電容電池的詳細(xì)介紹

電容電池實(shí)際上就是一個(gè)電容器，只是由于其容量比通常的電容器大得多，對(duì)外表現(xiàn)和電池相同，因此取名“電容電池”，也有稱作“超級(jí)電容”。
電容電池的特點(diǎn)：
（1）充電速度快，充電10秒～10分鐘可達(dá)到其額定容量的95％以上；
（2）循環(huán)使用壽命長(zhǎng)，深度充放電循環(huán)使用次數(shù)可達(dá)1~50萬次，沒有“記憶效應(yīng)”；
（3）大電流放電能力超強(qiáng)，能量轉(zhuǎn)換效率高，過程損失小，大電流能量循環(huán)效率≥90%；
（4）功率密度高，可達(dá)300W/KG~5000W/KG，相當(dāng)于普通電池的5~10倍；
（5）產(chǎn)品原材料構(gòu)成、生產(chǎn)、使用、儲(chǔ)存以及拆解過程均沒有污染，是理想的綠色環(huán)保電源；
（6）充放電線路簡(jiǎn)單，無需充電電池那樣的充電電路，安全系數(shù)高，長(zhǎng)期使用免維護(hù)；
（7）超低溫特性好，溫度范圍寬-40℃～+70℃；
（8）檢測(cè)方便，剩余電量可直接讀出；
（9）容量范圍通常0.1F--1000F。
新穎的超級(jí)電容電池
生產(chǎn)和生活最常見的鉛蓄電池，可將電能通過化學(xué)反應(yīng)儲(chǔ)藏起來，到另一個(gè)場(chǎng)合或另一時(shí)段使用。鉛蓄電池雖然造價(jià)較低，但也有相應(yīng)的弱點(diǎn)，諸如能量轉(zhuǎn)換效率較低、電池反復(fù)充放電易老化導(dǎo)致使用壽命短、比能量（Wh/kg）和比功率（W/kg）小使設(shè)備笨重、充電時(shí)間長(zhǎng)等；現(xiàn)在我們?cè)谑謾C(jī)上使用的鋰離子電池，雖然也有許多優(yōu)點(diǎn)，但它價(jià)格昂貴且儲(chǔ)藏電能有限，不能在大功率場(chǎng)合下使用；所以正在開發(fā)研制的超級(jí)電容電池，相比較而言，就有著一般電池?zé)o可比擬的優(yōu)點(diǎn)，它的前景不可限量。
超級(jí)電容電池的結(jié)構(gòu)和工作原理
超級(jí)電容的容量比通常的電容器大得多。由于其容量很大，對(duì)外表現(xiàn)和電池相同，因此也稱作“電容電池”或說“黃金電池”。超級(jí)電容器電池也屬于雙電層電容器,它是目前世界上已投入量產(chǎn)的雙電層電容器中容量最大的一種,其基本原理和其它種類的雙電層電容器一樣,都是利用活性炭多孔電極和電解質(zhì)組成的雙電層結(jié)構(gòu)獲得超大的容量.
傳統(tǒng)物理電容中儲(chǔ)存的電能來源于電荷在兩塊極板上的分離,兩塊極板之間為真空(相對(duì)介電常數(shù)為1)或一層介電物質(zhì)(相對(duì)介電常數(shù)為ε)所隔離,電容值為:C=ε·A/3.6πd·10-6(μF)其中A為極板面積,d為介質(zhì)厚度。所儲(chǔ)存的能量為:E=C(ΔV)2/2，其中C為電容值,ΔV為極板間的電壓降.可見,若想獲得較大的電容量,儲(chǔ)存更多的能量,必須增大面積A或減少介質(zhì)厚度d，但這個(gè)伸縮空間有限，導(dǎo)致它的儲(chǔ)電量和儲(chǔ)能量較小。
如圖所示:雙電層電容器中,采用活性炭材料制作成多孔電極,同時(shí)在相對(duì)的碳多孔電極之間充填電解質(zhì)溶液,當(dāng)在兩端施加電壓時(shí),相對(duì)的多孔電極上分別聚集正負(fù)電子,而電解質(zhì)溶液中的正負(fù)離子將由于電場(chǎng)作用分別聚集到與正負(fù)極板相對(duì)的界面上,從而形成兩個(gè)集電層,相當(dāng)于兩個(gè)電容器串聯(lián),由于活性碳材料具有≥1200m2/g的超高比表面積(即獲得了極大的電極面積A),而且電解液與多孔電極間的界面距離不到1nm(即獲得了極小的介質(zhì)厚度d),根據(jù)前面的計(jì)算公式可以看出,這種雙電層電容器比傳統(tǒng)的物理電容的容值要大很多,比容量可以提高100倍以上,從而使單位重量的電容量可達(dá)100F/g，并且電容的內(nèi)阻還能保持在很低的水平，碳材料還具有成本低，技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。從而使利用電容器進(jìn)行大電量的儲(chǔ)能成為可能，且在實(shí)際使用時(shí)，可以通過串聯(lián)或者并聯(lián)以提高輸出電壓或電流。
超級(jí)電容電池的特點(diǎn)：
（1）充電速度快，只要充電幾十秒到幾分鐘就可達(dá)到其額定容量的95％以上；而現(xiàn)在使用面積最大的鉛酸電池充電通常需要幾個(gè)小時(shí)。
（2）循環(huán)使用壽命長(zhǎng)，深度充放電循環(huán)使用次數(shù)可達(dá)50萬次，如果對(duì)超級(jí)電容每天充放電20次，連續(xù)使用可達(dá)68年如果相應(yīng)地和鉛酸電池比較,它的使用壽命可達(dá)68年,且沒有“記憶效應(yīng)”。
（3）大電流放電能力超強(qiáng)，能量轉(zhuǎn)換效率高，過程損失小，大電流能量循環(huán)效率≥90%；
（4）功率密度高，可達(dá)300W/kg~5000W/kg，相當(dāng)于普通電池的數(shù)十倍；比能量大大提高，鉛酸電池一般只能達(dá)到0.02kWh/kg，而超級(jí)電容電池目前研發(fā)已可達(dá)10kWh/kg，
（5）產(chǎn)品原材料構(gòu)成、生產(chǎn)、使用、儲(chǔ)存以及拆解過程均沒有污染，是理想的綠色環(huán)保電源；
（6）充放電線路簡(jiǎn)單，無需充電電池那樣的充電電路，安全系數(shù)高，長(zhǎng)期使用免維護(hù)；
（7）超低溫特性好，使用環(huán)境溫度范圍寬達(dá)-40℃～+70℃；
（8）檢測(cè)方便，剩余電量可直接讀出；
（9）單體容量范圍通常0.1F--1000F。
超級(jí)電容器電池使用注意事項(xiàng)
1、超級(jí)電容器具有固定的極性。在使用前，應(yīng)確認(rèn)極性。
2、超級(jí)電容器應(yīng)在標(biāo)稱電壓下使用：
當(dāng)電容器電壓超過標(biāo)稱電壓時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致電解液分解，同時(shí)電容器會(huì)發(fā)熱，容量下降，而且內(nèi)阻增加，壽命縮短，在某些情況下，可導(dǎo)致電容器性能崩潰。
3、超級(jí)電容器不可應(yīng)用于高頻率充放電的電路中，高頻率的快速充放電會(huì)導(dǎo)致電容器內(nèi)部發(fā)熱，容量衰減，內(nèi)阻增加，在某些情況下會(huì)導(dǎo)致電容器性能崩潰。
4、安裝超級(jí)電容器后，不可強(qiáng)行傾斜或扭動(dòng)電容器，這樣會(huì)導(dǎo)致電容器引線松動(dòng)，導(dǎo)致性能劣化。
5、在焊接過程中避免使電容器過熱：
若在焊接中使電容器出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，會(huì)降低電容器的使用壽命，例如：如果使用厚度為1.6mm的印刷線路板，焊接過程應(yīng)為260℃，時(shí)間不超過5s。
6、將電容器串聯(lián)使用時(shí)：
當(dāng)超級(jí)電容器進(jìn)行串聯(lián)使用時(shí)，存在單體間的電壓均衡問題，單純的串聯(lián)會(huì)導(dǎo)致某個(gè)或幾個(gè)單體電容器過壓，從而損壞這些電容器，整體性能受到影響，故在電容器進(jìn)行串聯(lián)使用時(shí)，需得到廠家的技術(shù)支持。
超級(jí)電容電池的目前市場(chǎng)
隨著各國(guó)對(duì)超級(jí)電容電池緊鑼密鼓的研發(fā)，技術(shù)日趨成熟，超級(jí)電容電池已進(jìn)入應(yīng)用階段，漸趨市場(chǎng)化、商業(yè)化。
極具代表意義的是2006年8月28日，由奧威科技等單位參與的上?？萍紕?chuàng)新登山行動(dòng)計(jì)劃超級(jí)電容公交電車示范線11路正式開通，標(biāo)志著我國(guó)乃至世界首條超級(jí)電容電動(dòng)公交車線路邁出了商業(yè)化運(yùn)行的步伐。這10輛“零污染”超級(jí)電容公交車和10個(gè)智能充電站，這種超級(jí)電容車看上去是一輛無軌電車，所不同的是“剪”掉了頭頂上累贅的兩根大“辮子”，在車底部安裝了一種超級(jí)電容器。車進(jìn)站后趁著上下客的間隙，車頂充電設(shè)備會(huì)自動(dòng)垂直升起，搭到隱藏在候車站“屋檐”下的電纜上，30秒鐘即完成充電，能平穩(wěn)行駛3-8公里，最高速度則可達(dá)每小時(shí)44公里。與有軌、無軌電車相比，超級(jí)電容公交車沒有地面軌道和空中觸線網(wǎng)，有利于“凈化”城市空間。據(jù)了解，在開啟空調(diào)的情況下，超級(jí)電容公交車每公里帶空調(diào)耗能僅為1.4度電，能耗費(fèi)用僅為燃油汽車的33%，在剎車制動(dòng)時(shí)能量回收率達(dá)到40%。雖然這種車的技術(shù)還不夠完美，加上駕駛員的操縱還不到位，會(huì)有這樣那樣的小問題，但其運(yùn)行前景不容置疑。
電動(dòng)車的典型驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖示。
另外，超級(jí)電容器在變配電站直流系統(tǒng)中、稅控機(jī)、稅控收款機(jī)上、搖晃式手電筒上（免換電池，只要搖晃30秒鐘，即可發(fā)光5分鐘；照射距離1公尺）、智能表類（如智能水表和煤氣表）上、計(jì)算機(jī)UpS電源方面亦多有應(yīng)用。打開淘寶網(wǎng)，已能找到幾家出售這種新電源的商鋪，足以說明它的市場(chǎng)化程度。有專家預(yù)言，有朝一日，超級(jí)電容電池技術(shù)變得成熟，造價(jià)可以被老百姓接受，則將滿街都是電動(dòng)車！
目前超級(jí)電容電池的研發(fā)情況
超級(jí)電容器是上世紀(jì)80年代后發(fā)展起來的新型儲(chǔ)能器件，在歐洲、美國(guó)、日本已經(jīng)開始形成新興的產(chǎn)業(yè)。
從1990年開始，世界各國(guó)開始成立專門機(jī)構(gòu)開發(fā)和生產(chǎn)超級(jí)電容器，目前，在該技術(shù)領(lǐng)域中處于領(lǐng)先地位的國(guó)家有俄羅斯、日本、德國(guó)和美國(guó)，這些發(fā)達(dá)國(guó)家已把超級(jí)電容器項(xiàng)目作為國(guó)家重點(diǎn)研究和開發(fā)項(xiàng)目，并提出了近期和中長(zhǎng)期發(fā)展計(jì)劃。在超級(jí)電容器的實(shí)用性方面，俄羅斯走在世界的前列。
我國(guó)從九十年代開始研制超級(jí)雙電層電容器，與國(guó)外先進(jìn)水平還有一定的差距。據(jù)有關(guān)資料表明，國(guó)內(nèi)有些單位已經(jīng)研制出比能量為10Wh/kg、比功率為600W/kg的高能量型及比能量為5Wh/kg、比功率為2500W/kg的高功率型超級(jí)電容器樣品，循環(huán)使用次數(shù)可達(dá)50,000次以上。性能指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，成本較國(guó)際平均價(jià)格有大幅度下降，初步具備應(yīng)用水平。我們相信，在創(chuàng)新精神的鼓勵(lì)下，我國(guó)超級(jí)電容將很快趕上、超過世界先進(jìn)水平。
超級(jí)電容的容量比通常的電容器大得多。由于其容量很大，對(duì)外表現(xiàn)和電池相同，因此也有稱作“電容電池”。

超級(jí)電容屬于雙電層電容器，它是世界上已投入量產(chǎn)的雙電層電容器中容量最大的一種，其基本原理和其它種類的雙電層電容器一樣，都是利用活性炭多孔電極和電解質(zhì)組成的雙電層結(jié)構(gòu)獲得超大的容量。

超級(jí)電容的特點(diǎn)：

（1）充電速度快，充電10秒～10分鐘可達(dá)到其額定容量的95％以上；

（2）循環(huán)使用壽命長(zhǎng)，深度充放電循環(huán)使用次數(shù)可達(dá)1~50萬次，沒有“記憶效應(yīng)”；

（3）大電流放電能力超強(qiáng)，能量轉(zhuǎn)換效率高，過程損失小，大電流能量循環(huán)效率≥90%；

（4）功率密度高，可達(dá)300W/KG~5000W/KG，相當(dāng)于電池的5~10倍；

（5）產(chǎn)品原材料構(gòu)成、生產(chǎn)、使用、儲(chǔ)存以及拆解過程均沒有污染，是理想的綠色環(huán)保電源；

（6）充放電線路簡(jiǎn)單，無需充電電池那樣的充電電路，安全系數(shù)高，長(zhǎng)期使用免維護(hù)；

（7）超低溫特性好，溫度范圍寬-40℃～+70℃；

（8）檢測(cè)方便，剩余電量可直接讀出；

（9）容量范圍通常0.1F--1000F。

法拉（farad），簡(jiǎn)稱“法”，符號(hào)是F

1法拉是電容存儲(chǔ)1庫(kù)侖電量時(shí)，兩極板間電勢(shì)差是1伏特1F=1C/1V

1庫(kù)侖是1A電流在1s內(nèi)輸運(yùn)的電量，即1C=1A·S。

1庫(kù)侖=1安培·秒

1法拉=1安培·秒/伏特

做一下類比：

電瓶（蓄電池）12伏14安時(shí)的放電量=14*3600/12=4200法拉(F)

地球的電容值僅有1-2F左右

超級(jí)電容與電池比較，有如下特性：

a.超低串聯(lián)等效電阻（LOWESR），功率密度(powerDensity)是鋰離子電池的數(shù)十倍以上，適合大電流放電，（一枚4.7F電容能釋放瞬間電流18A以上）。

b.超長(zhǎng)壽命，充放電大于50萬次，是Li-Ion電池的500倍，是Ni-MH和Ni-Cd電池的1000倍，如果對(duì)超級(jí)電容每天充放電20次，連續(xù)使用可達(dá)68年。

c.可以大電流充電，充放電時(shí)間短，對(duì)充電電路要求簡(jiǎn)單，無記憶效應(yīng)。

d.免維護(hù)，可密封。

e.溫度范圍寬-40℃～+70℃，一般電池是-20℃～60℃。