【正文】 產(chǎn)生 (稱為 IR 下跌 )。其放電特 性如圖 4。故需要用輸入電壓范圍大的升降壓 DCDC 變換器使輸出電壓恒定。端電壓就開始下降。 圖 三、放電特性 與充電電池不同。即以并聯(lián)監(jiān)控電路的限制電流以下的電流進(jìn)行一次充分的充電。因此。就會(huì)形成不同的端電壓，充電時(shí)就不能同時(shí)達(dá)到滿充電。當(dāng)電容兩端電壓高于設(shè)定的分流電壓時(shí)，并聯(lián)監(jiān)控電路的晶體管就流過多余的電流，通過保護(hù)電阻 R4轉(zhuǎn)化為熱量散出；相反則流過的電流減少。圖 2是一種簡單的監(jiān)控電路，每個(gè)電容并聯(lián)一個(gè)穩(wěn)壓二極管，起分流作用。充滿電的時(shí)間也是不同的。 雙電層的能量及功率密度可以通過下面公式計(jì)算 根據(jù)以上兩個(gè)公式可知：電容器工作電壓的增大可以顯著地提高功率密度和能量密度。在放電時(shí)，電子通過負(fù)載從負(fù)極流到正極，在外電路中產(chǎn)生電流， F 負(fù)離子從電極表恧被釋放進(jìn)入溶液體相呈電中性。能量足以 F乜荷的形式存儲在電極材料的界面。 Helmholtz 首次提出此模型 [15]。作為補(bǔ)償，帶正電的正電極吸引電解液中的負(fù)離子，負(fù)極吸引電解液中的正離子，從而在電極表面形成緊密的雙電層，由此產(chǎn)塵的電容稱為雙電層電容。混合電化學(xué)電容器可分為兩類，一類是電容器的一個(gè)電極采用贗電容電極材料 ， 另一個(gè)電極采用雙電層電容 電極材料，制成不對稱電容器 , 這樣可以拓寬電容器的使用電壓范圍，提高能量密度；另一類是贗電容電極材料和雙電層電容電極材料混合組成復(fù)合電極，制備對稱電容器。大比表面積準(zhǔn)電容電極的充放電過程會(huì)形成雙電層電容 ， 雙電層電容電極（如多孔炭）的充放電過程往往伴隨有贗電容氧化還原過程發(fā)生，實(shí)際的電化學(xué)電容通常是兩 者共存的宏觀體現(xiàn)，要確認(rèn)的只是何者占主 要的問題。 由于儲能機(jī)理的不同，人們將超級電容器分為 ： （ I)基于高比表面積電極材料與溶 液間界面雙電層原理的雙電層電容器； （ 2)基于電化學(xué)欠電位沉積或氧化還原法拉第過 程的歷電容器 （ Pseudcapacitor) [14]。為使生產(chǎn)超級電容器的技術(shù)市場化，如何提高功率密度和能量密度成為當(dāng)今首要解決的問題。另外，由于超級電容器內(nèi)沒有電化學(xué)反應(yīng)，使得超級電容器的壽命比電池長很多。電池和低溫燃料電池是典型的低功率裝冒，而傳統(tǒng)電容器在很低的能墩密度 F具有的功率 10W dm因此，當(dāng)電化學(xué)電容器與電池或傳統(tǒng)電容器復(fù)合使 用 時(shí)， 可 以通過提高功率密度來改善電池的性能，通過提 高 能 量 密度來提高傳統(tǒng)電容器的性能。電化學(xué)電容器正好填補(bǔ)了電池與傳統(tǒng)電容器之間的空缺，如電解電容器或金屬薄膜電容器。當(dāng)今社會(huì)最前沿的電能 存儲器要屬電池和電化學(xué)電容器。然而太陽在夜間的能量很小，風(fēng)能也不能滿足人們的要求，人們都期望汽車能自動(dòng)行駛幾個(gè)小時(shí)。 第二章 超級電容器的工作原理 由于氣候的變化和石油的 日 益縮減 ， 要求社會(huì)轉(zhuǎn)向可持續(xù)和可再生資源的開發(fā)和利用。中間隔有纖維紙隔膜，正極和負(fù)極極耳最后分別焊接在以其構(gòu)成電容器的正極和負(fù)極引出。疊片型 EDLC 的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、體積小，但相應(yīng)的電壓和電容量也較低，適合微小型電器的后備電源。 超級電容器的組裝 一般的工藝操作是：將正極、隔膜、負(fù)極按照一定的順序組合起來并焊上極柱、裝殼、注電解液，經(jīng)活化、測試后將組件組合起來，包裝入庫。集流體的電化學(xué)穩(wěn)定性對單元電容器的耐壓性和循環(huán)穩(wěn)定性有重要的影響，使用強(qiáng)度高、質(zhì)量小的集電極和外殼材料有利于提高單元電容器的比功率和比能量。 集流體 集電極是指雙電層電容器中介于極化電極與外引導(dǎo)線之間的部分，它起到傳遞電荷的作用。一般隔膜越薄，孔隙率越大，則內(nèi)部阻抗力也越小。普通電池的隔膜也適用于雙電層電容器。 隔膜 隔膜是為了防止超級電容器中兩個(gè)相鄰電極發(fā)生短路而將其分開的材料。 三） 固體和膠體電解質(zhì) 固體電解質(zhì)和凝膠電解質(zhì)具有良好的可靠性且無電解液泄漏 ,比能量高 ,循環(huán)電壓較寬 ,尤其凝膠電解質(zhì)電導(dǎo)率達(dá) 103S/cm 數(shù)量級 ,和有機(jī)電解液相差不多 ,循環(huán)效率達(dá) 100%,這使得超級電容器向著小型化、超薄型化發(fā)展成為可能 。工作的溫度范圍較寬 ,具有較高的電化學(xué)穩(wěn)定性 。 在酸性水溶液中最常用的是 H2SO4水溶液，應(yīng)為它具有電導(dǎo)率及離子濃度高，等效串聯(lián)電阻低等優(yōu)點(diǎn)，目前以用于大容量、高功率的雙電層電容器， 但是以 H2SO4水溶液為電解液 ,腐蝕性大 ,集電體不能用金屬材料 ,電容器受到擠壓破壞后 ,會(huì)導(dǎo)致硫酸的泄漏 ,造成更大的腐蝕 .所以也有人嘗試著用 HBF4[6]水溶液作為電解液 ,聚苯胺作電極 ,得到的超級電容器比能量為 ,比功率為 1kW/kg,還有人用 HCl,H3PO4,HNO3水溶液作電解液 ,但后三者電解液目前都不太理想 . 對于堿性電解液 ,最常用的是 KOH 水溶液 .其中以碳基材料為電極的濃度一般為 6mol/L 時(shí)性能最好 ,而以金屬氧化物為電極的濃度一般為 1mol/L 時(shí)性能最好 。 一） 水溶液電解質(zhì) 水溶液電解液的優(yōu)勢是價(jià)格便宜，電導(dǎo)率高，電容器 內(nèi)阻低，電解質(zhì)分子直徑較小，容易與微孔充分侵潤；不足之處是分解電壓低，腐蝕性強(qiáng)。（ 7）純度高，為減少漏電流。C 到 70186。（ 5）電解質(zhì)不與集流體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。（ 4）分解電壓高。超級電容器的內(nèi)部阻抗中電解質(zhì)溶液的電阻占得盡可能小，提高電容器大電流放電性能，而且，減少電解質(zhì)溶液電阻對 電容器溫度特性的影響。 電解液的設(shè)計(jì)原則：（ 1）電解質(zhì)溶液中溶劑化陰離子的極化率高，以增大離子的介電常數(shù)，進(jìn)而提高比電容，有利于形成高的電容量。 電解液 電解液是超級電容器的重要組分之一，由溶劑、電解質(zhì)和添加劑構(gòu)成。常見的導(dǎo)電劑有炭黑、乙炔黑和導(dǎo)電石墨等。 超級電容器電極的制備工藝是：將活性電極材料、導(dǎo)電劑和黏結(jié)劑均勻混合，進(jìn)行和漿處理，支撐一定的形狀；將制好的預(yù)成型品與集流體進(jìn)行鍵合，在一定的壓力下壓制成型，真空干燥后即得到電極片。常見的有碳材料、金屬氧化物材料和導(dǎo)電聚合物材料等。 電極 點(diǎn)擊活性物質(zhì)是電極材料中起關(guān)鍵作用的物質(zhì)，主要是產(chǎn)生雙電層，積累電荷。期基本結(jié)構(gòu)主要由電極、電解液、隔膜、集流體和外殼組成。這些集電極焊盤將被焊接到終端，從而擴(kuò)展電容器外的電流路徑。這是由超級電容器包裝的幾何結(jié)構(gòu)決定的。所有超級電容器的共性是，他們都包含一個(gè)正極，一個(gè)負(fù)極，及這兩個(gè)電極之間的隔膜，電解液填補(bǔ)由這兩個(gè)電極和隔膜分離出來的兩個(gè)的孔隙。 超級電容器的結(jié)構(gòu) 超級電容器結(jié)構(gòu)上的具體細(xì)節(jié)依賴于對超級電容器的應(yīng)用和使用。 其他 ，多數(shù)超級電容器電解質(zhì)均為液態(tài)。 ，通常采用 KCl、 NaCl 等鹽作為電解質(zhì)，水作為溶劑，多用于氧化錳電極材料的電解液。 按電解質(zhì)類型 可以分為水性電解質(zhì)和有機(jī)電解質(zhì)類型： 水性電解質(zhì) ，多采用 36%的 H2SO4水溶液作為 電解質(zhì)。 贗電容型超級電容器 包括金屬氧化物電極材料與聚合物電極材料，金屬氧化物包括 NiOx、 MnOV2O5等作為正極材料，活性炭作為負(fù)極材料制備的超級電容器，導(dǎo)電聚合物材料包括 PPY、 PTH、 PAni、 PAS、 PFPT 等經(jīng) P型或 N型或 P/N 型摻雜制取電極，以此制備超級電容器。 以上電極材料可以制成： ，在扣式體系中多采用平板狀和圓片狀的電極，另外也有Econd 公司產(chǎn)品為典型代表的多層疊片串聯(lián)組合而成的高壓超級電容器，可以達(dá)到300V 以上的工作電壓。 ，采用前驅(qū)材料制備凝膠，經(jīng)過炭化活化得到電極材料。 按原理分為雙電層型超級電容器和贗電容型超級電容器： 雙電層型超級電容器 ，采用了高比表面積的活性炭材料經(jīng)過成型制備電極。 超級電容器的 分類 按原理 Evans 美國 混合材料 硫酸 單一單元、氧化釕 +鋰箔 28 V, F Pinnacle 美國 混合金屬氧化物 硫酸 雙極式、多單元、氧化釕十鋰 箔 15 V,125 F US Aimv 美國 混合金屬氧化物 硫酸 雙極式、多單元、含水氧化釕 5 V,1 F 公司名稱 電極材料 電解液 能量密度 /Wh kg39。④當(dāng)對超級電容器進(jìn)行串聯(lián)使用時(shí) ,存在單體間的電壓均衡問題 [4]。因?yàn)楫?dāng)電容器電壓超過標(biāo)稱電壓時(shí)會(huì)導(dǎo)致電解液分解，同時(shí)電容器會(huì)發(fā)熱 ,容量下降，內(nèi)阻增 加，使其壽命縮短。 公司名稱 國家 技術(shù)基礎(chǔ) 電解質(zhì) 結(jié)構(gòu) 規(guī)格 Powerstor 美國 凝膠碳 有機(jī) 卷繞式 3 ~5 V， F Skeleton 美 國 納米碳 有機(jī) 預(yù)燒結(jié)碳令屬復(fù)合物 35 V,250 F Maxwell 美國 復(fù)合碳纖維 有機(jī) 鋁箔、碳布 3 V,1000~2700F Superfarad 瑞典 復(fù)合碳纖維 有機(jī) 碳布 +粘合劑、多單元 40 V,250 F Capxx 澳大利亞 復(fù)合碳顆粒 有機(jī) 卷繞式、碳顆粒 +粘合劑 3 V,120 F ELIT 俄羅斯 復(fù)合碳顆粒 硫酸 雙極式、多單元 450 V, F NEC 日本 復(fù)合碳顆粒 水系 碳布 +粘合劑、多單元 5~11 V,1 F Panasonic 日本 復(fù) 合碳顆粒 有機(jī) 卷繞式、碳顆粒 +粘合劑 3 V,800 2 000 F SAfT 法國 復(fù)合麵粒 有機(jī) 卷繞式、碳顆粒 +粘合劑 3 V,130 F Los Alamos Lab 美國 導(dǎo)電聚合物薄膜 有機(jī) 單一單元、導(dǎo)聚合物薄膜PFPT +碳紙 V, F ESMA 俄羅斯 混合材料 KOH 多單元、碳 +氧化鎳 ， 50_F 表 表 使用中應(yīng)注意的問題 : 在超級電容器的使用中，應(yīng)注意以下問題 :①超 級電容器具有固定的極性，在使用前應(yīng)確認(rèn)極性。另外 ,華北電力大學(xué)等有關(guān)課題組，正在研究將超級電容器儲能 （ SCES)系統(tǒng)應(yīng)用到分布式發(fā)電系統(tǒng)的配電網(wǎng)。 2020 年，由中 國科學(xué)院電工所承擔(dān)的 “ 863” 項(xiàng)目 “可再生能源發(fā)電用超級電容器儲能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研 究 ” 通過專家驗(yàn)收。一些雙電層電容器產(chǎn)品的部分性能參數(shù)列于表 2。如今，日本松下、 EPC0S、 NEC， 美國 Maxwell、 Powerstor、 Evans，法國 SAFT，澳大利亞 Cap xx，韓國 NESS 等公司在超級電容器方面的研究均非?；钴S [2,3]。這些電容器標(biāo)稱 電壓為 ~6 V，電容從 1O2 F至幾 F，年產(chǎn)量數(shù)百萬只。國外超級電容器的發(fā)展情況如表 1 所示[1] 。 ⑧ .可以任意并聯(lián)使用一增加電容量，如采取均壓后，還可以串聯(lián)使用。 ⑥ .超級電容器用的材料是安全的和無毒的，而鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池多具有毒性。 ④ .可以數(shù)十秒到數(shù)分鐘內(nèi)快速充電，而蓄電池在如此短的時(shí)間內(nèi)充滿電將是極危險(xiǎn)的或幾乎不可能。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 34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。其儲能過程是物理過程，沒有化學(xué)反應(yīng)，且過程完全可逆，這與蓄電池電化學(xué)儲能過程不同。所以超級電容器電極材料的制各及優(yōu)化是一項(xiàng)很有意義的研究工作。國內(nèi)外科研人員已經(jīng)在這方面做了很多研究，他們認(rèn)為電容值與電極 材料的比表面積呈線性關(guān)系，但是這一結(jié)論并不是在所有的情況下都成立，還應(yīng)考慮到其它因素的影Ⅱ向。 經(jīng)過大量的研究發(fā)現(xiàn)，影響超級電容器電化學(xué)性能的主要因素為：電極材料和電解液。炭材料因其具有高比表面積、高的熱穩(wěn)定性、可控的孔徑分布、耐腐蝕、價(jià)廉易得等特點(diǎn)被廣泛的用作超級電容器的電極材料。高能量密度、高功率密度的電化學(xué)電容器正在成為人們研究的熱點(diǎn)。 近幾年出現(xiàn)的電化學(xué)電容器 (Electrochemical capacitors)也稱超級電容器 (Supercapacitors)，它兼有物理電容器和電池的特性，能提供比物理電容器更高的能量密度，比電池具有更高的功率密度和更長的循環(huán)壽命，并且這種電容器己在工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和實(shí)際應(yīng)用。 On the basis of the further in the hole Keyword： The super capacitor Development of the principle Application review Signature of Supervisor : 目 錄 引言 （緒論） ????????????????????????? 5 第一章 超級電容器概述 ???????????????????? 6 超級電容器的定義及特點(diǎn) ???????????????? ??? 6 超級電容器的發(fā)展 ?????????????????????? 7 超級電容器的分類 ?????????????????????? 8 超級電容器的