超級電容電池原理_超級電容電池續航時間

2020-12-06 電子發燒友

　　超級電容電池原理

　　超級電容器電池又叫雙電層電容器（Electrical Double-Layer Capacitor）是一種新型儲能裝置，它具有充電時間短、使用壽命長、溫度特性好、節約能源和綠色環保等特點。超級電容器用途廣泛。用作起重裝置的電力平衡電源，可提供超大電流的電力；用作車輛啟動電源，啟動效率和可靠性都比傳統的蓄電池高，可以全部或部分替代傳統的蓄電池；用作車輛的牽引能源可以生產電動汽車、替代傳統的內燃機、改造現有的無軌電車；用在軍事上可保證坦克車、裝甲車等戰車的順利啟動（尤其是在寒冷的冬季）、作為雷射武器的脈衝能源。此外還可用於其他機電設備的儲能能源

　　超級電容器由於石油資源日趨短缺，並且燃燒石油的內燃機尾氣排放對環境的汙染越來越嚴重（尤其是在大、中城市），人們都在研究替代內燃機的新型能源裝置。已經進行混合動力、燃料電池、化學電池產品及應用的研究與開發，取得了一定的成效。但是由於它們固有的使用壽命短、溫度特性差、化學電池汙染環境、系統複雜、造價高昂等致命弱點，一直沒有很好的解決辦法。而超級電容器以其優異的特性揚長避短，可以部分或全部替代傳統的化學電池用於車輛的牽引電源和啟動能源，並且具有比傳統的化學電池更加廣泛的用途。正因為如此，世界各國（特別是西方發達國家）都不遺餘力地對超級電容器進行研究與開發。

　　其中美國、日本和俄羅斯等國家不僅在研發生產上走在前面，而且還建立了專門的國家管理機構（如：美國的USABC、日本的SUN、俄羅斯的REVA等），制定國家發展計劃，由國家投入巨資和人力，積極推進。就超級電容器技術水平而言，目前俄羅斯走在世界前面，其產品已經進行商業化生產和應用，並被第17屆國際電動車年會（EVS—17）評為最先進產品，日本、德國、法國、英國、澳大利亞等國家也在急起直追，目前各國推廣應用超級電容器的領域已相當廣泛。在我國推廣使用超級電容器，能夠減少石油消耗，減輕對石油進口的依賴，有利於國家石油安全；有效地解決城市尾氣汙染和鉛酸電池汙染問題；有利於解決戰車的低溫啟動問題。目前，國內主要有10餘家企業在進行超級電容器的研發

　　超級電容器是建立在德國物理學家亥姆霍茲提出的界面雙電層理論基礎上的一種全新的電容器。眾所周知，插入電解質溶液中的金屬電極表面與液面兩側會出現符號相反的過剩電荷，從而使相間產生電位差。那麼，如果在電解液中同時插入兩個電極，並在其間施加一個小於電解質溶液分解電壓的電壓，這時電解液中的正、負離子在電場的作用下會迅速向兩極運動，並分別在兩上電極的表面形成緊密的電荷層，即雙電層，它所形成的雙電層和傳統電容器中的電介質在電場作用下產生的極化電荷相似，從而產生電容效應，緊密的雙電層近似於平板電容器，但是，由於緊密的電荷層間距比普通電容器電荷層間的距離更小得多，因而具有比普通電容器更大的容量。

　　超級電容電池特點

　　（1）充電速度快，只要充電幾十秒到幾分鐘就可達到其額定容量的95%以上；而現在使用面積最大的鉛酸電池充電通常需要幾個小時。

　　（2）循環使用壽命長，深度充放電循環使用次數可達50萬次，如果對超級電容每天充放電20次，連續使用可達68年。如果相應地和鉛酸電池比較， 它的使用壽命可達68年， 且沒有「記憶效應」。

　　（3）大電流放電能力超強，能量轉換效率高，過程損失小，大電流能量循環效率≥90%；

　　（4）功率密度高，可達300W/kg~5000W/kg，相當於普通電池的數十倍；比能量大大提高，鉛酸電池一般只能達到200W/kg，而超級電容電池目前研發已可達10 KW/kg，

　　（5）產品原材料構成、生產、使用、儲存以及拆解過程均沒有汙染，是理想的綠色環保電源；

　　（6）充放電線路簡單，無需充電電池那樣的充電電路，安全係數高，長期使用免維護；

　　（7）超低溫特性好，使用環境溫度範圍寬達-40℃～+70℃；

　　（8）檢測方便，剩餘電量可直接讀出；

　　（9）單體容量範圍通常0.1F--3400F 。

　　超級電容電池續航時間

　　在研究電池技術的人很多，但是能夠走下實驗室，在市場上廣泛推廣的沒有，我們依然在使用傳統的鋰電池。

　　近日，美國中佛羅裡達大學的科學家們研發出一種超級電容器電池原型，這種電池能夠反覆充電3萬次。

　　如果電池能夠成功研發出來，這意味著超快充電池的續航將是當前鋰電池的20倍。換句話說就是，你可以在幾秒之內給手機充電，然後一整個星期都不需要再給手機充電。

　　這種超級電容器電池之所以能夠如此快速的充電，主要是因為它將電存儲在材料表面，而非通過化學反應再存儲。超級電容電池快用存儲大量電子。

　　大部分人在研究電池的時候會使用石墨，美國中佛羅裡達大學選擇了另外一種方案——2D金屬材料，這種材料只有2個原子的厚度，圍繞著一些小小的導電線纜，這些線纜使得電子能夠從核心快速向外殼移動。這種解決方案使得電池不僅能夠實現快速充電，而且密度大，能量多。

　　聽起來非常美好，和其他電池技術一樣有發展前景，希望它不要像其他技術一樣遲遲不能應用到市場中。

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