超級電容器:性能優(yōu)越的儲能器件
根據超級電容器的結構及電極上發(fā)生反應, 又可分為以下2種如果兩個電極的組成相同且電極反應相同,反應方向相反,則被稱為對稱型。碳電極雙電層電容器,貴金屬氧化物電容器即為對稱型電容器。如果兩電極組成不同或反應不同,則被稱為非對稱型,由可以進行n型和p 型摻雜的導電聚合物作電極的電容器即為非對稱型電容器,其性能表現形式更接近蓄電池,表現出更高的比能量和比功率。
根據超級電容器的電解質來分,又可分為以下2種:
超級電容器的最大可用電壓由電解質的分解電壓所決定。電解質可以是水溶液(如強酸或強堿溶液)也可是有機溶液(如鹽的質子惰性溶劑溶液)。用水溶液體系可獲得高容量及高比功率(因為水溶液電解質電阻較非水溶液電解質低,水溶液電解質電導為10- 1~10- 2S·cm - 1,而非水溶液體系電導則為10- 3~10- 4S·cm - 1)選用有機溶液體系則可獲得高電壓(因為其電解質分解電壓比水溶液的高,有機溶液分解電壓約3.5V,水溶液則為1.2V),從而也可獲得高的比能量。
四、超級電容的應用
超級電容器產品雖然問世不久而且相對較少,但由于它具有特殊的優(yōu)點,在許多領域獲得應用,其前景是十分光明的。
混合型電動車的加速或啟動電源
由Maxwell Technolog ies公司生產的Power Cache超級電容器,已由通用汽車公司AllisONTransm ission Division組成并聯混合電源系統(tǒng)和串聯電源系統(tǒng)用在貨車和汽車上。Allison期望Maxwell超級電容有6年以上的使用壽命。跟相應的蓄電池組比起來,超級電容的儲能裝置重量只有前者的1/3,體積只有前者的1/2.
ISE Resarch - Th und er Volt公司也將Parer Cach e 超級電容器用于其新開發(fā)的重型混合電力推進系統(tǒng)Th und er Pack.該系統(tǒng)是將149 個Maxwell的PC2500超級電容器裝到一個用風扇冷卻的鋁套內。每個貯能堆可以貯存或釋放150kW 的電力,雙連體可達到300kW ,完全滿足了大型汽車或卡車加速時的需求。第一個Th und er堆交給拉斯維加斯的Nevada大學做混合動力車試驗。
將蓄電池與超級電容結合起來,他們的優(yōu)點可以互補,成為一個極佳的貯能系統(tǒng)。Maxwell公司和Exid e 公司聯合開發(fā)這一組合系統(tǒng),用于卡車低溫起動、中型和重型卡車、陸上和地下的軍事用車,它在大電流以及高低溫條件下工作,都會有很長的壽命。
優(yōu)秀的貯能裝置
現有超級電容器產品,它不僅已經用作光電功能電子表和計算機貯存器等小型裝置電源,而且還可以用于固定電站。在邊遠缺電地區(qū),超級電功容器可以和風力發(fā)電裝置或太陽能電池組成混合電源,使無風或夜間也可以提供足夠的電源。衛(wèi)星上使用的電源多是由太陽能電池與鎘鎳電池組成的混合電源,一旦裝上了超級電容器,那么衛(wèi)星的脈沖通訊能力一定會得到改善。此外,由于它具有快速充電的特性,那么相對于電動玩具這種需要快速充電的設備來說,無疑是一個理想電源。
USP系統(tǒng)和應急電源
當今的USP系統(tǒng)大多使用鉛蓄電池作為電能存儲裝置。由于它的充電接受能力遠不如超級電容器,在頻繁停電的情況下使用時,就會因為長期充電不足而使電池硫酸鹽化,從而縮短使用壽命。
超級電容器可以在數分鐘之內充足電,就完全不會受頻繁停電的影響。此外,在某些特殊情況下,超級電容器的高功率密度輸出特性,會使它成為良好的應急電源。例如在煉鋼廠的高爐冷卻水是不允許中斷的,都備有應急水泵電源。一旦停電,超級電容器可以立即提供很高的輸出功率啟動柴油發(fā)電機組,向高爐和水泵供電,確保高爐安全生產。
軍事領域大有作為
美國軍方對超級電容器用于重型卡車、裝甲運兵車及坦克很感興趣。Maxwell公司正在向Osh kosh 汽車公司提供的PowerCach e 超級電容器,為美國軍方制造H EMTT LMS概念車。所用的動力就是該公司生產的Pro Pulse混合電力推進系統(tǒng)。
激光探測器或激光武器需要大功率脈沖電源;若為移動式的,就必須有大功率的發(fā)電機組或大容量的蓄電池,而其重量和體積會使激光武器的機動性大大降低。超級電容器可以高功率輸出并可在很短時間內充足電,顯然是一個極佳的電源。
用超級電容器對氫能燃料電池進行補償是其在軍事領域一個很重要的應用。
PEMFC 發(fā)電技術以其高效、清潔、重量輕、體積小、工作溫度低等優(yōu)點,在人防指揮工程中有著極其廣闊的應用前景。但是無論采取哪種供電方式,都必須將PEMFC發(fā)電機發(fā)出的不穩(wěn)定直流電變換為穩(wěn)定的直流電,才能供給負載或逆變器使用。而PEMFC發(fā)電機的動態(tài)特性在發(fā)生負載突增時表現出明顯的電壓瞬時跌落,使后續(xù)的DC/DC和DC/AC發(fā)生保護而無法正常工作。采用超級電容器對PEMFC發(fā)電機的動態(tài)特性進行補償,可以去掉突增負載時的電壓跌落尖峰,改善發(fā)電機的動態(tài)輸出性能,為后續(xù)的直流負載和DC/AC提供穩(wěn)定的直流電壓。
五、超級電容器的前景
目前,國外(特別是美國、日本)對超級電容器的研究重點主要在于如何提高超級電容器的儲能密度以滿足電動車等應用,其研究內容涉及到新材料的研發(fā)、制作工藝方法改進等。國內對超級電容器的研究則剛剛起步,目前只有少數企業(yè)可以工業(yè)化生產活性炭類超級電容器,所需要做的工作還很多。
雖然超級電容器在應用中顯示出強大的生命力,但是也要看到,目前的超級電容器在電能儲存方面與電池相比還有一定的差距,因此怎樣提高單位體積內的儲能密度是目前超級電容器領域的一個研究重點和難點。
應該說制作工藝與技術的改進是提高超級電容器儲存電能能力的一個行之有效的方法,這種方法包括“雜化”超級電容技術。但從長遠來看,尋找新的電極活性材料才是根本所在,但同時這也是難點所在。超級電容器越來越輕、供電能力越來越強的目標實現必須借助一些高新技術的開發(fā)與應用,如納米技術等,只有這樣,超級電容器的前景才會越來越光明。
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