詳解：超級電容器儲能技術(shù)及其應用

　　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(lái)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)被轉讓給NEC電氣公司，該公司從1979年開(kāi)始生產(chǎn)超級電容器，1983年率先推向市場(chǎng)。20世紀80年代以來(lái)，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(diǎn)，現已引起廣大科研工作者極大興趣。

　　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(lái)存儲能量的一種新型電子元件。當電極和電解液接觸時(shí)，由于庫侖力、分子間力或者原子間力的作用，使固液界面出現穩定的、符號相反的兩層電荷，稱(chēng)為界面雙電層。這種電容器的儲能是通過(guò)使電解質(zhì)溶液進(jìn)行電化學(xué)極化來(lái)實(shí)現的，并沒(méi)有產(chǎn)生電化學(xué)反應，這種儲能過(guò)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(jiǎn)稱(chēng)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(jìn)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，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(guò)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)越性表現為：①功率密度高。超級電容器的內阻很小，而且在電極/溶液界面和電極材料本體內均能實(shí)現電荷的快速儲存和釋放。②充放電循環(huán)壽命長(cháng)。超級電容器在充放電過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生電化學(xué)反應，其循環(huán)壽命可達萬(wàn)次以上。③充電時(shí)間短。完全充電只需數分鐘。④實(shí)現高比功率和高比能量輸出。⑤儲存壽命長(cháng)。⑥可靠性高。超級電容器工作中沒(méi)有運動(dòng)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，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(diǎn)戰略研究項目。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(yáng)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(dòng)汽車(chē)重大專(zhuān)項(2001)超級電容器課題。以下介紹超級電容器儲能技術(shù)的應用現狀。

　　3.1電車(chē)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(mǎn)足電車(chē)在起動(dòng)、加速、爬坡時(shí)對功率的需求，可以作為混合型電動(dòng)車(chē)的加速或起動(dòng)電源。美國通用汽車(chē)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)混合電源系統和串聯(lián)電源系統用在汽車(chē)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(cháng)蓄電池的使用壽命。

　　2004年7月，我國首輛超級電容器公交車(chē)及其快速充電候車(chē)站系統投入試運行。該系統解決了無(wú)軌電車(chē)帶來(lái)的視覺(jué)污染、機動(dòng)性差和規劃難等問(wèn)題，以零排放、低噪聲的性能，改善了公交汽車(chē)尾氣排放給城區帶來(lái)的空氣污染，并避免了傳統蓄電池的二次污染，延長(cháng)了使用壽命。

　　3.2電子類(lèi)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，而且還可以用在衛星上。衛星上使用的電源多是由太陽(yáng)能與電池組成的混合電源，一旦裝上了超級電容器，衛星的脈沖通訊能力定會(huì )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(dòng)工具和玩具這些需要快速充電的設備來(lái)說(shuō)，超級電容器無(wú)疑是一個(gè)很理想的電源。文獻[4]介紹了在移動(dòng)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，將主要用來(lái)與其他電源混合組成電源，同時(shí)還可以用于短時(shí)功率后備，用于保護存儲器數據。文獻[5]研究了利用雙電層電容器作為可植入醫療器械的救急電源，由于雙電層電容器不需要過(guò)渡充放電保護電路以及使用壽命長(cháng)，將替代傳統電池。