新方案用超级电容替换锂电池.ppt

Company Name LOGO LOGO 电化学超级电容原理及应用 莫妍 化工学院 2012207092 超级电容的基本原理 超级电容（supercapacitor），又叫双电层电容(Electrical Doule-Layer Capacitor)、黄金电容、法拉电容，即通过外加电场极化电解质，使电解质中荷电离子分别在带有相反电荷的电极表面形成双电层，从而实现储能。其储能过程是物理过程，没有化学反应，且过程完全可逆，这与蓄电池电化学储能过程不同。 超级电容器是介于电容器和电池之间的储能器件，它既具有电容器可以快速充放电的特点，又具有电池的储能特性。  目录 1、超级电容的原理和特点 2、超级电容的性能指标 3、超级电容与普通物理电容比较 4、超级电容与可充电池比较 5、超级电容的应用 超级电容器的分类 根据使用电极材料的不同可分为两大类： （1）以炭材料为电极，以电极双电层电容的机制储存电荷，本质是静电型能量储存方式，通常被称作双电层电容器(EDLC)。电容量与电极电位和比表面积的大小有关，因而常使用高比表面积的活性碳作为电极材料，从而增加电容量。例如，活性碳的表面积可达1000m2/g，电容量可达100F/g，且碳材料还具有成本低，技术成熟等优点，该类超级电容在汽车上应用也最为广泛。 （2）以二氧化钌或者导体聚合物等材料为阳极，以氧化还原反应的机制存储电荷，通常被称作电化学电容器。与双电层电容器的静电容量相比，相同表面积下超电容器的容量要大 10～100倍 ，因此可以制成体积非常小、容量大的电容器。但由于贵金属的价格高，主要用于军事领域。 超级电容器的优缺点 优点：在很小的体积下达到法拉级的电容量；无须特别的充电电路和控制放电电路；与电池相比过充、过放都不对其寿命构成负面影响；从环保的角度考虑，它是一种绿色能源；超级电容器可焊接，因而不存在像电池接触不牢固等问题 缺点 ：如果使用不当会造成电解质泄漏等现象；和铝电解电容器相比，它内阻较大，因而不可以用于交流电路 超级电容与传统电容的比较 电容是以将电荷分隔开来的方式储存能量的，储存电荷的面积越大，电荷被隔离的距离越小，电容越大。 电容值为： 　C = ε·A / 3.6 πd 　其中A为极板面积，d为介质厚度，ε为相对介电常数 传统电容是从平板状导电材料得到其储存电荷面积的，只有将一很长材料缠绕起来才能获得大的面积，从而获得大的电容。另外传统电容是用塑料薄膜、纸张或陶瓷等将电荷板隔开。这类绝缘材料的厚度不可能做得非常簿。 超级电容是从多孔碳基电极材料得到其储存电荷面积的，这种材料的多孔结构使它每克重量的表面积可达2000平方米。而超级电容中电荷分隔的距离是由电解质中的离子大小决定的，其值小于10埃。超级电容能量密度较传统电容高，但功率密度较之低。 超级电容与电池的比较 超低串联等效电阻，功率密度是锂离子电池的数十倍以上，适合大电流放电，（一枚4.7F电容能释放瞬间电流18A以上） 超长寿命，充放电大于50万次，是Li-Ion电池的500倍，是Ni-MH和Ni-Cd电池的1000倍，如果对超级电容每天充放电20次，连续使用可达68年 可以大电流充电，充放电时间短，对充电电路要求简单，无记忆效应，免维护，可密封 温度范围宽-40℃～+70℃，一般电池是-20℃～60℃ 超级电容应用领域 a.无线通讯----GSM手机通讯时脉冲电源；双向寻呼；??其它数据通讯设备 b.移动电脑----手提数据终端；PDA；其它使用微处??理器的手提设备 c.工业/汽车----智能水表、电表；远程载波抄表；??无线报警系统；电磁阀；电子门锁；脉冲电源；??UPS；电动工具；汽车辅助系统；汽车启动设备 d.消费电子----音响、视频和其它电子产品断电时??须用记忆保持电路的产品；电子玩具；无线电话；??电热水瓶；照相机闪光灯系统；助听器 超级电容在无线通讯中的应用 在无线通讯中，GSM/GPRS无线调制解调器传输数据过程中，需要输出电压3V左右，输出200-300mA的电流脉冲，脉冲时间为秒级，期间还另需要一次达2A的电流脉冲，脉冲时间为毫秒级。 常态脉冲电流供电可由常规型号单体电池实现，而达到2A以上的大电流脉冲则只能依靠超级电容来实现。 超级电容在智能水表中的应用 传统的智能水表，在控制水阀开启和关断时，普遍采用的方法是内装锂电池。锂电池的优点在于重量轻、能量大、自放电率低等。但当电池电量不足时，不能有效监测，将无法可靠的关断水阀，造成无法计费、逃水现象等情况出现。这是内部安装了锂电池的智能水表的致命缺点，直接影响到它的推广和使用。 新方案用超级电容替换锂电池，封装在水表中，同时外接干电池供电。平时干电池提供水表电路所需能量和对超级电容充电；