超级电容属于双电层电容器,它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量的一种,其基本原理和其它种类的双电层电容器一样,都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。
发展电动汽车面临的挑战就是如何储存能量。电池性能虽然大幅度提高,但价格仍较为昂贵,充电速度也较慢同时使用寿命较短。超级电容可能成为一种解决之道,虽然所含电量不及电池(至少当前的超级电容技术如此),但它们没有与电池一样的任何缺陷。也就是说,超级电容寿命更长,没有化学反应产生的污染和电池记忆问题,同时还具有更大的耐用性。
多年来,研究人员就一心要让汽车超级电容技术趋于完美。目前,美国麻省理工学院正在研究基于纳米管的超级电容,阿贡国家实验室则在探索采用电池-超级电容混合动力的可行性。相比之下,德克萨斯州公司EEStor在这条道路上的步伐迈得更快一些。这家公司在4月宣布其钛酸钡设计已经通过关键测试。虽然EEStor宣布的消息引发质疑,但他们的合作伙伴、加拿大ZENN汽车公司已开始展开宣传大战,宣称超级电容动力汽车将于2010年问世。
超级电容器在“充电-放电”过程中,实现电能-电场能-电能的转换,整个过程中,没有任何化学反应,不对周边环境造成污染,是一种理想的储能器。超级电容器的功率密度高于现有任何各种蓄电池,并具有高能量密度。超级电容器能够实现快速充电,在极短时间内即可完成对电容器的充电。工作温度范围为-40℃~+50℃,循环寿命长,性能稳定,没有任何噪音,结构简单,质量轻,体积小,免维修。
超级电容器可以大电流放电,可以补充主电源(蓄电池或燃料电池)在电动车辆起动时所需要的峰值电流,减小主电源的负荷。上海“奥威”科技开发公司UCT-80000F 超级电容器在不同放电电流时的放电曲线见图2。
在不同温度时的放电曲线见图3。
电动车辆上所采用的超级电容器的单位容量要求在 1500F 以上,因此要将单体电容器进行串联组合。当多个单体电容器串联时,单体与单体之间存在的差异会影响电容器组件的性能,因此需要安装电压平衡装置,以保证各个单体电容器之间的电压的一致性。
超级电容器是利用双电层原理的电容器。当外加电压加到超级电容器的两个极板上时,与普通电容器一样,极板的正电极存储正电荷,负极板存储负电荷,在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下,在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷,以平衡电解液的内电场,这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上,以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上,这个电荷分布层叫做双电层,因此电容量非常大。当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时,电解液界面上电荷不会脱离电解液,超级电容器为正常工作状态(通常为3V以下),如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时,电解液将分解,为非正常状态。由于随着超级电容器放电 ,正、负极板上的电荷被外电路泄放,电解液的界面上的电荷响应减少。由此可以看出:超级电容器的充放电过程始终是物理过程,没有化学反应。因此性能是稳定的,与利用化学反应的蓄电池是不同的。
超级电容器(Supercapacitor,Ultracapacitor)又名化学电容器(Electrochemical Capacitor)是一种电荷的储存器,当电源的电压连接在电容器的两端时,电源的电荷就储存在电容器中。超级电容器比能量高,功率释放能力强,清洁无污染,寿命长达百万次。利用电容器能够储存大量电荷,快速、大电流冲放电的特性,可以为电动车辆的起动提供强大的电流,能够高效率的储存电动车辆制动反馈的电能,弥补了动力蓄电池的不足,延长蓄电池的寿命。超级电容器是电动车辆上重要的储能装置。
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