超級(jí)電容器發(fā)展與新能源汽車.doc

1、超級(jí)電容器發(fā)展與新能源汽車區(qū)別于傳統(tǒng)的電解電容器和蓄電池，超級(jí)電容器是近十幾年發(fā)展起來(lái)的新型儲(chǔ)能器件，由于兼具以上兩者的特性，因此在眾多領(lǐng)域?qū)l(fā)揮越來(lái)越重要的作用。據(jù)2007年1月份美國(guó)探索雜志報(bào)道，2006年，科學(xué)家在技術(shù)領(lǐng)域又有了許多新突破,新進(jìn)展，新發(fā)明，有七項(xiàng)技術(shù)因其獨(dú)到的“創(chuàng)意"和潛力巨大的實(shí)用價(jià)值,將載入科學(xué)發(fā)展史冊(cè).其中超級(jí)電容器名列其中,據(jù)美國(guó)麻省理工學(xué)院工程師約耳·斯奇達(dá)爾領(lǐng)導(dǎo)的研究人員透露，超級(jí)電容器的電極表面覆蓋著許多碳納米管，這些材料可以有力增加超級(jí)電容器電極的表面面積，從而使它擁有20倍于電解電容的能量.斯奇達(dá)爾估計(jì)，基于這項(xiàng)科學(xué)突破制造的裝置將在

2、不到5年的時(shí)間里和消費(fèi)者見(jiàn)面.超級(jí)電容器是能量?jī)?chǔ)存領(lǐng)域的一項(xiàng)革命性發(fā)展，并將在某些領(lǐng)域取代傳統(tǒng)蓄電池。目前俄羅斯，美國(guó),法國(guó)，日本、瑞士、德國(guó)等均把超級(jí)電容器項(xiàng)目作為國(guó)家級(jí)的重點(diǎn)研究和開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，并應(yīng)用在燃料電池車、混合動(dòng)力車中，取得了非常明顯的燃油經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保效果,在軍事領(lǐng)域也得到了非常廣泛的應(yīng)用.超級(jí)電容器原理1。超級(jí)電容器的分類(見(jiàn)圖2)由于科技的進(jìn)步，超級(jí)電容器技術(shù)在近幾年得到了快速發(fā)展，出現(xiàn)了不同體系和不同結(jié)構(gòu)的電容器種類.雙電層對(duì)稱結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器，活性物質(zhì)以各種類型的高比表面積的多孔活性炭材料、碳納米管、活性碳纖維、碳?xì)馊苣z等為主。這種電容器正負(fù)電極采用了超大比表面積材料，這種超級(jí)電

3、容器儲(chǔ)能方式屬于靜電儲(chǔ)能,能量?jī)?chǔ)存與釋放不涉及到伴隨質(zhì)量轉(zhuǎn)移的氧化還原過(guò)程,能量?jī)?chǔ)存與釋放速度很快，時(shí)間常數(shù)很小，充放電次數(shù)可達(dá)到50萬(wàn)次。但此類電容器可用比能量小，對(duì)稱型結(jié)構(gòu)的超級(jí)電容器采用有機(jī)溶劑體系作為電解質(zhì)時(shí),比能量有比較大的提高，但有機(jī)大功率超級(jí)電容器的電解液通常采用乙氰等作為溶劑，也帶來(lái)了使用過(guò)程中的安全問(wèn)題，性能優(yōu)良的有機(jī)大功率超級(jí)電容器價(jià)格非常昂貴。過(guò)渡金屬氧化物超級(jí)電容器，電極采用了過(guò)渡金屬氧化物，電極反應(yīng)是以快速法拉第氧化還原反應(yīng)為基礎(chǔ)，絕大多數(shù)電荷轉(zhuǎn)移發(fā)生在固體電極的表面或表面附近的薄層內(nèi)，這種反應(yīng)包含多個(gè)電化學(xué)過(guò)程，綜合表現(xiàn)是一個(gè)電容特性，因此,也被稱之為“準(zhǔn)電容”或者

4、“假電容”。由于準(zhǔn)電容材料的比電容通常比雙電層材料大很多，其能量密度會(huì)很高，此類超級(jí)電容器目前還處在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)階段，作為電極材料的各種過(guò)渡金屬氧化物制作工藝和最佳特性還在摸索過(guò)程中，有報(bào)道稱，該電容器樣品的充放電次數(shù)可達(dá)到10000次。此外，性能優(yōu)良的過(guò)渡金屬氧化物價(jià)格昂貴，給未來(lái)的產(chǎn)業(yè)化帶來(lái)難度?；旌闲统?jí)電容器，此類電容器是利用金屬氧化物超級(jí)電容器的比能量大與雙電層超級(jí)電容器的有機(jī)結(jié)合,利用金屬氧化物超級(jí)電容器的超大比能量與雙電荷層超級(jí)電容器的有效配比，獲得了比雙電荷層超級(jí)電容器高4倍的比能量.根據(jù)使用條件的不同，充放電次數(shù)可達(dá)120萬(wàn)次，甚至達(dá)到50萬(wàn)次。此類超級(jí)電容器的電極制造可以充分

5、借鑒傳統(tǒng)的化學(xué)電源電極制造方法，因此，在成本上可以大幅度下降。目前所能達(dá)到的比能量最高達(dá)15Wh/kg,非常適合做高比能量類型。其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。以上三種超級(jí)電容器類型是依據(jù)電極材料劃分的，此外，也有依據(jù)電解液類型劃分的,比如無(wú)機(jī)體系超級(jí)電容器、有機(jī)體系超級(jí)電容器、導(dǎo)電聚合物超級(jí)電容器。根據(jù)結(jié)構(gòu)又可以分為對(duì)稱型超級(jí)電容器和不對(duì)稱型超級(jí)電容器.上述三種類型中，碳碳結(jié)構(gòu)是目前比較成熟的一種，其高功率和小功率電容都已進(jìn)入市場(chǎng)，比功率可達(dá)到3000W/kg，但比能量一般在34Wh/kg，而體積比能量更低。金屬氧化物超級(jí)電容器能量密度很高，但其成本比較昂貴，而且當(dāng)前技術(shù)并不是很成熟?；旌铣?jí)電容器綜合了以上

6、兩種的優(yōu)點(diǎn)，是一種發(fā)展較快的超級(jí)電容器，其比能量可達(dá)15Wh/kg，比功率2000W/kg.2。超級(jí)電容器儲(chǔ)能原理雙電層電容原理當(dāng)固/液兩相接觸時(shí)，由于兩者的化學(xué)電勢(shì)的不同，將導(dǎo)致電荷（或者離子)在兩相之間快速轉(zhuǎn)移,從而在固/液兩相之間形成數(shù)個(gè)離子或水合離子直徑厚度的雙電荷層，正負(fù)電荷分布在固相表面的兩側(cè)，這類似于傳統(tǒng)平板電容器,它的靜電容量與極板的距離成反比，與極板的面積成正比。由于雙電層的厚度為離子或水合離子半徑的級(jí)別，比傳統(tǒng)電容器的介質(zhì)厚度小得多,因此其靜電容量要提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，在外電壓的作用下，界面吸附電荷的能力將大大加強(qiáng).雙電層電容器就是利用這種界面雙電層的原理，選取高比表面積電極材

7、料制作而成的。圖3描述了固/液兩相間的界面雙電層形成原理。電極材料選擇電化學(xué)惰性，且具有超大比表面積的材料.各種高比表面積活性炭材料是目前雙電層電容器的首選材料。過(guò)渡金屬氧化物電容原理固/液兩項(xiàng)間的雙電荷層即是一個(gè)電容器，但只有一個(gè)固體電極存在顯然是沒(méi)有實(shí)際意義的，必須有另外一個(gè)電極，當(dāng)超級(jí)電容器在充電過(guò)程中,正電極吸附電解液中的負(fù)離子，而負(fù)電極吸收電解液中的正離子，在電容器放電過(guò)程中，負(fù)離子從正電極表面脫附，正離子從負(fù)電極表面脫附，從而實(shí)現(xiàn)電容器存儲(chǔ)與釋放電荷的作用。有些金屬氧化物在氧化還原反應(yīng)過(guò)程中伴有離子和電子傳遞的固相反應(yīng)，且反應(yīng)速度快，電流交換密度大。它們?cè)陔姵刂须娀瘜W(xué)反應(yīng)過(guò)程可用下

8、式表示：氧化態(tài)+H2O+ne=還原態(tài)+nOH-這種伴有離子和電子傳遞的反應(yīng)電極具有類似吸附和脫附電解液中離子的作用，且由于是電化學(xué)反應(yīng)，因此，容量非常大，與雙電荷層組成一個(gè)電化學(xué)體系所體現(xiàn)的容量既是單電極雙電層電容器的容量。過(guò)渡金屬氧化物電極的活性物質(zhì)在充放電過(guò)程中，是通過(guò)晶格中的電子缺陷和質(zhì)子缺陷的遷移來(lái)實(shí)現(xiàn)氧化還原反應(yīng)的。充電時(shí)，電極要發(fā)生陽(yáng)極極化，此時(shí)，Ae-B,即電子通過(guò)導(dǎo)電骨架遷移之外電路；放電過(guò)程中B與外電路傳導(dǎo)來(lái)的電子結(jié)合為A。電極充放電總反應(yīng)為: 充電A B + e 放電采用過(guò)渡金屬氧化物電容原理儲(chǔ)能的特點(diǎn)是能量密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于雙電層的水平，不過(guò)不足之處在于其使用壽命較短,此外價(jià)格

9、也是制約其發(fā)展的一個(gè)重要因素.3.超級(jí)電容器的特點(diǎn)超級(jí)電容器主要特點(diǎn)如下：·充電速度快：充電10s10min可達(dá)到其額定容量的95以上。·循環(huán)使用壽命長(zhǎng):根據(jù)使用條件不同，循環(huán)使用次數(shù)可達(dá)150萬(wàn)次。·能量轉(zhuǎn)換效率高、充放電接受能力強(qiáng)：過(guò)程損失小，大電流充放電能量循環(huán)效率90%。·功率密度高：最高可達(dá)十幾千瓦每千克。·綠色環(huán)保：產(chǎn)品原材料構(gòu)成、生產(chǎn)、使用、儲(chǔ)存過(guò)程均沒(méi)有污染。·安全性可靠性高：長(zhǎng)期使用免維護(hù)。·低溫特性好:工作于攝氏零下30的環(huán)境中仍具有很優(yōu)越的性能。·檢測(cè)控制方便：剩余電量可根據(jù)其電壓直接計(jì)算。圖

10、4為超級(jí)電容器與常用蓄電池特點(diǎn)比較.超級(jí)電容器關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)展1.活性炭材料進(jìn)展在所有的電化學(xué)超級(jí)電容器電極材料中,研究最早和技術(shù)最成熟的是碳材料。其研究是從1957年Beck發(fā)表的相關(guān)專利開(kāi)始的。其發(fā)展先后出現(xiàn)了多孔炭材料、活性炭材料、活性炭纖維材料、碳?xì)馊苣z材料以及最近開(kāi)發(fā)的碳納米管材料等。從材料的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，主要是基于雙電層儲(chǔ)能原理,向著提高材料的有效比表面積和可控孔的孔徑(2nm）的方向發(fā)展。多孔炭材料、活性炭材料和活性碳纖維,這個(gè)排列基本代表了碳材料的發(fā)展方向：提高有效比表面積。之所以發(fā)展為活性炭，主要是在于通過(guò)活化處理（如水蒸汽)活化后,大大的增加了孔的數(shù)量，增大了材料的比表面積,提

11、高了材料的利用率。到目前為止，活性炭材料的比表面積已超過(guò)3000m2/g，但其實(shí)際的利用率僅為其10左右（因?yàn)樾∮?nm的孔是不能形成雙電層的)。致使活性炭電極材料的電容量最高達(dá)到280F/g和120F/g(分別在水電解液和非水電解液中)。但由于其原料來(lái)源廣，價(jià)格低廉，在市場(chǎng)上仍一直占有重要的地位。由于活化炭材料不能完全有效的控制孔的孔徑分布，造成比表面積的浪費(fèi)，于是出現(xiàn)了炭氣溶膠這種新材料。這種炭氣溶膠是由LawrenceLivennoreNationalLaboratory公司的R.W。Pekala研究小組開(kāi)發(fā)的。其比表面積為100700m2/g，密度為0。31。0g/cm3，但孔的孔徑可

12、控制在一定的狹小范圍內(nèi),從而避免因孔小于2nm而不能形成雙電層的限制。這種形態(tài)使得該材料具有能將所儲(chǔ)能量迅速放出的能力，從而從理論上講具有高的功率密度。碳納米管用作超電容電極材料有它的優(yōu)越性：結(jié)晶度高、導(dǎo)電性好、比表面積大、孔集中在一定范圍內(nèi)（且孔大小可控）。從理論上講，是用作超電容電極的理想材料.用碳納米管用作電極材料大致有兩種方法：加粘合劑成型法和直接經(jīng)過(guò)濾加熱成型。采用直接熱成型法制成的碳納米管電極的單位比表面積為430m2/g,用38wt%的硫酸作電解液,聚合物做隔極層，最高容量可達(dá)113F/g(0。001Hz），在0。1Hz時(shí)，其容量可達(dá)108F/g。體現(xiàn)了相對(duì)高頻放電的優(yōu)點(diǎn),這同樣

13、也預(yù)示著由碳納米管為電極材料做的電容器具有高的能量密度，而實(shí)驗(yàn)結(jié)果也確實(shí)證明它具有大于8Wh/kg的能量密度。其中采用粘合成型制作的碳納米管電極，用38wt%的硫酸作電解液，酚醛樹(shù)脂作粘合劑，玻璃纖維做隔極層，石墨片做集流體，比容量可達(dá)1525F/cm3.另?yè)?jù)E。Frackowiak等人的報(bào)道,摻金屬鋰的碳納米管電極在LiC1O4電解液中，在電壓為1.53V之間充放電時(shí)，表現(xiàn)出良好且獨(dú)特的高壓下的雙電層電容效應(yīng)，容量可達(dá)30F/g(非水電解液).預(yù)示碳納米管的另一潛在用途。其實(shí)，碳納米管用作電化學(xué)超級(jí)電容器電極材料的研究還有許多工作有待進(jìn)行，比如：碳納米管的石墨化程度,碳納米管管徑的大小，碳納

14、米管的長(zhǎng)度，碳納米管用作電化學(xué)超級(jí)電容器電極材料，研究碳納米管的彎曲程度，以及不同處理方式所帶來(lái)的碳納米管表面基團(tuán)的不同等等都會(huì)對(duì)有它組成的電化學(xué)超級(jí)電容器的性能產(chǎn)生很大的影響。2.金屬氧化物超電容電極材料最新進(jìn)展由于二氧化釕（RuO2)等活性物質(zhì)在電極/溶液界面法拉第反應(yīng)所產(chǎn)生的“準(zhǔn)電容”要遠(yuǎn)大于活性炭材料表面的雙層電容，有著廣闊的研究前景，已經(jīng)引起了不少研究者的重視.歸納起來(lái),主要工作圍繞以下幾個(gè)方面：使用各種方法制備大面積的RuO2活性物質(zhì)、將RuO2電極活性物質(zhì)與其他的金屬氧化物混合以達(dá)到減少RuO2用量并同時(shí)提高材料容量的目的、尋找其他廉價(jià)的材料代替RuO2以降低成本.超細(xì)微RuO2

15、電極活性物質(zhì)以其優(yōu)異的催化活性已經(jīng)在鹵堿工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，但利用其不同尋常的比容量作為電化學(xué)電容的活性物質(zhì)僅僅是近幾年的事情。T.R.JOW對(duì)這一活性物質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，他們使用溶膠凝膠方法制備了超細(xì)微RuO2顆粒，作為電極活性物質(zhì)具有優(yōu)異的大電流充放電性能，其單電極比容量高達(dá)760F/g.JOW認(rèn)為制備含水的無(wú)定型的RuO2氧化物是加大材料電容量的關(guān)鍵，反應(yīng)僅僅發(fā)生在氧化物電極表層?；钚圆牧现屑尤氪竺娣e導(dǎo)電性碳黑后使材料的大電流放電性能有所改善，功率密度達(dá)到100kW/kg.JOW制備的活性電極可在5273的范圍之內(nèi)連續(xù)充放電60000次以上。RuO2電極活性物質(zhì)在電容量方面的性能是

16、其他的物質(zhì)所不能比擬的，但由于該種活性物質(zhì)高昂的價(jià)格，大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)尚不現(xiàn)實(shí)，因此，人們?cè)趯ふ腋鞣N方法減少RuO2的用量。氧化錳資源廣泛、價(jià)格低廉、環(huán)境友善、具有多種氧化價(jià)態(tài)，廣泛地應(yīng)用于電池電極材料和氧化催化劑材料上。氧化錳用作超級(jí)電容器的電極主要?dú)w結(jié)為兩類,一類為制備氧化錳粉末電極，另一類為制備氧化錳薄膜電極。高比表面積二氧化錳是由Anderson等人發(fā)現(xiàn)的一種價(jià)格低廉且效果良好的新型電容器材料。他們分別用溶膠凝膠法和電化學(xué)沉積法來(lái)制備MnO2，通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，用溶膠凝膠法制備的MnO2的比容量比電沉積法制備的MnO2的比容量高出1/3之多，達(dá)到698F/g，且循環(huán)1500次后，容量衰減

17、不到10%。這樣高的比容量是基于法拉第準(zhǔn)電容儲(chǔ)能原理，MnO2在充放電過(guò)程中發(fā)生了可逆的法拉第反應(yīng)，而且由于用溶膠凝膠法制備的MnO2是納米級(jí)的，具有高的比表面積,同時(shí)無(wú)定型的結(jié)構(gòu)使MnO2晶格擴(kuò)張，質(zhì)子很容易存留在里面，而沉淀法制得的晶體結(jié)構(gòu)的微米級(jí)MnO2不具有這些特點(diǎn)。除了氧化錳外，氧化鎳(NiO）也是科技人員研究的重點(diǎn)，已有數(shù)篇關(guān)于氧化鎳的報(bào)道。其中KuoChanL等人采用液相法合成了NiO超微粒子，在300下焙燒制成NiO電極，單電極比容量達(dá)到256F/g，雙電極比容量也達(dá)到了65F/g，比能量和比功率分別達(dá)到40kJ/kg和17kW/kg。KyungWanNam等人采用電化學(xué)沉積法

18、先制得Ni(OH)2薄膜,熱處理得到多孔NiOx膜，制成電極，可得到277F/g的比容量。RuO2活性物質(zhì)成本昂貴，因此，必須尋找一種可以代替RuO2活性物質(zhì)的廉價(jià)電極活性物質(zhì)。但遺憾的是至今尚沒(méi)有發(fā)現(xiàn)可以完全代替RuO2的新材料。目前性能最好的材料仍然是T.R。JOW制備的無(wú)定型釕的氧化物.3.導(dǎo)電聚合物超電容電極材料最新進(jìn)展導(dǎo)電聚合物超級(jí)電容器方面，目前研究最多的包括三種類型的材料。第一種是兩電極由同一種p-型摻雜導(dǎo)電聚合物制成，此類導(dǎo)電聚合物主要為電化學(xué)合成的聚苯胺以及聚吡咯。第二種是兩電極由不同的兩種p型摻雜導(dǎo)電聚合物制成，此類導(dǎo)電聚合物主要有聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩以及它們的衍生物。第

19、三種是兩電極由既可以n-型摻雜也可以p型摻雜的導(dǎo)電聚合物制成，工作狀態(tài)下，一個(gè)電極處于完全n型摻雜狀態(tài)而另一個(gè)電極處于完全p-型摻雜狀態(tài)，此類導(dǎo)電聚合物主要為噻吩及其衍生物。美國(guó)得州EEStor的公司,將純度高達(dá)99.9994的鋇鈦酸鹽粉末涂在鋁氧化物和玻璃的表面制作超級(jí)電容器的電極。該超級(jí)電容器實(shí)際上是一種以固體鋇鈦酸鹽為電介質(zhì)的平行板電容器.該超級(jí)電容器重量比能量達(dá)到鉛酸蓄電池的8。75倍和鋰離子蓄電池的2.33倍，循環(huán)使用壽命超過(guò)100萬(wàn)次。4。隔膜材料隔膜方面,主要為各種有機(jī)材料聚合物隔膜，包括聚乙烯膜、聚丙烯膜以及兩者二層或多層復(fù)合;瓊脂膜及改性瓊脂膜、維綸膜、尼龍膜等。在無(wú)機(jī)隔膜材

20、料方面，研究較多的為:玻璃纖維膜、石棉纖維膜、陶瓷隔膜、氧化鋯、有機(jī)纖維和無(wú)機(jī)纖維復(fù)合膜等.隔膜重要的難題之一是其親水性，目前處理方法很多，如接枝共聚合、磺化、等離子處理、電暈放電、氟氣處理、添加親水纖維等。在無(wú)機(jī)體系的超級(jí)電容器中，親水性直接代表了超級(jí)電容器的穩(wěn)定性與使用壽命等相關(guān)最重要的指標(biāo)。5。電解液有機(jī)電解液方面,普通的有機(jī)鹽在常溫下是固體，因此必須溶于有機(jī)溶劑，離子濃度提高幅度有限。電解質(zhì)主要研究方向?yàn)樗囊一丙}和三乙級(jí)氨鹽配以各種添加劑。有機(jī)溶劑方面:主要為碳酸丙烯脂PC和丙烯腈AN.使用多元電解質(zhì)和多元溶劑并使用添加劑可以有效的提高電解液的性能。有機(jī)電解液產(chǎn)業(yè)化實(shí)用的種類并不多，

21、國(guó)外純度可達(dá)99。999，國(guó)內(nèi)只能做到99.9。據(jù)最新報(bào)道，日清紡的“離子性液體”是一種常溫下也能保持液態(tài)的有機(jī)鹽，其中陽(yáng)離子為DEME、陰離子為BF4。由于不需要溶媒，因此就能形成濃度高達(dá)3mol/L的高濃度溶液，耐壓可達(dá)6V。無(wú)機(jī)電解液主要為氫氧化鉀、硫酸、硝酸鋰的水溶液。研究方向是向其中添加各種添加劑以改善其性能，目前添加劑主要類型為多位鋰、鈷、鋇的鹽或氫氧化物.超級(jí)電容器行業(yè)技術(shù)水平及研究現(xiàn)狀超級(jí)電容器作為一個(gè)朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，無(wú)論高校、研究所和公司都有一股強(qiáng)大的研究浪潮，由于研究機(jī)構(gòu)的性質(zhì)不同,研究的目的也不盡形同。對(duì)于高校和研究所主要從事基礎(chǔ)研究,而公司則主要從事產(chǎn)品的開(kāi)發(fā).目前超級(jí)電容器

22、的基礎(chǔ)研究較多，涉及的方面很廣，覆蓋了雙電層電容器、電化學(xué)電容器和混合超級(jí)電容器三種類型.對(duì)于雙電層電容器目前研究熱點(diǎn)為活性炭材料的合成新方法新工藝、活性炭材料的處理方法、活性炭材料的孔徑及孔徑分布對(duì)有機(jī)和無(wú)機(jī)電容器性能的影響,有機(jī)超級(jí)電容器電解液特別是離子液體的研究以及有機(jī)雙電層超級(jí)電容器失效機(jī)理和失效與活性碳材料的物性參數(shù)、電解液種類以及粘結(jié)劑種類的關(guān)系;對(duì)于電化學(xué)電容器的研究熱點(diǎn)主要為廉價(jià)金屬氧化物的合成、貴金屬氧化物二氧化釕(RuO2）與碳材料的復(fù)合。混合型超級(jí)電容器主要研究熱點(diǎn)為鉛基混合超級(jí)電容器的研究和鋰離子超級(jí)電容器的研究。目前超級(jí)電容的產(chǎn)品研究相對(duì)基礎(chǔ)研究來(lái)說(shuō),比較有針對(duì)性。一

23、般各個(gè)公司根據(jù)自己的現(xiàn)狀和市場(chǎng)開(kāi)發(fā)適合自己的產(chǎn)品。就目前幾類產(chǎn)品來(lái)說(shuō)研究狀況不盡相同。其中扣式電容器已是比較成熟的產(chǎn)品,也是目前市場(chǎng)量最大的產(chǎn)品，公司只要投入設(shè)備和生產(chǎn)必備工藝要求，就能生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品;氧化鎳/C無(wú)機(jī)超級(jí)電容器已經(jīng)是比較成熟的產(chǎn)品,目前它的研究主要在產(chǎn)品的可靠性和產(chǎn)品合適使用工況,它是目前純電動(dòng)公交車最合適的能源；CC有機(jī)對(duì)稱超級(jí)電容器是目前最多公司從事研究和生產(chǎn)的超級(jí)電容器，它也是應(yīng)用領(lǐng)域最廣的超級(jí)電容器，也是國(guó)內(nèi)與國(guó)際水平相差最大的超級(jí)電容器，國(guó)內(nèi)主要處在工藝穩(wěn)定階段研究，而國(guó)際上則往更高水平的有機(jī)對(duì)稱超級(jí)電容器研究。最近，俄羅斯ESMA有了鉛基混合超級(jí)電容器產(chǎn)品，而日本

24、有了鋰離子有機(jī)不對(duì)稱超級(jí)混合超級(jí)電容器的報(bào)道，這兩者都是比能量較高的超級(jí)電容器,前者具有較低的成本和比鉛酸蓄電池較長(zhǎng)的壽命，將取代鉛酸蓄電池的一部分市場(chǎng),而后者使CC有機(jī)對(duì)稱超級(jí)電容器和鋰離子蓄電池有了過(guò)渡,將在C-C有機(jī)對(duì)稱超級(jí)電容器能量密度達(dá)不到而鋰離子蓄電池快充性和安全性達(dá)不到的情況下找到市場(chǎng)，如油電中混或重混轎車.隨著超級(jí)電容器不斷研究，國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了不少專門以超級(jí)電容器作為產(chǎn)品的公司,目前真正能批量生產(chǎn)的廠家不多，主要廠家及技術(shù)水平見(jiàn)表1。(數(shù)據(jù)來(lái)源:上海情報(bào)研究所2007查新報(bào)告）電動(dòng)汽車是當(dāng)前最熱門的領(lǐng)域之一，電動(dòng)汽車的核心技術(shù)里就有動(dòng)力電源。超級(jí)電容器作為性能優(yōu)良的動(dòng)力電源，在電

25、動(dòng)汽車領(lǐng)域是最熱門的應(yīng)用方向。表2為電動(dòng)汽車可能使用的動(dòng)力電源對(duì)比.從表2中數(shù)據(jù)來(lái)看鋰離子蓄電池整體技術(shù)水平高于氫鎳蓄電池，特別是在能量密度上。但是在循環(huán)壽命和安全性上有嚴(yán)重不足，所以其離電動(dòng)汽車的要求有差距.超級(jí)電容器在功率性能上的優(yōu)勢(shì)是任何其它電源都無(wú)法比擬的，但是其能量密度的不足也使其應(yīng)用得到限制。那么超級(jí)電容器到底該怎么發(fā)展呢？目前最有希望達(dá)到車輛要求的是鋰離子蓄電池和超級(jí)電容器，鋰離子蓄電池目前正不斷朝大功率的方向發(fā)展，據(jù)悉,目前有報(bào)道稱鋰離子蓄電池功率密度已達(dá)2000W/kg。而超級(jí)電容器則正不斷朝高能量密度方向發(fā)展，2000年時(shí)，超級(jí)電容器能量密度水平只有35Wh/kg，目前其水

26、平已經(jīng)達(dá)到1215Wh/kg，日本某些研究機(jī)構(gòu)曾發(fā)表過(guò)文章稱新型材料可以使超級(jí)電容器能量密度達(dá)到60Wh/kg.所以從鋰離子蓄電池和超級(jí)電容器發(fā)展方向來(lái)看,兩者是朝一個(gè)方向發(fā)展，技術(shù)指標(biāo)上不斷統(tǒng)一，鋰離子蓄電池和超級(jí)電容器將來(lái)將統(tǒng)一，形成一種新型儲(chǔ)能電源，新型電源綜合兩種電源的優(yōu)點(diǎn)，能夠完全滿足電動(dòng)汽車市場(chǎng)的需求.目前已經(jīng)有類似的電源出現(xiàn)了，圖5為其放電曲線。從曲線中可以看出：此類型電源具有鋰離子蓄電池的電壓,但其放電電壓低達(dá)3V左右，又具有電容器的特性，曲線形狀上基本符合超級(jí)電容器的線性放電曲線，但是也有類似蓄電池的“平臺(tái)”的出現(xiàn)。電源技術(shù)的發(fā)展一直是跟隨市場(chǎng)需要而進(jìn)步的，目前應(yīng)用市場(chǎng)的需要

27、已經(jīng)迫在眉睫了，盡管目前材料和技術(shù)上仍舊有許多障礙，不過(guò)相信隨著材料的進(jìn)步，這一切都并非不可能達(dá)到的。超級(jí)電容器的應(yīng)用現(xiàn)狀超級(jí)電容器主要市場(chǎng)在交通運(yùn)輸、工業(yè)、再生能源和軍事四個(gè)方面。在交通運(yùn)輸方面主要包括以下7個(gè)方面：1。油電混合動(dòng)力。在油電混合動(dòng)力系統(tǒng)中，用超級(jí)電容器最理想的混合方式是油電弱混，超級(jí)電容器起動(dòng)和制動(dòng)能量回收作用。而中混和強(qiáng)混由于超級(jí)電容器比能量的限制，超級(jí)電容器不能擔(dān)當(dāng)此重任，鋰離子有機(jī)超級(jí)電容器的產(chǎn)生,將有能力承擔(dān)此殊榮.2。純電動(dòng)汽車。在純電動(dòng)汽車中主要有兩種模式，一種是純電動(dòng)公交車，另一種是與電池混合使用的純電動(dòng)汽車或轎車。純電動(dòng)公交車?yán)昧顺?jí)電容器大電流充放電和安全

28、性的優(yōu)點(diǎn),間斷使用的特點(diǎn),彌補(bǔ)了超級(jí)電容器比能量較低的缺點(diǎn)。而與電池混合使用則利用了超級(jí)電容大電流充放電的優(yōu)點(diǎn)，負(fù)責(zé)車輛的起動(dòng)和加速的峰值功率和能量回收，延長(zhǎng)電池的工作壽命。3.車輛低溫起動(dòng).在此用途中，超級(jí)電容器與鉛酸蓄電池并聯(lián)使用，可以使蓄電池系統(tǒng)變得更加小型化和提高車輛的低溫起動(dòng)性能。這主要利用了超級(jí)電容器低溫特性好和大功率放電的特性。4。軌道車輛能量回收。在軌道車輛制動(dòng)的時(shí)候，回收制動(dòng)能量，存儲(chǔ)于超級(jí)電容器中，當(dāng)車輛再加速時(shí),超級(jí)電容器將這些能量釋放出來(lái)。省了30的能量。這樣可以使網(wǎng)絡(luò)上可運(yùn)行更多更快的車輛。 5.在航空航天器的應(yīng)用。主要為飛機(jī)開(kāi)啟門提供爆發(fā)動(dòng)力.在地面上，正常操作和緊

29、急操作時(shí)，門必須被打開(kāi)， 在飛行時(shí)，門必須被關(guān)上并鎖緊 。6。電動(dòng)叉車。超級(jí)電容器與蓄電池或柴油機(jī)混聯(lián),超級(jí)電容器起傳送和接收峰值功率,能量回收。7.大型起重機(jī)。大容量超級(jí)電容器，可以短周期大電流充電和放電，在起重機(jī)起動(dòng)時(shí)能迅速大電流放電，下降時(shí)能迅速大電流充電，將能量吸收，起到節(jié)能環(huán)保的作用.在可再生能源中的應(yīng)用。超級(jí)電容器在可再生能源中的應(yīng)用主要包括太陽(yáng)能和風(fēng)能的應(yīng)用。1。太陽(yáng)能。超級(jí)電容器作為太陽(yáng)能儲(chǔ)能，作為路燈、和航標(biāo)等應(yīng)用已有實(shí)例.此項(xiàng)用途主要利用了超級(jí)電容長(zhǎng)壽命的特點(diǎn),作為太陽(yáng)能儲(chǔ)能的超級(jí)電容器,內(nèi)阻可以較大，功率可以比電池的低，在保證長(zhǎng)壽命的前提下，如果降低成本而引起電容器的比功

30、率降低，對(duì)此項(xiàng)應(yīng)用無(wú)影響.2.風(fēng)能。超級(jí)電容器主要用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變漿系統(tǒng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)，超級(jí)電容器大電流的放電特性，可以在不同的風(fēng)速條件下設(shè)定其合適的變槳角度，以滿足發(fā)電機(jī)所處的工作狀態(tài)在最優(yōu)狀態(tài)。在軍事中應(yīng)用。超級(jí)電容器在軍事中，主要包括戰(zhàn)車混合電傳動(dòng)系統(tǒng)、航用電磁炮和坦克低溫起動(dòng)。超級(jí)電容器的高的比功率和低溫特性是吸引軍事應(yīng)用的主要原因。以上列舉了超級(jí)電容器主要在交通運(yùn)輸、可再生能源和軍事中3種行業(yè)的應(yīng)用，雖然目前的市場(chǎng)量遠(yuǎn)不如蓄電池，但隨著超級(jí)電容器技術(shù)的成熟和成本的降低，它的市場(chǎng)量會(huì)越來(lái)越來(lái)越大。超級(jí)電容器市場(chǎng)前景預(yù)測(cè)充電1分鐘即可驅(qū)動(dòng)小型筆記本電腦運(yùn)行近1個(gè)半小時(shí)在2004年10月ME

31、SSE舉行的IT博覽會(huì)“CEATECJAPAN"上，這種快速充電的演示成了人們關(guān)心的話題。一般筆記本電腦的充電電池要充滿電至少需要1個(gè)小時(shí)。但“超級(jí)電容器"卻大幅縮短了這一時(shí)間。超級(jí)電容器由于具有高比功率、長(zhǎng)循環(huán)壽命,充放電時(shí)間短等優(yōu)勢(shì)，作為電動(dòng)汽車的一種較理想的輔助或主動(dòng)力源已得到認(rèn)可，超級(jí)電容電動(dòng)汽車將是未來(lái)電動(dòng)汽車開(kāi)發(fā)的重要方向之一。圖5由上海奧威參與的上海11路超級(jí)電容公交電車已經(jīng)正式運(yùn)行3年多，總計(jì)17輛車，總運(yùn)行里程超過(guò)150萬(wàn)km，完成載客680萬(wàn)人次；平均能耗僅為0。98kWh/km（運(yùn)行能耗成本0。7元/km）目前相關(guān)部門正在積極籌劃進(jìn)一步推廣超級(jí)電容公交

32、電車。2010年上海世博會(huì)也將使用36輛超級(jí)電容公交車。超級(jí)電容器與燃油發(fā)動(dòng)機(jī)混合使用，可為車輛提供在起動(dòng)、爬坡、加速等功率突變情況下所需的功率，并可實(shí)現(xiàn)在下坡和制動(dòng)減速時(shí)的能量回收，起到重要的功率平衡作用，使發(fā)動(dòng)機(jī)大部分時(shí)間都處于效率極佳的功率區(qū)間,有效地降低能耗和減少尾氣排放。超級(jí)電容器與蓄電池混合使用，汽車在加速、起動(dòng)、爬坡時(shí)的高功率主要由超級(jí)電容承擔(dān)，汽車減速和制動(dòng)時(shí)的回收能量也主要由超級(jí)電容承擔(dān)，從而使蓄電池免受大電流沖擊，達(dá)到減少蓄電池的體積和延長(zhǎng)蓄電池壽命的目的。此外，超級(jí)電容器還將在小型游覽車、各種特種車輛、重型貨車方面有很好的應(yīng)用。超級(jí)電容器在重型機(jī)械升降、節(jié)能電梯領(lǐng)域、軌道交通電力安全、太陽(yáng)能儲(chǔ)能等多個(gè)領(lǐng)域也具有廣闊的應(yīng)用前景。業(yè)內(nèi)專家預(yù)測(cè)，僅就中國(guó)市場(chǎng)而言,目前的年需求量可達(dá)