超级电容介绍.ppt

超级电容器,理论基础：双电层理论,构成部件：双电极，电解质，集流体，隔离物，外封装,特点：大电容（1-5000F）高能量密度，充放电速度快，循环寿命长,双电层电容器原理,基本原理为：当向电极充电时，处于理想极化电极状态的电极表面电荷将吸引周围电解质溶液中的异性离子，使这些离子附于电极表面上形成双电荷层，构成双电层电容。由于两电荷层的距离非常小（一般0.5nm以下），再加之采用特殊电极结构，使电极表面积成万倍的增加，从而产生极大的电容量。,超级电容器和电子器件中的电容器最主要的不同在于，超级电容器不依赖两个电极间的电介质。因此，电容器分离电荷，而超级电容器通过吸附在电极材料上的离子双电层储存能量。超级电容器中的电化学双层大约比电容器电介质薄1000倍。,计算一个40cm40cm0.0005cm的超级电容器的C,双电层电容器的物理模型,在图2中,Rins代表双电层电容器两极间的绝缘电阻,Rsep代表隔膜电阻,Re代表炭电极间的电阻,R1Rn代表等效串联电阻,C1Cn代表炭电极中的各个电容,Ran表示电极与集电极的引线电阻。其中参数的大小取决于多种因素,例如电极材料的电阻率、电解质的电阻率、电极孔的大小、隔膜的性质和包装技术(电极的浸入、集电极和电极的连接电特性)等。,由于溶液的不良导电性,实际上溶液侧的电荷在空间中是分散的。基于这种考虑,Gouy提出了溶液侧的电荷分散分布的Gouy模型(图1)。电荷分散在电极表面附近的液层中,称为扩散层,它的区域是从x=d到剩余电荷为零;该区间内的电位分布是非线性变化的,电位差为1。,Gouy模型,所以，认为有效的d为5nm,超级电容器的大电容量主要来源于两个方面,1.碳电极的超大比表面积,2.正负电荷层层间分子级别的间距,问题：1、如果将电解液电解质替换成固体电解质，怎么保证电极的超大比表面积2、能不能在电极和电解液层面之间添加一些更高介电常数的电解质,固体电解质,也称超离子导体,有时又叫做固体电解质它区别于一般离子导体的最基本特征是在一定的温度范围内具有能与液体电解质相比拟的离子电导率(0.01cm)和低的离子电导激活能(0.40eV)。1834年M.法拉第首先观察到AgS中的离子传输现象。但当时尚不能理解这一发现的意义。1935年发现AgI在147C从低温相转变到高温相时，电导率增加了四个数量级，这个相变是由一般离子导体到快离子导体的相变。1961年合成了第一个室温快离子导体AgSI。1967年前后相继发现了具有实用价值的快离子导体RbAgI和NaAIO1978年又发现了室温铜离子导体RbCu16ICl13。,用Na-AlO作电解质的钠-硫电池具有比铅酸电池高45倍的能量密度,国内外超级电容器的水平和发展趋势,2007年，美国EEstor公司做出了陶瓷超级电容器，钡钛酸盐粉末纯化达到99.9994%，,也有Econd公司产品为典型代表的多层叠片串联组合而成的高压超级电容器，可以达到300V以上的工作电压。,钛酸钡介质材料，有人能把介质常数做到30万,高能镍碳超级电容器，是基于镍碳等新材料的高效率电容，将活性碳材料引入镍氢电池负极，使普通超级电容器与电池结合为一体，它的研制成功实现了中国大陆在纯电动车动力电源研究的突破。2011年9月1日，天津市人民政府在天津大礼堂召开高能镍碳超级电容器产品新闻发布会宣布研制成功，产品由中国工程院周国泰院士团队研发，定名“高能镍碳超级电容器”。,2014年，MaxwellTechnologies公司推出采用工业标准D电池单元尺寸的超级电容BCAP0350，尺寸为33(直径)61.5mm，容值达350F，储能密度为3.906W/g，BCAP0350的工作温度范围在-40至65之间，额定电压为2.5V，额定电流20A，内部电阻3.2毫欧，泄漏电流1mA，具有抗反向电阻，寿命超过50万次。该电容可提供高功率脉冲放电，能通过任意能源快速充电。,超级电容器通常耐压为2.5-3V，也有耐压为1.6V的产品。主要有美国、德国、日本、韩国、俄罗斯和中国等国家生产。比较知名的公司有：Maxweii、Epcos、Nesscep、ELNA、NEC、松下等。我国有锦州超容等企业，从容量上看有机系的国外达到2.7V/5000F，国内的锦州超容接近这一水平。体积在逐年减小，120F/2.7V已做到直径20毫米高40毫米，3F/2.7V直径8毫米高20毫米。ESR在小容量中接近0.3.F