超級電容器，也叫電化學(xué)電容器，是20世紀60年代發(fā)展起來的一種新型儲能元件。1957年，美國的Becker首先提出了可以將電容器用作儲能元件，具有接近于電池的能量密度。1962年，標準石油公司(SOHIO)生產(chǎn)了一種工作電壓為6V、以碳材料作為電極的電容器。稍后，該技術(shù)被轉(zhuǎn)讓給NEC電氣公司，該公司從1979年開始生產(chǎn)超級電容器，1983年率先推向市場。20世紀80年代以來，利用金屬氧化物或氮化物作為電極活性物質(zhì)的超級電容器，因其具有雙電層電容所不具有的若干優(yōu)點，現(xiàn)已引起廣大科研工作者極大興趣。

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1超級電容器的儲能原理

超級電容器按儲能原理可分為雙電層電容器和法拉第準電容器。

1.1雙電層電容器的基本原理

雙電層電容器的基本原理是利用電極和電解質(zhì)之間形成的界面雙電層來存儲能量的一種新型電子元件。當(dāng)電極和電解液接觸時，由于庫侖力、分子間力或者原子間力的作用，使固液界面出現(xiàn)穩(wěn)定的、符號相反的兩層電荷，稱為界面雙電層。這種電容器的儲能是通過使電解質(zhì)溶液進行電化學(xué)極化來實現(xiàn)的，并沒有產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，這種儲能過程是可逆的。

1.2法拉第準電容器的基本原理

繼雙電層電容器后，又發(fā)展了法拉第準電容，簡稱準電容。該電容是在電極表面或體相中的二維或準二維空間上，電活性物質(zhì)進行欠電位沉積，發(fā)生高度的化學(xué)吸脫附或氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生與電極充電電位有關(guān)的電容。對于法拉第準電容，其儲存電荷的過程不僅包括雙電層上的存儲，而且包括電解液中離子在電極活性物質(zhì)中由于氧化還原反應(yīng)而將電荷儲存于電極中。

2超級電容器的特性

超級電容器是介于傳統(tǒng)物理電容器和電池之間的一種較佳的儲能元件，其巨大的優(yōu)越性表現(xiàn)為：①功率密度高。超級電容器的內(nèi)阻很小，而且在電極/溶液界面和電極材料本體內(nèi)均能實現(xiàn)電荷的快速儲存和釋放。②充放電循環(huán)壽命長。超級電容器在充放電過程中沒有發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，其循環(huán)壽命可達萬次以上。③充電時間短。完全充電只需數(shù)分鐘。④實現(xiàn)高比功率和高比能量輸出。⑤儲存壽命長。⑥可靠性高。超級電容器工作中沒有運動部件，維護工作極少。⑦環(huán)境溫度對正常使用影響不大。超級電容器正常工作溫度范圍在-35～75℃。⑧可以任意并聯(lián)使用，增加電容量;若采取均壓后電容儲能，還可串聯(lián)使用，提高電壓等級。

3超級電容器儲能技術(shù)應(yīng)用

超級電容器作為大功率物理二次電源，在國民經(jīng)濟各領(lǐng)域用途十分廣泛。各發(fā)達國家都把超級電容器的研究列為國家重點戰(zhàn)略研究項目。1996年歐洲共同體制定了超級電容器的發(fā)展計劃，日本“新陽光計劃”中列出了超級電容器的研制，美國能源部及國防部也制定了發(fā)展超級電容器的研究計劃。我國國家863計劃制定了電動汽車重大專項(2001)超級電容器課題。以下介紹超級電容器儲能技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀。

3.1電車電源

由于超級電容器具有非常高的功率密度，因此可以很好地滿足電車在起動、加速、爬坡時對功率的需求，可以作為混合型電動車的加速或起動電源。美國通用汽車公司已將Maxwell Tech-nologies公司生產(chǎn)的Power Cache超級電容器組成并聯(lián)混合電源系統(tǒng)和串聯(lián)電源系統(tǒng)用在汽車上。文獻[3]研究表明，利用超級電容器與蓄電池并聯(lián)作電源可以減少蓄電池的尺寸、重量，并延長蓄電池的使用壽命。

2004年7月，我國首輛超級電容器公交車及其快速充電候車站系統(tǒng)投入試運行。該系統(tǒng)解決了無軌電車帶來的視覺污染、機動性差和規(guī)劃難等問題，以零排放、低噪聲的性能，改善了公交汽車尾氣排放給城區(qū)帶來的空氣污染，并避免了傳統(tǒng)蓄電池的二次污染，延長了使用壽命。

3.2電子類電源

超級電容器不僅可以用作光電功能電子手表和計算機存儲器等小型裝置的電源，而且還可以用在衛(wèi)星上。衛(wèi)星上使用的電源多是由太陽能與電池組成的混合電源，一旦裝上了超級電容器，衛(wèi)星的脈沖通訊能力定會得到改善。由于超級電容器具有快速充電的特性，對于像電動工具和玩具這些需要快速充電的設(shè)備來說，超級電容器無疑是一個很理想的電源。文獻[4]介紹了在移動通信電源領(lǐng)域，電化學(xué)雙電層電容器由于具有高功率密度和低能量密度的特性電容儲能，將主要用來與其他電源混合組成電源，同時還可以用于短時功率后備，用于保護存儲器數(shù)據(jù)。文獻[5]研究了利用雙電層電容器作為可植入醫(yī)療器械的救急電源，由于雙電層電容器不需要過渡充放電保護電路以及使用壽命長，將替代傳統(tǒng)電池。

文章由啟和科技編輯