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绿色新型储能装置--超级电容器

来源:杭州高特电子设备有限公司      发帖时间:2014-11-21      浏览次数:498

随着时代的进步和科学技术高速发展,对能源的需求越来越大,化石类能源如煤炭、石油、天然气是有限能源,不能满足现代工业,农业发展需求,而且在使用过程中带来环境污染,于是人们开始寻找和利用新型能源,如太阳能、风能、海洋能等。目前,世界范围内新能源发展的重点是锂离子电池、燃料电池以及光伏电池等储能元件。这些储能元件的共同优点是:方便、快捷、环境污染少,能量利用率比较高。其中,锂电池市场需求量巨大。自从商业化以来,锂离子电池不断攻城略地,已在便携式电器如手提电脑、摄像机、移动通讯,手机、数码相机等电子产品中得到普遍应用,已经独霸手机和手提电脑等高端市场,成为各类电子产品的主力电源。那么,未来是否会出现可以和锂离子电池媲美,甚至取代其市场宠儿地位的新的储能元件呢?答案是肯定的,那就是超级电容器——一种绿色新型储能装置。

超级电容器的“超级”之处在哪里呢?超级电容器电极材料主要是多孔炭材料,该材料的多孔结够允许其面积达到2000m2/g,这种庞大的表面积使得超级电容器较传统电容器而言有惊人大的静电容量,这正是其“超级”所在。此外,超级电容器能提供比普通电容器更高的比能量,比电池更高的功率和更长的使用寿命,其生命周期内可进行数十万次的循环充电,而电池循环寿命最高仅几千次循环。超级电容器在其额定电压范围内可以被充电至任意电位,且可以完全放出。而电池则受自身化学反应限制工作在较窄的电压范围,如果过放可能造成永久性破坏。超级电容器的荷电状态(SOC)与电压构成简单的函数,而电池的荷电状态(SOC)则包括多样复杂的换算。

到目前超级电容器已有50多年的发展历史,超级电容器的产业化最早是1979年日本NEC公司将该技术应用到电动汽车的电池启动系统,开始了超级电容器的商业应用。如今,Panasonic、Maxwell、Powerstor、Evans、SAFT、NESS等公司非常热情地投入对超级电容器的研究。Maxwell是全球主流的超级电容器制造商。自1991年开始,Maxwell实验室就从事先进电容器的设计、生产和测试活动,近年来主要研究相对大型的装置。他们成功地设计了用于电动车的大型电容器并投入市场,如供应电动汽车用48V165F超级电容器(法拉电容器)模块,其特点是48.6伏工作电压;超低内阻;超过1百万个工作周期;单个单体平衡。松下公司是全球少数几个可生产实用性装置的企业之一,他们的超级电容器的产品主要是卷绕式的,3-V单体的能量密度为2.2W.h/kg,可用的电容值为70F,500F和1500F。Evans的电容器则是电解-电化学混合型电容器,具有相当高的工作电压的新颖装置。总的来说,目前美国、日本、俄罗斯占据了整个超级电容器市场,实现产业化的基本上都是双电层电容器。我国超级电容器从整体水平上看,研究领域仍明显落后于世界先进水平。近年来,随着对电化学电容器认识的加深,国家和企业对电化学电容器研究的投入日益增大,研究水平也有了长足的进步,超级电容器的市场正在不断膨胀。

10年前,超级电容器每年只能卖出去很少的数量,而且价格很贵,大约1~2美元/法拉; 如今,超级电容器已经作为标准产品大批量供应市场,并进入很多应用领域,如消费电子、工业和交通运输业等领域,其价格大大降低,平均0.01~0.02美元/法拉。在车辆低温启动时,采用超级电容器与蓄电池并联应用可以提高机车的启动性能;超级电容器应用于纯电动汽车和混合电动汽车的动力系统不仅能与发电机紧密配合,启动电机速度和性能非常好,在恒定、有效的速度和功率输出级上工作,而且节能排减,将其提高了燃油利用效率;超级电容器应用于轨道车轮能量回收中,在轨道车轮制动的时候回收能量,将其存储于超级电容器中,提高能量利用率。随着政府对新能源产业不断的激励和引导,将超级电容器和电池两者联合应用于新能源汽车领域,使超级电容器的功率特性和电池的高能量存储特性结合起来,不失为一种更好的能量提供途径。

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