芒果体育中心议题：•超级电容器的原理、结构和特点Maxwell超级电容器结构超级电容选型与应用超级电容的容量比通常的电容器大得多。由于其容量很大，对外表现和电池同，因此也有称作“电容电池”。超级电容属于双电层电容器，它是世界上已投入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。超级电容器原理电化学双层电容器（EDLC）因超级电容器被我们所熟知。超级电容器利用静万甚至数百万次。超级电容器可以被视为在两个极板外加电压时被电解液隔开的两个互不相关的多孔板。对正极板施加的电势吸引电解液中的负离子，而负面板电势吸引正离定义。超级电容器的面积来自一个多孔的碳基电极材料。这种材料的多孔结构，允其面积接近2000平方米每克，远远大于通过使用塑料或薄膜陶瓷。超级电容充电距离取决于电解液中被吸引到电极的带电离子的大小。这个距离（小于10远远小于通过使用常规电介质材料的距离。巨大的表面面积的组合和极小的充电距离使超级电容器相对传统的电容器具有极大的优越性。超级电容可以用做后备电源，类似于UPS，在系统突然断电后，负责在极短时间内为系统提供能量。在这种应用中，需要后备电源有快速的启动时间。由于Ava/lablePowerUHracapacdorPeakPower超级电容是物理反应的方式储存电能，充放电速度快，相对电池有着更为快速的应时间。UltracapacitorBackupPower超级电容用作备用电源示意图电池的充放电大概在1小时到10个小时左右，而传统用于滤波的电容，充放0.03秒，超级电容充放电在秒左右，基本上是从0.110秒，这个时间正好是汽车、吊车刹车或启动的时间，其他设备比如风力发电中，风轮机变桨的时提供能量也是在这个时间段。在风力发电风轮机变桨时、机车、电动机、汽车、吊车启动时需要的能量远需要的峰值功率可以由超级电容承担芒果体育。AvailablePowerRequiredPovjer图2：超级电容提供峰值功率示意图在机车芒果体育、电动机、汽车、吊车刹车时，超级电容可以重新捕获能量。这样，加RequiredPoiver入了超级电容做辅助电源，可以提高能量利用效率，延长电池或发动机寿命。同时PRIMARYENERGYSOURCE(Batteries,Engine,FuelCelJ)ENERGYSTORAGE；POWERDELIVERYCOMPONENTS(Ultracapacitors}PRIMARYENERGYSOURCE(Batteries,Engine,FuelCell)相对于没有超级电容的动力系统，电池或发动机不需要提供峰值功率，因而尺寸可更小。下图是超级电容辅助电池、发动机的工作模式示意图。CONTINUOUSLOWPOWERENERGYMEETAVERAGEPOWERREQUIREMENTS图4：超级电容用作辅助电源的动力系统工作模式超级电容器内部结构PEAKPOWERDEMAND图3：没有超级电容的动力系统工作模式CHARGtNGASHEEDEDElectrolyte超级电容器结构上的具体细节依赖于对超级电容器的应用和使用。由于制造商或特定的应用需求，这些材料可能略有不同。所有超级电容器的共性是，他们都包一个正极，一个负极，及这两个电极之间的隔膜，电解液填补由这两个电极和隔膜分离出来的两个的孔隙。超级电容器结构超级电容器的部件从产品到产品可以有所不同。这是由超级电容器包装的几何结构决定的。对于棱形或正方形封装产品部件的摆放，内部结构是基于对内部部件从而扩展电容器外的电流路径。对于圆形或圆柱形封装的产品，电极切割成卷轴方式配置。最后将电极箔焊接终端，使外部的电容电流路径扩展。Maxwell超级电容器结构超级电容器电极Maxellpropri-elaryetectrodeprocessPaper(separator)proprietary图3.电极制胜的关键如上图2所示，为Maxwell超级电容的电极，这被认为是他们超级电容器技术的最键部分。这个电极是由铝，碳元素制成，其中树脂作为粘合剂，纸作为隔膜。超级电容器的特点(1)充电速度快，充电10秒〜10分钟可达到其额定容量的95%以上；循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达1~50万次，没有“记忆效应”；大电流放电能力超强，能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率90%；(4)功率密度高，可达300W/KG~5000W/KG，相当于电池的5~10维护；(7)超低温特性好，温度范围宽-40C〜+70C；8)检测方便，剩余电量可直接读出；(9)容量范围通常0.1F--1000FEfectrode-Thecorewinningsolution法拉（farad），简称法”，符号是F伏特1F=1C/1V库仑是1A电流在1s内输运的电量，即1C=1AS。法拉=1安培•秒/伏特超级电容与电池的比较相对铅酸电池、镍镉电池、锂离子电池，超级电容具有节能、超长使用寿命、他储能产品的性能比较，例如与各种电池的比较，替代的可能性。之所以叫超级电容，是因为超级电容的容值都是法拉级的，且可以很快提供一个充放电，这是传统的电容或者电池做不到的。下面介绍了各种产品不同的应用范围，横坐标是能流密度，纵坐标是能量密度，从中可以看到哪个地方是电池的应用围，哪个地方是传统电容的应用范围，哪一块是超级电容的应用范围。图2.超级电容和其他储能技术的比较我们知道电池的充放电大概在小时到10个小时左右，而传统电容是作为滤用的，充放电是在0.03秒，但是超级电容就在秒左右，基本上是从0.1这正是汽车比如刹车起动的时候要用的，当然任何的设备比如风能变桨系统，变桨的时候要提供能量也是在这个时间段。超级电容的能流密度和能量密度都非常高。超级电容是用物理的方法储能，电池是用化学反应的方法来储能，所以电池的反应时间会很长，超级电容可以快速的充放电，这是它的根本原因，也是超级电容的性能优势之所在芒果体育。传统的储能系统是使用铅酸电池。以风力发电为例，有风时由风力发电机发电，风时由储能系统供电。当电源断开进行切换时，铅酸电池需要十几秒的反应时间这时便可由超级电容进行辅助。由于超级电容是将电荷储存起来，可以快速的补充和释放，而电池则需要经过化学反应的方式进行充放电。在这十几秒的时间里，超级电容可以提供短时间的能量，保证电源稳定。超级电容可以工作在在-40C~65C之间，可以覆盖PC-20C~60C的工作温度范围和电池0C~50C的工作温度。超级电容是功率密集元件，但放电时间较短，电池是能量密集型元件，放电时间较1CQ10uthJumBatterydnveiiitianEiratapadJPzDenaily[W^Kg]eadAtiNickelCadmiumtQ000loadcyd#&(40%0XJ)UCPhysicalenergystpraaeCharge contained electrolyteAdsorption ionSolvated ions Conductivity, a(SOC) f(electrodesurface) UC ultracapacitorSOC= stcie-of-cti large Battery- Chemical gnbrgy「叙帶 Charge contained electrodemass Ortital electron exchange REDOX kxi intercalation o=constant E=f(e!&ctrode mass) RCDOX rediiGtkin-axidatlQnroactkon 图3.超级电容与电池的充放电次数比较 超级电容的应用主要是用作备用电源和提供峰值功率。超级电容用作备用电源 具有高可靠性、免维护、长寿命和宽工作温度范围的特点。由于超级电容能够进行高 功率的充放电，所以可以将火车，城市轻轨的刹车能量储存起来，加速时提 供峰值功 率，或者可以在吊车起吊时，电动机启动时提供峰值功率。 图4.超级电容与电池的储能原理比较 如上图 定因素也不同。Lead ^cid Lithium Ion Ultra capacitors 4.3D Attribute Unit Littlium UC POWEIdensitv kW/L 10 200Cold Temperature -40^-20 Hot Temperature +65+4C Rflte capability C7x ieoo 40 SOCwindow 图5.超级电容与锂离子电池比较超级电容器是功率密集元件(10kW/L)而锂离子电池是能量密集元件(~200 Wh/L)。 图6.电池电压随电池能量的变化 3.0 2.5 2.0 1.5 0.5 0.0 Uitra capacitor 图7•超级电容器的放电特性 Product Discharge Profiles (anps)time, dt (seconds)