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什么是超级电容?超级电容器的原理及特点是什么

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什么是超级电容?超级电容器的原理及特点是什么

作者:黑金刚电容    发布时间:2020-09-07 21:12:26  访问量:761  来源:NIPPON CHEMI-CON


超级电容器的原理及特点

超级电容器,又叫作电化学电容器,已经有50多年的历史,被认为是一种介于普通电容和电池之间的另一种有潜力的电化学储能元件,其工作原理结构如图1所示。根据储存电能机理的不同,可分为两类叫∶一类是当电极与电解液接触时,由于库仑力、分子间力、原子间力的作用,使固液界面出现稳定的、符号相反的双层电荷,由电极与电解液之间形成的界面双层来储存能量的双电层电容器(Elecri DoubleLayer Capacitar);另一类是在电极表面或体相中的二维与准二维空间上,电化学活性物质进行欠电位沉积,发生高度可逆的化学吸附/脱附或氧化/还原反应,产生与电极充电电位有关电容的法拉第准电容器(Faraday Pseudcapacitor)。由于双电层电容器的充放电纯属于物理过程,所以其充放电效率高,循环寿命长,充放电过程快,因此,比较适合在新能源汽车中应用。

什么是超级电容?超级电容器的原理及特点是什么

超级电容器作为一种新型的储能元件,填补了传统电容器和电池之间的空白。它能够提供比普通电容器更高的比能量和比电池更高的比功率以及更长的循环寿命,同时,还具有比电池耐温和免维护的特点。当前研制成功的超级电容器具有如下优点∶

1)电容量超高。由于超级电容器与传统电容器相比,储存电荷的面积大很多,电荷被隔离的距离小得

多,因此,一个超级电容器单元的电容量就高达几法至数万法,比同体积的普通电容器电容量大2000~6000 倍。

2)功率密度很高。由于采用了特殊的工艺,超级电容器的等效电阻很小,并且在电极/溶液界面和电极材料本体内均能够实现电荷的快速储存和释放,因而它的输出功率密度很高,可达到10kWkg左右,是一般电池的数十倍,是任何一个化学电源都无法比拟的。

3)贮存寿命极长。超级电容充电后贮存过程中,虽然也有微小的漏电电流存在,但这种发生在电容器内部的离子或质子迁移运动乃是在电场的作用下发生的,并没有出现化学或电化学反应,没有产生新的物质。再者,所用的电极材料在相应的电解液中也是稳定的,因而超级电容的贮存寿命几乎可以认为是无限的。

什么是超级电容?超级电容器的原理及特点是什么

4)充放电循环寿命长。超级电容器在充放电过程中,没有发生电化学反应,其充放电循环次数可达10万次以上。

5)可靠性高。超级电容工作工程中没有运动部件,维护工作极少,也不必像电池那样需要定期充放电维护,因而超级电容器的可靠性是非常高的。

6)工作温度范围宽。超级电容能在-40℃~+70℃的环境温度中正常运行;而电池一般是-20℃~+60℃。

7)充放电效率高。超级电容器在充放电过程中,通常不会对电极材料的结构产生影响,效率可达85%~98%。

8)充放电时间非常短。可大电流充放电,使用便捷;对过充电有一定的承受能力,短时过压不会产生严重影响;对瞬间高电压或短路大电流具有一定的缓冲能力,能量系统较为稳定。

但是,超级电容器也有自身一些不足之处,具体表现如下∶能量密度偏低,作为纯电动应用续驶里程太短;线性放电,使其无法完全放电;自放电较大,长时间放置电压会很快下降;单体工作电压低,需要较多的数量串联才能得到较高的工作电压,对单体的一致性要求很高;价格高。

这些特点决定了超级电容器主要用于混合动力车作为功率辅助应用,或者与其他动力源组成联合体共同工作。超级电容器与电池和普通电容器的主要性能比较如表1所示。

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