是建立在德國物理學(xué)家亥姆霍茲提出的界面雙電層理論基礎(chǔ)上的一種全新的電容器。眾所周知，插入電解質(zhì)溶液中的金屬電極表面與液面兩側(cè)會出現(xiàn)符號相反的過剩電荷，從而使相間產(chǎn)生電位差。那么，如果在電解液中同時(shí)插入兩個(gè)電極，并在其間施加一個(gè)小于電解質(zhì)溶液分解電壓的電壓，這時(shí)電解液中的正、負(fù)離子在電場的作用下會迅速向兩極運(yùn)動，并分別在兩上電極的表面形成緊密的電荷層，即雙電層。它所形成的雙電層和傳統(tǒng)電容器中的電介質(zhì)在電場作用下產(chǎn)生的極化電荷相似，從而產(chǎn)生電容效應(yīng)，緊密的雙電層近似于平板電容器，但是，由于緊密的電荷層間距比普通電容器電荷層間的距離更小得多，因而具有比普通電容器更大的容量。雙電層電容器與鋁電解電容器相比內(nèi)阻較大，因此，可在無負(fù)載電阻情況下直接充電，如果出現(xiàn)過電壓充電的情況，雙電層電容器將會開路而不致?lián)p壞。這一特點(diǎn)與鋁電解電容器的過電壓擊穿不同。同時(shí)，雙電層電容器與可充電電池相比，可進(jìn)行不限流充電，且充電次數(shù)可達(dá) 10^6 次以上，因此雙電層電容不但具有電容的特性，同時(shí)也具有電池特性，是一種介于電池和電容之間的新型特殊元器件。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文3 超級電容器的原理 超級電容器是利用雙電層原理的電容器。當(dāng)外加電壓加到超級電容器的兩個(gè)極板上時(shí)，與普通電容器一樣，極板的正電極存儲正電荷，負(fù)極板存儲負(fù)電荷，在超級電容器的兩極板上電荷產(chǎn)生的電場作用下，在電解液與電極間的界面上形成相反的電荷，以平衡電解液的內(nèi)電場，這種正電荷與負(fù)電荷在兩個(gè)不同相之間的接觸面上，以正負(fù)電荷之間極短間隙排列在相反的位置上，這個(gè)電荷分布層叫做雙電層，因此電容量非常大。當(dāng)兩極板間電勢低于電解液的氧化還原電極電位時(shí)，電解液界面上電荷不會脫離電解液，超級電容器為正常工作狀態(tài)（通常為 3V 以下），如電容器兩端電壓超過電解液的氧化還原電極電位時(shí)，電解液將分解，為非正常狀態(tài)。由于隨著超級電容器放電 ，正、負(fù)極板上的電荷被外電路泄放，電解液的界面上的電荷相應(yīng)減少。由此可以看出：超級電容器的充放電過程始終是物理過程，沒有化學(xué)反應(yīng)。因此性能是穩(wěn)定的，與利用化學(xué)反應(yīng)的蓄電池是不同的。 超級電容器的特點(diǎn)　由于超級電容器的結(jié)構(gòu)及工作原理使其具有如下特點(diǎn)： 　超級電容器結(jié)構(gòu)框圖內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文4　　，超級電容器采用活性炭粉與活性炭纖維作為可極化電極與電解液接觸的面積大大增加，根據(jù)電容量的計(jì)算公式，那么兩極板的表面積越大，則電容量越大。因此，一般雙電層電容器容量很容易超過 1F，它的出現(xiàn)使普通電容器的容量范圍驟然躍升了 3554 個(gè)數(shù)量級，目前單體超級電容器的最大電容量可達(dá) 5000F?！　?，可達(dá) 500 000 次，或 90 000 小時(shí)，而蓄電池的充放電壽命很難超過 1 000 次，　?。ㄈ?2700F 的超級電容器額定放電電流不低于950A，放電峰值電流可達(dá) 1680A，一般蓄電池通常不能有如此高的放電電流一些高放電電流的蓄電池在雜如此高的放電電流下的使用壽命將大大縮短?！　?，而蓄電池再如此短的時(shí)間內(nèi)充滿電將是極危險(xiǎn)的或幾乎不可能?！　。?0—+70℃）而蓄電池很難在高溫特別是低溫環(huán)境下工作?！　?，而鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池軍具有毒性?！　?ESR 相對常規(guī)電容器大（10F/ 的 ESR 為 110mΩ）?！　?，如采取均壓后，還可以串聯(lián)使用 超級電容器的發(fā)展前景 從結(jié)構(gòu)上看，超級電容器主要由電極、電解質(zhì)、隔膜、端板、引線和封裝材料組成，其中電極、電解質(zhì)和隔膜的組成和質(zhì)量對超級電容器的性能起著決定性的影響，采用何種電極板和電解質(zhì)材料將基本決定最終產(chǎn)品的類型與特性。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文52022 年 1 月 16 日，美國得克薩斯州一家研制電動汽車儲能裝置，名為EEStor 的公司打破沉默，對外宣告了他們“里程碑 ”式的成果：他們的自動生產(chǎn)線已經(jīng)由獨(dú)立的第三方分析驗(yàn)收，其產(chǎn)品的關(guān)鍵物質(zhì)鋇鈦酸鹽粉末已經(jīng)完成了最初的純化，純度達(dá)到了 %。這一技術(shù)一旦進(jìn)入成熟的工業(yè)生產(chǎn)，他們所研制的新型超級電容器動力系統(tǒng)將替代包括從電動汽車到筆記本電腦的一切電化學(xué)電池。按照 2022 年 4 月發(fā)表的專利，EEStor 這種能量存儲裝置是用陶瓷粉末涂在鋁氧化物和玻璃的表面。從技術(shù)上說，它并不是電池，而是一種超級電容器，它在 5 分鐘內(nèi)充的電能可以讓一個(gè) 電動車走 500 英里，電費(fèi)只有 9 美元。而燒汽油的內(nèi)燃機(jī)車走相同里程則要花費(fèi) 60 美元。與傳統(tǒng)的電化學(xué)電池相比，超級電容器有很多好處。它可以無限制地接受無數(shù)次放電和充電，超級電容器沒有“記憶” 。但是，一般的超級電容器也有其弱點(diǎn)，就是能量存儲率有限，市場上的高端超級電容器每 千克的存儲能量只有鋰電池的 1/25。而 EEStor 開發(fā)的超級電容器，由于鋇鈦酸鹽有足夠的純度，存儲能量的能力大大提高。EEStor 公司負(fù)責(zé)人聲稱，該超級電容器每公斤所存儲的能量可達(dá) 千瓦時(shí)，相比之下，每公斤鋰電池是 千瓦時(shí)，鉛酸電池只有 千瓦時(shí)，這就讓超級電容器有了可用在從電動車、起搏器到現(xiàn)代化武器等多種領(lǐng)域的可能。好的鉛酸電池能充電 500～700 次，而根據(jù) EEStor 的聲明，新的超級電容器可反復(fù)充電 100 萬次以上，也不會出現(xiàn)材料降解問題。而且，由于它不是化學(xué)電池，而是一種固體狀態(tài)的能量儲存系統(tǒng)，不會出現(xiàn)鋰電池那種過熱甚至爆炸的危險(xiǎn)，沒有安全隱患。這一發(fā)明的意義相當(dāng)重大，該突破不僅從根本上改變了電動車在交通運(yùn)輸中的位置，也將改進(jìn)諸如風(fēng)能、太陽能等間歇性能源的利用性能，增進(jìn)了電網(wǎng)的效率和穩(wěn)定性，滿足人們能源安全的需求，減少對石油的依賴。顯然，該突破也對下一代鋰電池的研制者造成威脅。EEStor 公司負(fù)責(zé)人暗示，他們的技術(shù)不僅適用于小型旅客電動車，還可能取代 220500 瓦的大型汽車。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文6第二章 超級電容器的應(yīng)用領(lǐng)域 超級電容器具有更高的功率密度和循環(huán)壽命，特別適合應(yīng)用于需要高功率輸出