超级电容器的发展与应用-杨院士-南通江海
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超级电容器的主要应用领域超级电容器发展展望:超级电容器也叫做电化学电容器,是介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置,比容量为传统电容器的20~200倍,比功率一般大于1000W/kg,循环寿命大于100000次,可储蓄的能量比传统电容要高得多,并且充电快速。
由于它们的使用寿命非常长,可被应用于终端产品的整个生命周期。
而且超级电容器对环境无污染,可以说,超级电容器是一种高效、实用、环保的能量储蓄装置。
当高能量电池和燃料电池与超级电容器技术相结合时,可实现高比功率、高比能量特性和长的工作寿命。
近年来,由于超级电容器在新能源领域所表现出的朝阳产业趋势,许多发达国家都已经把超级电容器项目作为国家重点研究和开发项目,超级电容器的国内外市场正呈现出前所未有的蓬勃景象。
依照美国国家能源局的数据预测,超级电容器在全球市场的容量预计将从2007年的4亿美元发展到2013年的120亿美元(见下图1),其中,在电动汽车/新能源汽车领域的市场规模有望在2013年达到40亿美元,在消费电子领域的市场规模有望在2013年达到30亿美元,在工业(风力发电、轨道交通、重型机械等)领域的市场规模有望在2013年达到40亿美元。
根据中商情报预测,截至2014年,我国超容产业的增长率都在30%以上。
超级电容器的主要应用领域:1.超级电容器在太阳能能源系统中的应用太阳能源的利用最终归结为太阳能利用和太阳光利用两个方面。
太阳能发电分为光伏发电和光热发电,其中光伏发电就是利用光伏电池将太阳能直接转化为电能。
光伏发电不论在转化效率、设备成本和发展前景尚都远远强于光热发电。
自从实用型多晶硅的光伏电池问世以来,世界上就便开始了太阳能光伏发电的应用。
目前,太阳能光伏发电系统有三个发展方向:独立运行、并网型和混合型光伏发电系统。
在独立运行系统中,储能单元一般是必须有的,它能将由日照时发出的剩余电能储存起来供日照不足或没有日照时使用。
目前,国际光伏能源产业的需求开始由边远农村和特殊应用向并网发电与建筑结合供电的方向发展,光伏发电已有补充能源向替代能源过渡。
超级电容器的原理及应用超级电容器,是一种能储存大量电能并且能够快速放电的电子元件。
它在电子领域中应用广泛,能够提供大电流,具有快速充放电特性,而且寿命长、体积小等优点。
本文将详细介绍超级电容器的原理及应用。
超级电容器的原理:超级电容器的工作原理其实很简单,在超级电容器中有两个电极,它们之间由电解质隔开。
当电容器充电时,正极电极会吸收电子,而负极电极则会失去电子,这样就形成了电压差。
当需要放电时,正负极电极之间的电子会快速流动,使得电容器迅速放出储存的电能。
1.电动车辆:超级电容器可以用于电动汽车及混合动力汽车的能量回收系统中。
在车辆减速或制动时,电动机会成为发电机,将动能转化为电能,并存储在超级电容器中。
当车辆需要加速时,超级电容器可以迅速释放储存的能量,提供给电动机,从而减轻电池的负担,延长电池的使用寿命。
2.工业设备:超级电容器也被广泛应用于工业设备中,特别是需要进行瞬时大电流输出的设备。
正常电池无法提供足够的电流以满足这些设备的需求,而超级电容器可以在短时间内提供高达几十安培的电流输出,能够满足工业设备的需要。
3.可穿戴设备:随着智能可穿戴设备的普及,对于电池的体积和重量要求越来越高。
超级电容器因为体积小,重量轻而被广泛应用于智能手表、智能眼镜等可穿戴设备中,能够为这些设备提供可靠的能量支持。
4.风能储能:超级电容器也可以用于风力发电系统的能量存储。
风能是一种不稳定的能源,风力发电系统在风大的时候会产生超出负荷的电能,而风小的时候又无法满足负荷需求。
超级电容器可以在风力充足时存储多余的能量,风力不足时释放储存的能量,平衡系统的供需关系。
超级电容器点燃储能新亮点新能源领域市场规模呈现快速增长目前,我国超级电容器在许多应用领域还处于成长和起步阶段。
随着应用开发的不断深入,我国超级电容器将成为化学电源领域新的亮点。
交通运输用超级电容器市场规模占比最大,预计2025年有望达到100亿元。
同时,工业用、新能源用超级电容器等领域市场规模也呈现快速增长。
2018年超级电容器被列入国家专项扶持重点项目,并且入选新兴产业重点产品。
工信部、发改委、科技部出台了一系列专项政策,明确对超级电容器以及新材料领域给予支持,这表明超级电容器产业迎来了很好的发展机遇,预示着未来的增长前景。
超级电容作为核心基础零部件,在加快经济发展,服务社会民生方面,发挥着越来越重要的作用。
不久前,在广西北海市召开的超级电容器技术及产业国际论坛暨产业年会上,中国工程院院士杨裕生指出,“储能器件种类很多,各有特色,要充分发挥超级电容器的优势,继续开拓其他储能器件难以竞争的应用领域。
提高电容器的比能量是我们超级电容界的梦想。
”2018年我国在高电压石墨烯电容器技术方面取得了一些可喜的突破,为进一步提高双电层电容器的体积能量密度,提供了有益的思路,值得产业化探索。
同时,许多企业正在中国超级电容产业联盟倡导的第四类超级电容器——电池型电容器的应用上下功夫。
工信部对超级电容这个新领域也非常重视,给予了大力支持,中国超级电容产业联盟正在积极制订相关标准,这些都是非常正确的发展方向。
新的亮点行业据工业和信息化部科技司巡视员毕开春介绍,近年来,随着我国加快实施制造强国和网络强国战略,深入推进制造业创新中心、智能制造、绿色制造等重大工程,新技术、新产业、新业态、新模式竞相涌现。
以高能量、低成本、节能环保为主要特点的超级电容器研发成功并走向市场,有力支撑新能源汽车、先进轨道交通装备等新兴产业的快速发展,引领传统产业优化升级、实现高质量发展。
与此同时,随着新技术的迭代创新,市场期望超级电容器拥有更大的电容量、更高的能量、更宽的工作范围以及更长的使用寿命,这也为超级电容器的产业发展迎来宝贵契机。
超级电容器的发展及应用作者:杨淳冰来源:《中国科技纵横》2020年第07期摘要:超级电容器因具有循环寿命长、容量大、污染小,可快速进行充/放电等优点,在电子、军事、新能源等高新技术领域得到广泛应用。
其性能主要由电极和电解质的性能水平决定。
鉴于此,本篇文章综合概述了超级电容器的发展历程,并浅析了超级电容器中的关键技术,即对电极材料和电解质的相关理论和应用进行探究,由此延伸出超级电容器在高新技术领域的具体应用。
关键词:超级电容器;性能水平;发展历程;具体应用中图分类号:TM53 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2020)07-0093-021超级电容器的历史发展电容器最早出现是在18世纪中叶,莱顿瓶被公认为所有电容器的鼻祖。
1957年,美国人Becker获得了双电层电容器的专利,为超级电容器的发展奠定了基础。
20世纪60年代,超级电容器不断推陈出新,并于80年代逐渐走向市场。
1969年美国标准石油公司(SOHIO)首次实现了碳材料电化学电容器的商业化。
1979年日本NEC公司将超级电容器推向市场,引起人们广泛关注。
20世纪90年代,俄罗斯的Econd 公司和Elit公司又推出了適合于大容量、高功率场合的电化学电容器。
如今,Panasonic、NEC、EPCOS、Maxwell等公司在超级电容器方面的研究均非常活跃,美国、日本、俄罗斯仍处于世界领先地位。
与国外相比,我国超级电容器的研究起步较晚,始于上世纪90年代末。
2008年之前,电极技术曾一度制约了我国超级电容器行业的发展。
但随着核心电极技术的突破,国内相关企业又从高分子科学角度出发,自主研发干法电极技术,为中国汽车行业的超级电容应用和干法电极电池的发展奠定了坚实基础。
在超级电容的电解液方面,我国很多厂家已经占据了主导地位。
有些公司正在研究将新型材料与特定的加工工艺相结合,来改善现有电解液的缺点,以进一步提升超级电容器的工作性能,拓展新的应用领域[1]。
超级电容器的原理及应用一、原理:超级电容器(Supercapacitor)又称为超级电容器或超级电容器电池,它是一种特殊的电容器,其存储能量量级为焦耳级别,远高于普通电容器的毫焦耳级别。
超级电容器具有快速充电和放电、长寿命、高循环稳定性等特点,适合于需要高能量密度和高功率密度的应用场合。
观察超级电容器的内部结构,其由两个锰氧化物电极板和一个电介质隔离层组成,锰氧化物电极板表面没有铝箔覆盖,其间以100nm的间距排列,从而即可达到高电容电极表面积的效果。
电介质隔离层由聚丙烯的多层膜组成。
在正极板和负极板之间的介质薄膜壁具有极高的介电常数,因此能够将电场强度扩展到导电性電解質中。
因此,超级电容器具有更高的比容量和能量密度。
二、应用:超级电容器可广泛应用于电子、汽车、医疗等领域。
以下是具体的应用:1. 电子产品:可广泛应用于移动物联网、消费电子等领域。
例如,可用于数码相机、MP3等数码产品,为其提供性能更加卓越的电源。
2. 汽车研发:超级电容器可以在汽车领域应用到停车制动能量回收系统、发动机启动、辅助动力系统等方面。
比如,在刹车时,能够以更为高效的方式回收能量,提高储能系统的效率,在加速时则能够减少电池的功率消耗,从而延长电池使用寿命。
同时,超级电容器还能在车辆制动、起动和交通噪声的减少方面发挥重要作用。
3. 医疗器械:在呼吸机、心脏起搏器等医疗领域中,超级电容器可以减小器械的尺寸同时增加器械的能量输出。
4. 其他领域:超级电容器还可广泛应用于军事领域、能源行业、新能源领域及航空航天等领域。
超级电容器的原理及应用超级电容器(supercapacitor)又称电化学双层电容器,是一种能够储存和释放大量电荷的电子元件。
它的工作原理是利用电化学双层或者伪电容效应来存储电荷。
与传统的电容器相比,超级电容器具有能量密度高、循环寿命长、充放电速度快等优点,因此在许多领域都有着广泛的应用。
超级电容器的原理主要是基于电化学双层效应和伪电容效应。
电化学双层效应是指当电极表面与电解质中的电离物质接触时,会形成一个电荷分布较宽的双层电容。
这个双层电容主要由电极表面的电子层和电解质中的离子层组成,能够存储大量的电荷。
而伪电容效应则是指在电极表面发生化学反应的情况下,会导致电荷的储存和释放,形成伪电容。
超级电容器由电极、电解质和隔膜三部分组成。
电极一般使用活性炭或者氧化铈等材料,具有大表面积和良好的导电性;电解质则是具有高离子导电性的溶液或者凝胶;隔膜则起到隔离电极和阻止电解质混合的作用。
超级电容器在能量储存和释放方面有着独特的优势。
它能够在短时间内实现高效的充放电,这意味着超级电容器可以迅速释放储存的能量,满足一些瞬态负载需求;超级电容器的循环寿命长,可以进行上百万次的充放电循环,这使得它在一些需要频繁充放电的场合具有明显的优势;超级电容器的能量密度虽然不及传统的化学电池,但是随着材料和结构的不断优化,能量密度也在不断提高,目前已经可以满足很多应用的需求。
超级电容器在许多领域都有着广泛的应用。
在汽车领域,超级电容器可以作为辅助能源储存装置,为车辆提供起动、加速和制动时的能量支持,从而提高燃油利用率和降低尾气排放;在电力系统中,超级电容器可以用来进行功率平衡和瞬态能量补偿,提高系统的稳定性和可靠性;在可再生能源领域,超级电容器可以作为储能设备,平衡太阳能和风能等间歇性能源的输出;在电子产品中,超级电容器可以作为备用电源,确保设备在断电情况下能够正常工作;在航天航空领域,超级电容器可以用来储存航空器的制动能量,延长飞行时间;在工业自动化领域,超级电容器可以用来提供紧急停机的能量支持,确保设备和人员的安全。
超级电容器性能原理及应用本文摘自: 电池论坛() 详细出处请参考:/thread-209320-1-1.html超级电容器是在19世纪60、70年代率先在美国出现,并于80年代实现市场化的一种新型的储能器件,具有超级储电能力。
它兼具普通电容器的大电流快速充放电特性与电池的储能特性,填补了普通电容器与电池之间比能量与比功率的空白。
超级电容器被称为是能量储存领域的一次革命,并将会在某些领域取代传统蓄电池。
超级电容器性能超级电容器的能量密度是传统电容器的几百倍,功率密度高出电池两个数量级,很好地弥补了电池比功率低、大电流充放电性能差和传统电容器能量密度小的缺点。
图1:超级电容器性能优势图超级电容器与铅酸、镍氢和锂电池相比,在自放电、能量密度和能量成本方面显现不足,但在效率、快充特性、温度范围、安全性、功率成本、功率密度、寿命方面,超级电容器有着其他电池不可超越的优势。
超级电容器是一种无污染的新型储能装置,寿命超长(1-50万次)、安全可靠、储能巨大,是一种理想的储能装置,具体特性如下:1、高循环寿命,循环寿命可达50万次以上,合计10年,远超电池理论上的最大循环2000-5000次;2、快速充电特性,由于不存在电能转化化学能的化学反应,充电10秒-10分钟,可达到其额定容量95%以上;3、高功率密度特性,具有优越的动力特性,可达300W/kg~5000W/kg,相当于电池的5-10倍;能较好地满足车辆在启动、加速、爬坡时对瞬间大功率的要求;4、大电流放电能力超强,过程损失小;大电流是电池的几十倍;5、超低温特性好,温度范围宽-40℃~+70℃;而一般电池是-20℃~+60℃;6、无污染,安全可靠,超级电容器是绿色能源(活性炭),不污染环境,是理想的绿色环保电源;7、全寿命免维护:超级电容器采用全密封结构,没有水分等液体挥发,在使用过程中全寿命不需要维护;8、相符成本地,超级电容器价格比铅酸电池高1倍,但寿命比电池高10倍。