超級電容器：性能優(yōu)越的儲能器件

　　根據超級電容器的結構及電極上發(fā)生反應， 又可分為以下2種如果兩個(gè)電極的組成相同且電極反應相同，反應方向相反，則被稱(chēng)為對稱(chēng)型。碳電極雙電層電容器，貴金屬氧化物電容器即為對稱(chēng)型電容器。如果兩電極組成不同或反應不同，則被稱(chēng)為非對稱(chēng)型，由可以進(jìn)行n型和p 型摻雜的導電聚合物作電極的電容器即為非對稱(chēng)型電容器，其性能表現形式更接近蓄電池，表現出更高的比能量和比功率。

　　根據超級電容器的電解質(zhì)來(lái)分，又可分為以下2種：

　　超級電容器的最大可用電壓由電解質(zhì)的分解電壓所決定。電解質(zhì)可以是水溶液（如強酸或強堿溶液）也可是有機溶液（如鹽的質(zhì)子惰性溶劑溶液）。用水溶液體系可獲得高容量及高比功率（因為水溶液電解質(zhì)電阻較非水溶液電解質(zhì)低，水溶液電解質(zhì)電導為10- 1~10- 2S·cm - 1，而非水溶液體系電導則為10- 3~10- 4S·cm - 1）選用有機溶液體系則可獲得高電壓（因為其電解質(zhì)分解電壓比水溶液的高，有機溶液分解電壓約3.5V，水溶液則為1.2V），從而也可獲得高的比能量。

　　四、超級電容的應用

　　超級電容器產(chǎn)品雖然問(wèn)世不久而且相對較少，但由于它具有特殊的優(yōu)點(diǎn)，在許多領(lǐng)域獲得應用，其前景是十分光明的。

　　混合型電動(dòng)車(chē)的加速或啟動(dòng)電源

　　由Maxwell Technolog ies公司生產(chǎn)的Power Cache超級電容器，已由通用汽車(chē)公司AllisONTransm ission Division組成并聯(lián)混合電源系統和串聯(lián)電源系統用在貨車(chē)和汽車(chē)上。Allison期望Maxwell超級電容有6年以上的使用壽命。跟相應的蓄電池組比起來(lái)，超級電容的儲能裝置重量只有前者的1/3，體積只有前者的1/2.

　　ISE Resarch - Th und er Volt公司也將Parer Cach e 超級電容器用于其新開(kāi)發(fā)的重型混合電力推進(jìn)系統Th und er Pack.該系統是將149 個(gè)Maxwell的PC2500超級電容器裝到一個(gè)用風(fēng)扇冷卻的鋁套內。每個(gè)貯能堆可以貯存或釋放150kW 的電力，雙連體可達到300kW ，完全滿(mǎn)足了大型汽車(chē)或卡車(chē)加速時(shí)的需求。第一個(gè)Th und er堆交給拉斯維加斯的Nevada大學(xué)做混合動(dòng)力車(chē)試驗。

　　將蓄電池與超級電容結合起來(lái)，他們的優(yōu)點(diǎn)可以互補，成為一個(gè)極佳的貯能系統。Maxwell公司和Exid e 公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)這一組合系統，用于卡車(chē)低溫起動(dòng)、中型和重型卡車(chē)、陸上和地下的軍事用車(chē)，它在大電流以及高低溫條件下工作，都會(huì )有很長(cháng)的壽命。

　　優(yōu)秀的貯能裝置

　　現有超級電容器產(chǎn)品，它不僅已經(jīng)用作光電功能電子表和計算機貯存器等小型裝置電源，而且還可以用于固定電站。在邊遠缺電地區，超級電功容器可以和風(fēng)力發(fā)電裝置或太陽(yáng)能電池組成混合電源，使無(wú)風(fēng)或夜間也可以提供足夠的電源。衛星上使用的電源多是由太陽(yáng)能電池與鎘鎳電池組成的混合電源，一旦裝上了超級電容器，那么衛星的脈沖通訊能力一定會(huì )得到改善。此外，由于它具有快速充電的特性，那么相對于電動(dòng)玩具這種需要快速充電的設備來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是一個(gè)理想電源。

　　USP系統和應急電源

　　當今的USP系統大多使用鉛蓄電池作為電能存儲裝置。由于它的充電接受能力遠不如超級電容器，在頻繁停電的情況下使用時(shí)，就會(huì )因為長(cháng)期充電不足而使電池硫酸鹽化，從而縮短使用壽命。

　　超級電容器可以在數分鐘之內充足電，就完全不會(huì )受頻繁停電的影響。此外，在某些特殊情況下，超級電容器的高功率密度輸出特性，會(huì )使它成為良好的應急電源。例如在煉鋼廠(chǎng)的高爐冷卻水是不允許中斷的，都備有應急水泵電源。一旦停電，超級電容器可以立即提供很高的輸出功率啟動(dòng)柴油發(fā)電機組，向高爐和水泵供電，確保高爐安全生產(chǎn)。

　　軍事領(lǐng)域大有作為

　　美國軍方對超級電容器用于重型卡車(chē)、裝甲運兵車(chē)及坦克很感興趣。Maxwell公司正在向Osh kosh 汽車(chē)公司提供的PowerCach e 超級電容器，為美國軍方制造H EMTT LMS概念車(chē)。所用的動(dòng)力就是該公司生產(chǎn)的Pro Pulse混合電力推進(jìn)系統。

　　激光探測器或激光武器需要大功率脈沖電源；若為移動(dòng)式的，就必須有大功率的發(fā)電機組或大容量的蓄電池，而其重量和體積會(huì )使激光武器的機動(dòng)性大大降低。超級電容器可以高功率輸出并可在很短時(shí)間內充足電，顯然是一個(gè)極佳的電源。

　　用超級電容器對氫能燃料電池進(jìn)行補償是其在軍事領(lǐng)域一個(gè)很重要的應用。

　　PEMFC 發(fā)電技術(shù)以其高效、清潔、重量輕、體積小、工作溫度低等優(yōu)點(diǎn)，在人防指揮工程中有著(zhù)極其廣闊的應用前景。但是無(wú)論采取哪種供電方式，都必須將PEMFC發(fā)電機發(fā)出的不穩定直流電變換為穩定的直流電，才能供給負載或逆變器使用。而PEMFC發(fā)電機的動(dòng)態(tài)特性在發(fā)生負載突增時(shí)表現出明顯的電壓瞬時(shí)跌落，使后續的DC/DC和DC/AC發(fā)生保護而無(wú)法正常工作。采用超級電容器對PEMFC發(fā)電機的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行補償，可以去掉突增負載時(shí)的電壓跌落尖峰，改善發(fā)電機的動(dòng)態(tài)輸出性能，為后續的直流負載和DC/AC提供穩定的直流電壓。

　　五、超級電容器的前景

　　目前，國外（特別是美國、日本）對超級電容器的研究重點(diǎn)主要在于如何提高超級電容器的儲能密度以滿(mǎn)足電動(dòng)車(chē)等應用，其研究?jì)热萆婕暗叫虏牧系难邪l(fā)、制作工藝方法改進(jìn)等。國內對超級電容器的研究則剛剛起步，目前只有少數企業(yè)可以工業(yè)化生產(chǎn)活性炭類(lèi)超級電容器，所需要做的工作還很多。

　　雖然超級電容器在應用中顯示出強大的生命力，但是也要看到，目前的超級電容器在電能儲存方面與電池相比還有一定的差距，因此怎樣提高單位體積內的儲能密度是目前超級電容器領(lǐng)域的一個(gè)研究重點(diǎn)和難點(diǎn)。

　　應該說(shuō)制作工藝與技術(shù)的改進(jìn)是提高超級電容器儲存電能能力的一個(gè)行之有效的方法，這種方法包括“雜化”超級電容技術(shù)。但從長(cháng)遠來(lái)看，尋找新的電極活性材料才是根本所在，但同時(shí)這也是難點(diǎn)所在。超級電容器越來(lái)越輕、供電能力越來(lái)越強的目標實(shí)現必須借助一些高新技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應用，如納米技術(shù)等，只有這樣，超級電容器的前景才會(huì )越來(lái)越光明。