电化学电容器-第一章概论

1、1电化学电容器电化学电容器Electrochemical Capacitor (EC)华师2第一章 绪论 主要内容主要内容u电容器与电化学电容的概念及原理u电化学电容器的特点u电化学电容器的结构u电化学电容器的分类u电化学电容器的应用3第一章 绪论一 电容器与电化学电容的概念及原理1. 电容器(capacitor) 概念：概念：顾名思义，是装电的容器，是一种容纳电荷的器件。由两片接近并相互绝缘的导体制成的电极组成的储存电荷和电能的器件。 其每伏电压储存电荷的能力称为电容电容（capacitance）结构：结构：两个电极、绝缘电介质45发展的历史： 最早的电容器：莱顿瓶，18世纪中叶 电量的定量

2、化：法拉第定律，Q= I.t 电子的表征及性质测量：电的波粒二象性 金属的电子理论：电容器充放电的机理6概念：概念： 是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能元件。又称作超大容量电容器（Ultracapacitor）和超级电容器（Supercapacitor）。 原理：原理：利用电极表面形成的电双层或发生的二维或准二维法拉第反应储存电能。2. 电化学电容(Electrochemical Capacitor)的概念及原理7 1957年，Becker第一个申请了专利：碳电极双层型，水性电解质 Becker后，美国Sohio公司开始研制非水溶剂碳材料双层电容，获得了较高工作电压 1975-1981年

3、间：Conway等开发了贵金属准电容体系和固体氧化物(如RuO2)准电容体系 现在的商业化电化学电容器产品 军用电化学电容器产品：Pinnacle Research公司电化学电容器的研制历史89我国电化学电容器研制情况：我国电化学电容器研制情况： 起步较晚：上世纪80年代开始注意 90年代后才可以广泛研究 国内主要企业：北京合众汇能科技：核心炭材料技术领先北京集星联合电子科技：产业链较为完哈尔滨巨容新能源锦州凯美能源上海奥威科技开发有限公司 江苏双登集团有限公司 高校： 中南大学(耐普恩+立塬) 哈尔滨工业大学（巨容） 清华大学+渤海大学（吉星+凯美） 复旦大学(奥威) 湖南大学(深圳今朝时代

4、) 10二二. 电化学电容器的特点电化学电容器的特点1. 高能量密度：1-10W.h/kg，是传统电容器的10-100倍。2. 高功率密度：输出功率密度高达数kW/kg，一般蓄电池的数十倍。适用于短时间高功率输出的场合。3. 3. 使用寿命长：其循环寿命可达10万次以上，比电池高10 100倍。4. 使用温度范围宽：可在-40o+70o的温度范围内使用，且容量随温度衰减小。电池在-20o+60o，且低温下衰减快。115充电速度快：可大电流充电，在几十秒内完成。 电池则慢，快速充电则会受到损害6放置时间长：自放电后重新充电可回到原来的状态，几年不变7解决了贮能设备高比功率和高比能量输出之间的矛盾

5、，将它与蓄电池组合起来，就会成为一个兼有高比功率输出的贮能系统。8免维护，环保 1213三三. 电化学电容器的结构电化学电容器的结构 电化学电容器主要由电化学电容器主要由电极电极、电解质电解质和和隔膜隔膜组成组成，其中电极包括电极活性物质和集电极两部分。14集电极的作用：降低电极的内阻集电极的要求：与电极接触面积大，接触电阻小，稳定。集电极的常用材料-根据电解质来选择 钛材料：酸性电解质 镍材料：碱性电解质 铝材料：有机电解质15隔膜的作用：防止两个电极物理接触，同时允许离子通过。隔膜的电阻：与厚度成正比，与孔隙率成反比为了降低电容器的ESP，对隔膜的要求: 超薄 高孔隙率 高强度 隔膜和电解

6、液之间的润湿性常用材料：玻璃纤维和聚丙烯膜16171819202122232425 电化学电容器的主要结构形式26 电化学电容器的主要结构形式27两种结构电容器的优缺点：两种结构电容器的优缺点：纽扣式电容器（Prismatic） 优点：封装密度高，且形状和结构便于多个电容器的串联以得到高电压 缺点：难以容纳大面积电极，且封装外壳需承受较大压力卷绕式电容器（Spiral Wound)：优点：电极易于制备，且可容纳大面积电极缺点：封装密度低，且多个电容单元串联时占用空间较大，难以在较小体积内获得较高工作电压。28四四. 电化学电容器的分类电化学电容器的分类根据储能机理，可分为三类 （1）双电层电容

7、器 （2）法拉第准电容器 （3）混合电容器292. 根据电解液的不同，可分为三类 （1）水系电化学电容器 （2）有机系电化学电解质 （3）全固态电化学电容器303. 根据电极材料的不同，可分为四种 （1）碳电极电容器 （2）金属氧化物电极电容器 （3）导电聚合物电极电容器 （4）复合材料电极电容器314. 根据结构及电极上发生的反应，可分为两类 （1）对称型电化学电容器，其特点是两个电极的组成相同，电极反应相同且反应方向相反。 （2）非对称型电化学电容器，两个电极组成不同或反应不同，例如由n型和p型掺杂的导电聚合物作电极的电化学电容器。32五五. 电化学电容器的应用电化学电容器的应用 根据电容

8、量、放电时间和放电量的大小，主要用作如下四类电源：1. 辅助电源：军用、电动汽车用2. 备用电源：3. 主电源：电动玩具4. 替换电源：与太阳能电池、发光二极管结合，用于路标灯、太阳能手表等3334353637 + 电容器电容器 恒压电路恒压电路 俄国：莫斯科市电容公交车俄国：莫斯科市电容公交车 充电一次行驶充电一次行驶20公里公里 速度速度 25公里公里/小时小时 电容器电容器 950kg， 0.7m3 储能储能 50MJ 可用能可用能 10度电度电 日本：电容自行车日本：电容自行车 充电充电15秒，行驶秒，行驶20公里公里 哈尔滨：哈尔滨： 无轨电车离线行驶的电源无轨电车离线行驶的电源 上

9、海：上海：电容公交车电容公交车38上海电容公交车上海电容公交车39电动车电动车能源能源的的节能节能如果是如果是内燃机内燃机可减小其设计功率，可减小其设计功率，减轻重量，节省油料，降低污染；减轻重量，节省油料，降低污染；如是如是燃料电池燃料电池可减小，可减小， 简化设简化设计计如是如是各种蓄电池各种蓄电池可延长电池寿可延长电池寿命，节省电能。命，节省电能。 40HONDA燃料电池燃料电池/超级电容器小轿车超级电容器小轿车1 回收能量回收能量2 辅助启动辅助启动3 稳定电源稳定电源41日产汽车公司日产汽车公司2002年推出的年推出的超级电容器混合电动卡车超级电容器混合电动卡车4243六 电化学电容器的发展前景 电化学电容器可分为低压产品和高压产品，其发展方向主要如下：低压产品 1. 缩小体积各类电子产品体积的缩小要求电容器必然小型化 2. 降低