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超級(jí)電容器匯總第1頁(yè)/共83頁(yè)目錄1

概念2特點(diǎn)3分類4結(jié)構(gòu)5

制作工藝6性能指標(biāo)7應(yīng)用8生產(chǎn)廠家超級(jí)電容器第2頁(yè)/共83頁(yè)概念1第3頁(yè)/共83頁(yè)4超級(jí)電容器的概念什么是超級(jí)電容器?超級(jí)電容器(supercapacitor)是指相對(duì)傳統(tǒng)電容器而言具有更高容量的一種電容器。通過極化電解質(zhì)來儲(chǔ)存能量。超級(jí)電容器是介于電容器和電池之間的儲(chǔ)能器件,它既具有電容器可以快速充放電的特點(diǎn),又具有電池的儲(chǔ)能特性。1第4頁(yè)/共83頁(yè)特點(diǎn)2第5頁(yè)/共83頁(yè)6超級(jí)電容器的特點(diǎn)超級(jí)電容器的八大特點(diǎn)電容量大可任意并聯(lián)增加電容量工作溫度范圍寬快速充電大電流放電免維護(hù),環(huán)保等效串聯(lián)電阻相對(duì)常規(guī)電容大充放電壽命長(zhǎng)2第6頁(yè)/共83頁(yè)分類3第7頁(yè)/共83頁(yè)8超級(jí)電容器的分類3導(dǎo)電聚合物超級(jí)電容器雙電層電容器靜電作用(helmholtz雙電層

)儲(chǔ)能法拉第贗電容器電化學(xué)作用(

法拉第反應(yīng))儲(chǔ)能活性炭碳?xì)饽z碳納米管石墨烯金屬氧化物混合型超級(jí)電容器靜電和電化學(xué)作用共同儲(chǔ)能對(duì)稱型電極復(fù)合電極材料非對(duì)稱型電極贗電容+雙電層電極可充電電池型第8頁(yè)/共83頁(yè)93-1雙電層電容器(a)充電-++++++------+++++++------(b)放電++---+---+-+++雙電層電容原理由于正負(fù)離子在固體電極和電解液之間的表面上分別吸附,造成兩固體電極之間的電勢(shì)差,從而實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)。充電時(shí),在固體電極上電荷引力的作用下,電解液中的陰陽(yáng)離子分別聚集在兩個(gè)固體電極的表面。放電時(shí),陰陽(yáng)離子離開固體電極的表面,返回電解液本體。其儲(chǔ)能過程是物理過程,沒有化學(xué)反應(yīng)且過程完全可逆,這與蓄電池電化學(xué)儲(chǔ)能不同3第9頁(yè)/共83頁(yè)103-1雙電層電容器雙電層電容的優(yōu)缺點(diǎn)(1)壽命長(zhǎng),能維持?jǐn)?shù)百萬個(gè)充電循環(huán)的壽命;

(2)每個(gè)周期的平均成本低;

(3)良好的可逆性;

(4)充電和放電率非常高;

(5)非常低的內(nèi)部電阻和隨之而來的高周期效率(95%以上)和極低的放熱;

(6)高輸出功率;

(7)比功率高;

(8)使用無腐蝕性的電解質(zhì)和低毒性的材料,提高了安全性;

(9)簡(jiǎn)單的充電方法,不必進(jìn)行過充檢測(cè),因?yàn)闆]有過充的可能。(1)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的超級(jí)電容器每單位重量?jī)?chǔ)存的能量一般較低;

(2)高自放電率,大大高于電化學(xué)電池;(3)非常低的內(nèi)部電阻允許極快速放電時(shí),容易導(dǎo)致隔膜破裂從而發(fā)生短路。33優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)第10頁(yè)/共83頁(yè)113-2法拉第贗電容器法拉第贗電容器也叫法拉第準(zhǔn)電容,是在電極表面活體相中的二維或三維空間上,電極活性物質(zhì)進(jìn)行欠電位沉積,發(fā)生高度可逆的化學(xué)吸附或氧化還原反應(yīng),產(chǎn)生與電極充電電位有關(guān)的電容。這種電極系統(tǒng)的電壓隨電荷轉(zhuǎn)移的量呈線性變化,表現(xiàn)出電容特征,故稱為“準(zhǔn)電容”,是作為雙電層型電容器的一種補(bǔ)充形式。法拉第贗電容3第11頁(yè)/共83頁(yè)123-2法拉第贗電容(a)充電A–C+A–A–A–C+C+C+C+A–A–C++–A–C+A–A–A–C+C+C+C+A–A–C++–(b)放電

充電時(shí),電解液中的離子在外加電場(chǎng)的作用下向溶液中擴(kuò)散到電極/溶液界面,而后通過界面的電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)入到電極表面活性氧化物的體相中;若電極材料是具有較大比表面積的氧化物,就會(huì)有相當(dāng)多的這樣的電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生,大量的電荷就被存儲(chǔ)在電極中。放電時(shí)這些進(jìn)入氧化物中的離子又會(huì)重新回到電解液中,同時(shí)所存儲(chǔ)的電荷通過外電路釋放出來。3機(jī)理第12頁(yè)/共83頁(yè)13法拉第贗電容的優(yōu)缺點(diǎn)3-2法拉第贗電容器3法拉第贗電容器優(yōu)點(diǎn):

在電極面積相同的情況下,法拉第贗電容器的比電容是雙電層電容器的10-100倍,同時(shí)具有較大的比容量和能量密度。法拉第贗電容器缺點(diǎn):

由于電極反應(yīng)牽涉到了化學(xué)反應(yīng)過程,往往會(huì)有不可逆的成分在,所以可逆性和循環(huán)性能相對(duì)較差。第13頁(yè)/共83頁(yè)143-3混合型超級(jí)電容器3法拉第贗電容雙電層電容一極采用傳統(tǒng)的電池電極并通過電化學(xué)反應(yīng)來儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化能量,另一極則通過雙電層來儲(chǔ)存能量的一種超級(jí)電容器。定義:混合型超級(jí)電容器是電容器研究的熱點(diǎn)。在超級(jí)電容器的充放電過程中正負(fù)極的儲(chǔ)能機(jī)理不同,因此其具有雙電層電容器和電池的雙重特征?;旌闲统?jí)電容器的充放電速度、功率密度、內(nèi)阻、循環(huán)壽命等性能主要由電池電極決定,同時(shí)充放電過程中其電解液體積和電解質(zhì)濃度會(huì)發(fā)生改變。第14頁(yè)/共83頁(yè)153-3混合型超級(jí)電容器3鋰離子電容器結(jié)構(gòu)圖第15頁(yè)/共83頁(yè)163-3混合型超級(jí)電容器3鋰離子電容器機(jī)理電解液中的Li+嵌入到石墨層間形成嵌鋰石墨,同時(shí),電解液中的陰離子則吸附在活性炭正極表面形成雙電層。Li+從負(fù)極材料中脫出回到電解液中,正極活性炭與電解液界面間產(chǎn)生的雙電層解離,陰離子從正極表面釋放,同時(shí)電子從負(fù)極通過外電路到達(dá)正極。充電放電第16頁(yè)/共83頁(yè)17三種超級(jí)電容器對(duì)比3雙電層電容器法拉第贗電容器混合超級(jí)電容器優(yōu)點(diǎn)工作溫度范圍寬溫度變化小功率密度高安全性高壽命高已商業(yè)化能量密度大工作溫度范圍寬能量密度高安全性高壽命高缺點(diǎn)電壓低能量密度低成本高自放電大功率密度低電壓低除RuO2外研究中成本最高產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)中溫度變化大功率密度低成本較高三種超級(jí)電容器的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比第17頁(yè)/共83頁(yè)結(jié)構(gòu)4第18頁(yè)/共83頁(yè)19超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器結(jié)構(gòu)電極電解液隔膜導(dǎo)電劑粘結(jié)劑集流體無機(jī)電解液有機(jī)電解液離子電解液電極材料4第19頁(yè)/共83頁(yè)20超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)集流體電極材料電解液隔膜超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)示意圖4第20頁(yè)/共83頁(yè)21超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器的電極材料電極材料實(shí)例雙電層電容器炭材料活性炭碳納米管碳?xì)饽z石墨烯法拉第贗電容器導(dǎo)電聚合物聚苯胺聚吡咯聚乙炔金屬氧化物RuO2MnO2V2O544第21頁(yè)/共83頁(yè)224-1超級(jí)電容器的電極材料1.活性炭?jī)?yōu)勢(shì):1、成本低2、比表面積高3、實(shí)用性強(qiáng)4、生產(chǎn)制備工藝成熟5、高比容量,能達(dá)到500F/g,一般為200F/g性能影響因素:1、炭化、活化條件,高溫處理2、孔分布情況3、表面官能團(tuán)4、雜質(zhì)研究趨勢(shì):材料復(fù)合,降低成本4第22頁(yè)/共83頁(yè)234-1超級(jí)電容器的電極材料2.碳納米管多壁納米管優(yōu)點(diǎn):高導(dǎo)電率,比功率高,單壁納米管缺點(diǎn):比表面積小,成本高。因此一般作為添加劑使用4第23頁(yè)/共83頁(yè)244-1超級(jí)電容器的電極材料3.碳?xì)饽z碳?xì)饽z制備方法:甲醛、間二苯酚以Na2CO3催化熱凝凝膠丙酮置換無水凝膠液體CO2置換超臨界干燥氣凝膠炭化碳?xì)饽z優(yōu)點(diǎn):電子導(dǎo)電性好缺點(diǎn):制備工藝復(fù)雜

所用藥品毒性較大4第24頁(yè)/共83頁(yè)254-1超級(jí)電容器的電極材料4.石墨烯石墨烯(Graphene)是由碳原子構(gòu)成的只有一層原子厚度的二維晶體,碳原子之間相互連接成六角網(wǎng)格。鉛筆里用的石墨就相當(dāng)于無數(shù)層石墨烯疊在一起。什么是石墨烯?4第25頁(yè)/共83頁(yè)264-1超級(jí)電容器的電極材料4.石墨烯石墨烯超級(jí)電容器為基于石墨烯材料的超級(jí)電容器的統(tǒng)稱。由于石墨烯獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)和出色的固有的物理特性,諸如異常高的導(dǎo)電性和大比表面積,石墨烯基材料在超級(jí)電容器中的應(yīng)用具有極大的潛力。石墨烯基材料與傳統(tǒng)的電極材料相比,在能量?jī)?chǔ)存和釋放的過程中,顯示了一些新穎的特征和機(jī)制。什么是石墨烯超級(jí)電容器?4第26頁(yè)/共83頁(yè)274-1超級(jí)電容器的電極材料4.石墨烯石墨烯超級(jí)電容器的優(yōu)缺點(diǎn)大功率具有非常高的電導(dǎo)率104~106S/m非常大的比表面積~2675m2/g超大的楊氏模量~1TPa超強(qiáng)的斷裂強(qiáng)度~130GPa石墨烯層間易堆積,降低了比表面積,同時(shí)也阻礙了電解液進(jìn)入電極表面。快速充放電循環(huán)穩(wěn)定性強(qiáng)價(jià)格較貴,5000元/g優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)4第27頁(yè)/共83頁(yè)284-1超級(jí)電容器的電極材料4.石墨烯超薄平面石墨烯超級(jí)電容器更能有效發(fā)揮石墨烯片層的雙電層作用新型設(shè)計(jì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)層層堆疊阻礙石墨烯片層的雙電層作用的發(fā)揮石墨烯電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4第28頁(yè)/共83頁(yè)石墨烯上生長(zhǎng)納米晶體Ni(OH)2比電容高達(dá)1335Fg-1,并具有良好的電容保持特性石墨烯上生長(zhǎng)聚吡咯電化學(xué)沉積聚吡咯,比電容高達(dá)1510Fg-1,面積比電容為151mFcm?2

石墨烯/贗電容材料復(fù)合電極4-1超級(jí)電容器的電極材料4.石墨烯4第29頁(yè)/共83頁(yè)304-1超級(jí)電容器的電極材料4.石墨烯層次化聚苯胺納米線/石墨烯石墨烯/贗電容材料復(fù)合電極a)b)4第30頁(yè)/共83頁(yè)RuO2納米粒子/石墨烯4-1超級(jí)電容器的電極材料4.石墨烯石墨烯/贗電容材料復(fù)合電極4第31頁(yè)/共83頁(yè)4-1超級(jí)電容器的電極材料法拉第贗電容對(duì)金屬化合物的要求要求高比表面—高比容量低電阻率—高比功率化學(xué)穩(wěn)定性—長(zhǎng)壽命高純度—減少自放電價(jià)格低—便于推廣使用4第32頁(yè)/共83頁(yè)4-1超級(jí)電容器的電極材料三種主要的贗電容器電極材料貴金屬廉價(jià)金屬導(dǎo)電聚合物1.貴金屬RuO2電容性能的研究(1)使用硫酸作為電解液,容量高,功率大,成本高。(2)熱分解氧化法比容量為380F/g,溶膠凝膠法為768F/g。2.添加W、Gr、Mo、V、Ti等的氧化物(1)降低成本(2)復(fù)合后性能提高1.

MnO2材料溶膠凝膠法制得的MnO2水合物在KOH溶液中的比容量為689F/g2.

NiO材料溶膠凝膠法制得的多孔NiO比容量為265F/g3.多孔V2O5水合物比容量為350F/g)(在KCl溶液中)4.

Co3O4干凝膠1.研究情況聚苯胺、聚對(duì)苯、聚吡咯、聚并苯、聚噻吩、聚乙炔、聚亞安酯等2.性能特點(diǎn)可快速充放電、溫度范圍寬、不污染環(huán)境3.存在的問題(1)穩(wěn)定性差(2)循環(huán)性能較差4WO3/RuO2比容量高達(dá)560F/gRu1-xGrxO2比容量高達(dá)840F/g第33頁(yè)/共83頁(yè)4-1超級(jí)電容器的電極材料導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和集流體導(dǎo)電劑:導(dǎo)電炭黑、乙炔黑和導(dǎo)電石墨。粘結(jié)劑:羧甲基纖維素鈉(CMC)、羧基丁苯膠乳(SBR)和聚偏氟乙烯(PVDF)。集流體:鈦材料(酸性電解液)、鎳材料(堿性電解液)和鋁材料(有機(jī)/離子電解液)。4第34頁(yè)/共83頁(yè)4-2超級(jí)電容器的電解液性能要求電解液4第35頁(yè)/共83頁(yè)4-2超級(jí)電容器的電解液堿性電解液(KOH等)。四氟硼酸甲基三乙基銨(MeEt3NBF4)按照電解液的類型可以分為水系電解液和有機(jī)系電解液水系電解液中性電解液(NaSO4等)酸性電解液(H2SO4等)有機(jī)/離子電解液四氟硼酸四乙基銨(Et4NBF4)4第36頁(yè)/共83頁(yè)4-2超級(jí)電容器的電解液有機(jī)系超級(jí)電容器和水系超級(jí)電容器的特性對(duì)比有機(jī)系超級(jí)電容器水系超級(jí)電容器特性1.多孔炭材料2.不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)3.能承受接近3V電壓4.高功率、大充放電電流5.靜電儲(chǔ)存電荷6.適合大電流放電,不影響壽命7.寬溫度范圍-40℃--70℃8.因不存在化學(xué)反應(yīng),壽命高,可達(dá)100萬次1.金屬氧化物2.發(fā)生化學(xué)反應(yīng)3.電壓范圍與金屬氧化物有關(guān),通常小于2V4.低功率、較小充放電電流5.正負(fù)極間發(fā)生電荷離子轉(zhuǎn)移,本質(zhì)是感應(yīng)電流6.大電流放電導(dǎo)致產(chǎn)品老化,氣脹7.窄工作溫度范圍,低溫性能差8.因存在化學(xué)反應(yīng),壽命低,一般為20萬次4第37頁(yè)/共83頁(yè)4-2超級(jí)電容器的電解液有機(jī)系超級(jí)電容器的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)具有較高的分解電壓電容器的過充會(huì)導(dǎo)致有毒的揮發(fā)性物質(zhì)產(chǎn)生,同時(shí)也會(huì)使電容器的儲(chǔ)電能力顯著下降甚至消失較高的能量密度較高的電化學(xué)穩(wěn)定性耐高壓有機(jī)電解液應(yīng)該盡量避免水的存在,水的存在會(huì)導(dǎo)致電容器性能的下降,自放電加劇產(chǎn)品使用壽命長(zhǎng)工作溫度范圍寬4第38頁(yè)/共83頁(yè)4-2超級(jí)電容器的電解液水系超級(jí)電容器的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)較高的電導(dǎo)率較低的功率內(nèi)阻低較小的充放電電流電解質(zhì)分子直徑較小,容易與微孔充分浸漬大電流會(huì)導(dǎo)致器件老化,產(chǎn)生氣化膨脹,引起電解液泄漏價(jià)格便宜產(chǎn)品使用壽命低4第39頁(yè)/共83頁(yè)4-3超級(jí)電容器的隔膜日本高度紙業(yè)(NKK公司)和美國(guó)Celgard公司1.用于小型超級(jí)電容器的無紡布隔膜(扣式)規(guī)格厚度范圍(μm)應(yīng)用材料MPF30~300低自放電扣式P.P.聚丙烯2.用于大型超級(jí)電容器的纖維素隔膜(卷繞式或疊層式)規(guī)格厚度范圍(μm)應(yīng)用材料TF4030,35,50,60,70低ESR型Cellulose纖維素TF4530,35,40,50,60,低自放電型TF4840,50日本高度紙業(yè)(NKK公司)4第40頁(yè)/共83頁(yè)制作工藝5第41頁(yè)/共83頁(yè)超級(jí)電容器的制作工藝5磨料行星球磨機(jī)攪拌真空攪拌機(jī)涂布涂膜機(jī)輥壓輥壓機(jī)模切半自動(dòng)極片模切機(jī)疊片半自動(dòng)疊片機(jī)焊接極耳超聲波極耳金屬點(diǎn)焊機(jī)壓制電芯熱平壓機(jī)頂側(cè)封裝熱封裝機(jī)注液注液機(jī)靜置真空靜置箱預(yù)封真空預(yù)封機(jī)二次封口真空封裝機(jī)切邊氣動(dòng)切邊機(jī)折邊真空折邊機(jī)燙邊燙邊機(jī)測(cè)試超電測(cè)試儀軟包超級(jí)電容器制作工藝流程圖第42頁(yè)/共83頁(yè)超級(jí)電容器的制作工藝5圓柱形超級(jí)電容器制作工藝流程圖磨料行星球磨機(jī)攪拌真空攪拌機(jī)涂布涂膜機(jī)輥壓輥壓機(jī)分條自動(dòng)分條機(jī)卷繞手動(dòng)卷繞機(jī)焊接極耳超聲波極耳金屬點(diǎn)焊機(jī)壓制電芯熱平壓機(jī)頂側(cè)封裝熱封裝機(jī)注液注液機(jī)靜置真空靜置箱預(yù)封真空預(yù)封機(jī)二次封口真空封裝機(jī)切邊氣動(dòng)切邊機(jī)折邊真空折邊機(jī)燙邊燙邊機(jī)測(cè)試超電測(cè)試儀第43頁(yè)/共83頁(yè)性能指標(biāo)6第44頁(yè)/共83頁(yè)超級(jí)電容器的性能指標(biāo)6性能指標(biāo)額定容量額定電壓額定電流漏電流循環(huán)壽命能量密度功率密度等效串聯(lián)電阻自放電第45頁(yè)/共83頁(yè)超級(jí)電容器的性能指標(biāo)6額定容量以規(guī)定的恒定電流(如1000F以上的超級(jí)電容器規(guī)定的充電電流為100A,200F以下的為3A)充電到額定電壓后保持2-3分鐘,在規(guī)定的恒定電流放電條件下放電到端電壓為零所需的時(shí)間與電流的乘積再除以額定電壓值。額定電壓

可使用的最高安全電壓。在最低環(huán)境溫度和額定環(huán)境溫度下可連續(xù)加在電容器的最高直流電壓有效值,一般直接標(biāo)注在電容器外殼上(如2.3V、2.5V、2.7V),如果工作電壓超過電容器的耐壓,電容器擊穿,造成不可修復(fù)的永久損壞。額定電流5秒內(nèi)放電到額定電壓一半的電流。功率密度單位質(zhì)量的輸出功率。P=V2/(4m*RESR)(V為超級(jí)電容器的工作電壓窗口,m為活性材料的質(zhì)量,RESR為等效串聯(lián)電阻)第46頁(yè)/共83頁(yè)超級(jí)電容器的性能指標(biāo)6自放電與自漏電本質(zhì)上是一樣的,針對(duì)超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu),相當(dāng)于在電容內(nèi)部是正極和負(fù)極之間有一條高阻電流通道,這就是意味著在電容充電的時(shí)候,同時(shí)會(huì)有一個(gè)額外的附加電流,當(dāng)在充電是時(shí)候,我們可以將此電流當(dāng)成漏電流;當(dāng)移去充電電壓后,同時(shí)電容沒有連接負(fù)載,這個(gè)電流使電容處于放電狀態(tài),此時(shí)我們將此電流看成自放電電流。為了可靠地測(cè)量漏電流或者放電電流,電容必須被連續(xù)充電72小時(shí)以上,這同樣是由電容的結(jié)構(gòu)決定的。自放電能量密度單位質(zhì)量活性材料的能量,E=0.5CV2(C為活性材料的比容量,V為超級(jí)電容器的工作電壓窗口)。第47頁(yè)/共83頁(yè)超級(jí)電容器的性能指標(biāo)6循環(huán)壽命

20秒充電到額定電壓,恒壓充電10秒,10秒放電到額定電壓的一半,間歇時(shí)間:10秒為一個(gè)循環(huán)。一般可達(dá)500000次。壽命終了的標(biāo)準(zhǔn)為電容量低于額定容量20%,等效串聯(lián)電阻增大到額定值的1.5倍。循環(huán)壽命通過恒電流充放電測(cè)試,根據(jù)恒流充放電曲線可計(jì)算出比容量,由此可得到比容量與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系。

等效串聯(lián)電阻電容器的實(shí)際電流與電壓的周期性變化不取決于頻率,而是超出了90度的相角關(guān)系。這是因?yàn)樽杩故怯呻娙菖c電阻結(jié)合,使得低于90度的相角增大,且與頻率相關(guān)。其電阻成分表示為等效串聯(lián)電阻,包括電解質(zhì)電阻和接觸電阻。等效串聯(lián)電阻可以通過交流阻抗技術(shù)(EIS)測(cè)量,即是一種以小振幅的正弦波電壓(或電流)為擾動(dòng)信號(hào),測(cè)定其響應(yīng)電流(或電壓)信號(hào)的電化學(xué)測(cè)量方法,為電化學(xué)暫態(tài)技術(shù)。第48頁(yè)/共83頁(yè)應(yīng)用7第49頁(yè)/共83頁(yè)超級(jí)電容器的應(yīng)用7公用電器、工業(yè)及醫(yī)療電器:(用作小功率器件的電源)稅控機(jī)、控制器(溫度控制器)、觸摸屏、攝像頭、掃描儀、投影儀、考勤鐘、計(jì)數(shù)器、顯示屏、彩票機(jī)、銀行終端、公汽讀卡器、身份識(shí)別、復(fù)印機(jī)、打印機(jī)、X光機(jī)、磁共振、道釘機(jī)、電焊機(jī)、皮帶機(jī)、激光器、礦燈、工業(yè)儀表、雷管、電動(dòng)工具網(wǎng)絡(luò)通訊:(中型模組、模塊、工作時(shí)間不是很長(zhǎng)的、瞬間工作的)電腦、電話、手機(jī)、信息終端、通訊站、GPS、電力數(shù)據(jù)傳輸風(fēng)光發(fā)電:風(fēng)力發(fā)電、變漿、接收轉(zhuǎn)換、太陽(yáng)能發(fā)電(儲(chǔ)能)、太陽(yáng)能燈(警示燈、標(biāo)識(shí)燈、道釘燈、地埋燈)、太陽(yáng)能手電交通工具:摩托車啟動(dòng)、機(jī)車啟動(dòng)、電動(dòng)汽車輔助動(dòng)力、汽車啟動(dòng)、電動(dòng)自行車輔助動(dòng)力、汽車音響、車載監(jiān)控后備電源:開關(guān)柜、直流屏、負(fù)荷調(diào)整電源、故障定位、變頻器、脈沖電源、應(yīng)急燈、救生繩、報(bào)警器、卷簾門、與電池配套電源、斷電保護(hù)能量回收:吊車、礦井、機(jī)車、電梯、抽油機(jī)軍工:戰(zhàn)斗機(jī)、軍車、坦克、雷達(dá)、精準(zhǔn)炮彈、激光炮、電磁炮、警棍第50頁(yè)/共83頁(yè)7-1電動(dòng)/混合動(dòng)力城市客車7提高混合電力、燃料電池的動(dòng)力效率電容用于大量“停走”,加速期間或爬山時(shí)適用于觀光車,市內(nèi)公交車,機(jī)場(chǎng)等每輛車用8-12只48V模塊延長(zhǎng)電池壽命提供大電流放電及停剎車能量回收第51頁(yè)/共83頁(yè)7-2太陽(yáng)能領(lǐng)域的應(yīng)用7太陽(yáng)能道釘燈太陽(yáng)能地磚燈太陽(yáng)能交通警示燈太陽(yáng)能浮標(biāo)燈太陽(yáng)能光伏產(chǎn)品種類很多,適合使用超級(jí)電容器的有太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能→電能夜間太陽(yáng)能燈照明第52頁(yè)/共83頁(yè)7-3玩具7第53頁(yè)/共83頁(yè)77-4IT產(chǎn)品無線節(jié)能鼠標(biāo).免用電池,無廢電池污染問題

.采用超級(jí)電容,充電迅速(90~240秒)

.充飽一次電可以使用60~240分鐘

.充放電次數(shù)>500,000次

.使用27.042MHz免認(rèn)證無線頻段

.256組隨機(jī)隨機(jī)數(shù)配對(duì)碼

.采用磁性連接充電,方便迅速對(duì)位

.充電電力供應(yīng)使用一般USB(5V/500mA)埠

.有效傳送范圍;約3尺(1米)

.每秒擷取圖像1,700次

.每秒位傳輸速度4.8k(bps)

.分辨率800/1000cpi,每秒最高位移24.9inches

.自動(dòng)安裝,無需額外驅(qū)動(dòng)程序

無線手寫板SSD固態(tài)硬盤FeatureofEnterprisemodeldesignSDRAMtocacheFAT+Data.NeedPowerbackuptoflushtoNAND第54頁(yè)/共83頁(yè)7-5應(yīng)急照明儲(chǔ)能系統(tǒng)7為了確保應(yīng)急照明燈具有節(jié)電、高亮度、長(zhǎng)壽命和不間斷性,采用由直流電源供電的半導(dǎo)體照明燈LED。采用LED燈后,節(jié)約了大量的電能,維修費(fèi)用,同時(shí)也確保了照明質(zhì)量。采用超級(jí)電容器作為儲(chǔ)能元件,確保了應(yīng)急照明燈的超長(zhǎng)壽命和免維護(hù)、可靠性強(qiáng)燈特性。超級(jí)電容取代鋰電池,免維護(hù),免換電,壽命特長(zhǎng).超高可靠性﹐不會(huì)擔(dān)心電池實(shí)效失去電源﹐適合應(yīng)用在要求較高場(chǎng)合﹒提供全整方案.

市電充電控制電路7珠白光LED放電電路開關(guān)UC第55頁(yè)/共83頁(yè)7-6電動(dòng)工具7無繩電動(dòng)螺絲刀–充電90秒產(chǎn)品主要針對(duì)不長(zhǎng)用業(yè)余用家,但需要快速電及突然大量使用充滿可安裝22只螺絲,用電池可安裝37只螺絲但充電時(shí)間為90秒,電池需要30分鐘以上.如果需要安裝100只螺絲,要等電池充電,超級(jí)電容可不斷快速充電.50萬次充放電壽命,沒有電池般記憶效應(yīng),一輩子不用更換電池.ColemanFlashcellScrewdriver($80)thisultracapacitor-poweredcordlessscrewdrivercanberechargedinjust90seconds,andits“battery”willlastalifetime.

第56頁(yè)/共83頁(yè)7-7再生能源—削峰填谷7引入超級(jí)電容器使系統(tǒng)具有夠大的過載能力.電容器有快速充電特性,充電的電源范圍0-52V,可以充分吸收短時(shí)間隙的強(qiáng)大風(fēng)能,及微小風(fēng)能/太陽(yáng)能條件下的能量.充電及控制器保證系統(tǒng)在微風(fēng)的條件吸收的能量在低壓情況下向蓄電池充電.充電效率高達(dá)85%.PwPavg將劇烈波動(dòng)的能量變成較平滑的能量輸入rectifierFILTERPutility120V/240V50/60HzGnd第57頁(yè)/共83頁(yè)7-8風(fēng)光儲(chǔ)新能源上網(wǎng)系統(tǒng)7DVR(動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償)-40oC冷儲(chǔ)存新能源延長(zhǎng)蓄電池壽命第58頁(yè)/共83頁(yè)7-9醫(yī)療器械7便攜電源超級(jí)電容器可以作為便攜式除顫器的放電電容。由電容所提供的大脈沖能量約為200-360J,單方向通過電極的全部電流加到病人身上。發(fā)達(dá)國(guó)家的一些公共場(chǎng)合開始采用便攜式除顫器,這樣可以盡早地挽救生命。其中的儲(chǔ)能電容器以采用超級(jí)電容器為最佳方案,如400J儲(chǔ)能僅需25F即可,即使按100F計(jì)算,其體積也僅僅為Φ25*45mm。由于超級(jí)電容器的電壓很低,可以使用超級(jí)電容模組或用功率變換器將電壓提高到需要的水平。PaceMaker心臟起搏器,用超級(jí)電容加小馬達(dá)充電,永久不用更換電池.第59頁(yè)/共83頁(yè)7-10電動(dòng)自行車7+安裝于電動(dòng)自行車上與24V鉛酸電池并聯(lián)使用10只2.7V220F超級(jí)電容最高電壓27V重量非常輕:38克/電容冷起動(dòng):-40oC快速充電:2分鐘內(nèi)腳踏和滑行能量回收效率為90%.電池只有30%.延長(zhǎng)電池壽命達(dá)一倍,環(huán)保超級(jí)電容:充放電壽命為50萬次第60頁(yè)/共83頁(yè)7-11電梯71)重型門

2)修理時(shí)期動(dòng)力供給

3)動(dòng)力平衡

4)減少電梯系統(tǒng)電纜1)用于到達(dá)下一層

2)用于打開門

3)用于呼叫和照明系統(tǒng)分布式電源應(yīng)急電源第61頁(yè)/共83頁(yè)7-12航空航天7為開啟門提供爆發(fā)動(dòng)力,16x56FUCs使用壽命25年,140,000飛行小時(shí)已經(jīng)通過空中客車公司資質(zhì)證明,于2004年測(cè)試已交付多于100k100F產(chǎn)品設(shè)計(jì)變成140F產(chǎn)品每個(gè)A380上緊急啟動(dòng)16個(gè)門,2個(gè)長(zhǎng)期使用的登機(jī)門,14個(gè)應(yīng)急門。Airbus空中客車公司已證明的解決方案。在地面上,正常操作和緊急操作時(shí),門必須被打開在飛行時(shí),門必須被關(guān)上并鎖緊滑道必須在緊急情況被需要的時(shí)候膨脹工作峰值負(fù)載60A待機(jī)時(shí)間8小時(shí),(要求低自放電)可預(yù)測(cè)的充電級(jí)別,充電狀態(tài)持續(xù)監(jiān)視門控制器冗余電源限制質(zhì)量和體積第62頁(yè)/共83頁(yè)能量存儲(chǔ)系統(tǒng):獨(dú)立的工作方式或設(shè)計(jì)在車輛能量系統(tǒng)中Timet1車輛制動(dòng)時(shí)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)會(huì)將制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的能量?jī)?chǔ)存起來Timet2車輛起動(dòng)、加速時(shí)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)會(huì)傳遞所需的能量應(yīng)用:車輛加速時(shí),分時(shí)傳遞制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的能量方案:可采用獨(dú)立工作方式,也可設(shè)計(jì)在車輛本身的能量系統(tǒng)中優(yōu)點(diǎn):通過減少主能源的消耗從而降低實(shí)際使用成本HHH獨(dú)立工作方式能量存儲(chǔ)系統(tǒng)7-13輕軌和地鐵能量回收系統(tǒng)7第63頁(yè)/共83頁(yè)7-14碼頭/貨柜吊機(jī)7柴油發(fā)動(dòng)機(jī)與超級(jí)電容結(jié)合使用外形尺上減小一半由超級(jí)電容提供峰值功率能量自動(dòng)補(bǔ)充減少維護(hù)成本第64頁(yè)/共83頁(yè)7-15電動(dòng)汽車7(1.6L/100km)為電機(jī)啟動(dòng)提供強(qiáng)大的啟動(dòng)力矩吸收馬達(dá)制動(dòng)過程中產(chǎn)生的能量保護(hù)蓄電池過放電,延長(zhǎng)使用壽命提高電動(dòng)機(jī)車性能,如加速、制動(dòng)等超級(jí)電容器能在短時(shí)間內(nèi)提供和吸收大的功率,而且能量回收率高、充放電次數(shù)高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、工作溫度區(qū)域?qū)挘贿m合頻繁加速和減速的城市交通工況。超級(jí)電容器價(jià)格相對(duì)電池要便宜,適合低成本方案盡管超級(jí)電容器比能量較低,但是可以通過控制策略的研究,合理地進(jìn)行能量分配。第65頁(yè)/共83頁(yè)7-16電動(dòng)游覽車7技術(shù)參數(shù):電機(jī)輸出功率:5.0kW充電器配置:150A/90V超級(jí)電容器組件:組件構(gòu)成:180只單體。組件額定電壓:90V組件工作電壓區(qū)間:90V-55V基本使用工況:100%充電時(shí)間:≤10分鐘,其后需恒壓充

電5分鐘100%充放電循環(huán)壽命:≥50000次續(xù)駛里程:20km(100%充電后,時(shí)速30km/h,工作電流30A)第66頁(yè)/共83頁(yè)生產(chǎn)廠家8第67頁(yè)/共83頁(yè)超級(jí)電容器的生產(chǎn)廠家8

國(guó)外主要生產(chǎn)廠家:

德國(guó)——

EPCOSAG

韓國(guó)——

Nesscap

美國(guó)——

Maxwell,CooperIndustries

俄羅斯——

ESMA,ACOND

日本——

Nipponchemi-Con,Elna,NEC-Tokin,

MatsushitaElecronicComponents,Ltd第68頁(yè)/共83頁(yè)8-1外國(guó)生產(chǎn)廠家—德國(guó)8

EPCOSAG

生產(chǎn)大、中型,C/有機(jī)電解液/C,品種多單體電容器:電壓:2.3V、2.5V電容:5F~5000F

電容器模塊:電壓:14、28、42、56、75V電容:3.3F~600F產(chǎn)品特點(diǎn):電極工藝活性炭涂布電極和活性炭纖維電極。

內(nèi)阻低、功率密度大;循環(huán)壽命50萬次。主要用途:自動(dòng)儀表、數(shù)碼相機(jī);電動(dòng)車、起重機(jī)、

叉車、升降機(jī)、工業(yè)機(jī)器人、工業(yè)UPS等

第69頁(yè)/共83頁(yè)8-2外國(guó)生產(chǎn)廠家—韓國(guó)8

Nesscap

生產(chǎn)大、中型,C/有機(jī)電解液/C

單體電容器:電壓:2.3V、2.7V電容:3F~5000F

產(chǎn)品特點(diǎn):電極工藝采用活性炭涂布法。綜合性能最好。中型:比能量:4.1wh/kg,比功率10.1kw/kg;大型:比能量4.4wh/kg,比功率5.2kw/kg

主要用途:汽車音響—改善音質(zhì);太陽(yáng)能照明和風(fēng)能的儲(chǔ)存電源等

第70頁(yè)/共83頁(yè)8-3外國(guó)生產(chǎn)廠家—美國(guó)8

Maxwell

美國(guó)主要的超級(jí)電容器生產(chǎn)商,生產(chǎn)大、中型,

C/有機(jī)電解液/CPC(Powercache)系列:?jiǎn)误w電壓:2.5V

方型電容:4~2500F

BCAP系列:?jiǎn)误w電壓:2.5V

圓柱型電容:8~2600F,

主要用途:中型主要用于計(jì)算機(jī)和通訊系統(tǒng)的備用電源;大型電容器主要用于電動(dòng)汽車和其它運(yùn)輸車,工業(yè)用大型UPS

第71頁(yè)/共83頁(yè)8-3外國(guó)生產(chǎn)廠家—美國(guó)8Cooperindustries

生產(chǎn)中、小型,C/有機(jī)電解液/C

商標(biāo)號(hào):Powerstor,有四個(gè)系列產(chǎn)品A、B、P、F

超級(jí)電容器:電壓:2.5V、3.6V、5V、12V、24V電容:0.22F~50F

產(chǎn)品特點(diǎn):電極材料碳?xì)饽z。內(nèi)阻小,能提供高功率充放電。主要用途:電子設(shè)備的信息存儲(chǔ),移動(dòng)通訊等

第72頁(yè)/共83頁(yè)8-4外國(guó)生產(chǎn)廠家—俄羅斯

8ESMA

生產(chǎn)大型C/KOH/Ni(OH)2混合型單體電容器:電壓:1.3V、1.6V

啟動(dòng)型電容器:比能量約3wh/kg,比功率約2kw/kg牽引型電容器:比能量約10wh/kg,比功率0.6kw/kg主要用途:電動(dòng)公交車、混合電動(dòng)車等第73頁(yè)/共83頁(yè)8-5外國(guó)生產(chǎn)廠家—日本8

Elna生產(chǎn)中、小型,C/有機(jī)電解液/C

商標(biāo)號(hào):Dynacap電容器:電壓:2.5

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