【正文】 50 nm)對(duì)于電荷在大范圍電極材料上的傳播起到重要的作用。 1. 活性炭粉末 通常認(rèn)為比表面積越大，在電極和電解液表面積累電壓的能力就越高。由炭材料表面上的官能團(tuán)決定的炭材料的表面濕度是影響電容器性能的另一個(gè)因素。炭材料的多孔結(jié)構(gòu)決定了離子的傳輸，且孔道內(nèi)電解液離子的遷移率和 EDLC的性能密切相關(guān)。通常電容值正比于電極材料的電化學(xué)活性面積和電解液的內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 9 相對(duì)介電常數(shù)，而與所形成的雙電層厚度成反比。 1. 炭基電極材料 炭材料具有粉末、塊狀、纖維狀、布、氈等多種形態(tài)，具有以下獨(dú)特的物理和 化 學(xué)性質(zhì)，包括： (1)高電化學(xué)導(dǎo)電性 (2)高比表面積 (3000 m2． g1) (3)很好的防腐性能 (4)高熱穩(wěn)定性 (5)可控的孔結(jié)構(gòu) (6)可調(diào)的表面化學(xué)性質(zhì) (7)復(fù)合材料具有兼容性且易加工 (8)廉價(jià)易得 因?yàn)榫哂幸陨隙喾N形態(tài)及特點(diǎn)，炭材料被廣泛的用作超級(jí)電容器的電極材料。炭基材料電化學(xué)電容器能量儲(chǔ)存的機(jī)理主要是靠炭表面附近形成的雙電層，因此通常稱為雙電層電容。采用超級(jí)電容器與蓄電池混合儲(chǔ)能，可以大幅度減輕電臺(tái)等背負(fù)設(shè)備的重量；為軍用運(yùn)輸車、坦克車、裝甲車等解決車輛低溫啟動(dòng)困難的問題，還可提升車輛的動(dòng)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(dá)、通信及電子對(duì)抗系統(tǒng)等提供峰值功率，以減小主供電電源的功率等級(jí)。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 8 軍事裝備領(lǐng)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(shè)備及儲(chǔ)能裝置。 變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能量緩沖器 超級(jí)電容器與功率變換器構(gòu)成能量的緩沖 器，可以用于電梯等變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。超級(jí)電容器與太陽能電池相結(jié)合，可以應(yīng)用于路燈、交通警示牌、交通標(biāo)志燈等。 可再生能源發(fā)電系統(tǒng) 在可再生能源發(fā)電或分布式電力系統(tǒng)中，發(fā)電設(shè)備的輸出功率具有不穩(wěn)定性和不可預(yù)測性的特點(diǎn)。另外，用超大容量電容器存儲(chǔ)制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的再生能量。由于超級(jí)電容器的壽命是普通化學(xué)電池的 100 倍以上且徹底免維護(hù)，使用超級(jí)電容器作為動(dòng)力源的城市交通電動(dòng)汽車綜合運(yùn)營成本大大低于采用電池作為動(dòng)力源的電動(dòng)汽車。普通電池雖然能量密度高，行駛里程長，但是存在充電時(shí)間長、無法大電流充電、工作壽命短等不足。其典型的應(yīng)用有玩具車，其體積小、重量輕，能很快跑動(dòng)。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 7 通過一個(gè)或幾個(gè)超級(jí)電容器釋放持續(xù)幾毫秒到幾秒的大電流。典型的應(yīng)用有太陽能手表、路標(biāo)燈、公共汽車停車站時(shí)間表燈、交通信號(hào)燈等，它們能長時(shí)間使用，不需要任何維護(hù)。 由于超級(jí)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(diǎn)，故很適合做替換電源。典型的應(yīng)用有：錄像機(jī)、 TV 衛(wèi)星接收器、汽車音頻系統(tǒng)、出租車的計(jì)量器、無線電波接收器、出租計(jì)費(fèi)器、鬧鐘、控制器、家用面包機(jī)、咖啡機(jī)、照相機(jī)和電視機(jī)、計(jì)數(shù)器、移動(dòng)電話、尋呼機(jī)等。 當(dāng)主電源中斷、由于振動(dòng)產(chǎn)生接觸不良或由于其他重載引起系統(tǒng)電壓降低時(shí)，超級(jí)電容器就能夠起后備電源作用。只有攻克這一瓶頸問題，超級(jí)電容器才有可能在能最儲(chǔ)存領(lǐng)域占有不可或缺的位置。近年來電極材料的比電容不斷提高，超級(jí)電容器逐漸走向民用。此性質(zhì)對(duì)于混合工具上的自動(dòng)化應(yīng)用程序、電池電子工具的后備能源、風(fēng)力渦輪機(jī)的電子能量應(yīng)用程序有重大意義。具有電池和電容器的性質(zhì)，可用超級(jí)電容器調(diào)節(jié)能量值。例如應(yīng)用超級(jí)電容器可以滿足汽車在加速、啟動(dòng)、爬坡時(shí)的高功率要求；或作為燃料電池的啟動(dòng)動(dòng)力、移動(dòng)通訊和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的后備電源等。 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(dòng)車，還可能取代 220500 瓦的大型 汽車 。 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(dòng)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(duì) 石油 的依賴。好的鉛酸電池能充電 500～ 700 次，而根據(jù) EEStor 的聲明，新的超級(jí)電容器可反復(fù)充電 100 萬次以上，也不會(huì)出現(xiàn) 材料 降解問題。 而 EEStor 開發(fā)的超級(jí)電容器，由于鋇鈦酸鹽有足夠的純度，存儲(chǔ)能量的能力 大大提高。它可以無限制地接受無數(shù)次放電和充電，超級(jí)電容器沒有 “記憶 ”。而燒 汽油 的內(nèi)燃機(jī)車走相同里程則要花費(fèi) 60 美元 。按照 2020 年 4 月發(fā)表的專利， EEStor 這種能量存儲(chǔ)裝置是用陶瓷粉末涂在鋁氧化物和玻璃的表面。 2020 年 1 月 16 日， 美國 得克薩斯州一家 研制 電動(dòng)汽車 儲(chǔ)能裝置，名為 EEStor的公司打破沉默，對(duì)外宣告了他們 “里程碑 ”式的成果：他們的自動(dòng)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 %。 ESR 相對(duì)常規(guī)電容器大（ 10F/ 的 ESR 為 110mΩ）。 （ 40— +70℃）而蓄電池很難在高溫特別是低溫環(huán)境下工作。 ，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， （如 2700F 的超級(jí)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。 超級(jí) 電容器的特點(diǎn) 由于超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)及工作原理使其具有如下特點(diǎn)： 超級(jí)電容器結(jié)構(gòu)框圖 ，超級(jí)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。由此可以看出：超級(jí)電容器的充放電過程始終是物理過程，沒有化學(xué)反應(yīng)。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(huì)脫離電解液，超級(jí)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)。 超級(jí)電容器的原理 超級(jí)電容器是利用雙電層原理的電容器。 這一特點(diǎn)與鋁電解電容器的過電壓擊穿不同。 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 。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(huì)出現(xiàn)符號(hào)相反的過剩電荷，從而使相間產(chǎn)生電位差。超級(jí)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(chǔ)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。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 2 第一章 超級(jí)電容器 超級(jí)電容器的概述 超級(jí)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(chǔ)能。 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(jí)電容器的原理以及發(fā)展前景。 當(dāng)前，超級(jí)電容器儲(chǔ)能技術(shù)在國內(nèi)還處于前沿探索階段，因此對(duì)超級(jí)電容器儲(chǔ)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(dòng)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。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(duì)環(huán)境帶來很大危害。然而有些末端站及用戶站，實(shí)際上并不需要停電后長時(shí)間的直流供給，只是在分、合閘操作時(shí)需要直流電能。 關(guān)鍵詞：日趨短缺 新型能源裝置 超級(jí)電容器內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 目 錄 緒 論 ........................................................................................................................................1 第一章 超級(jí)電容器 ........................................................