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新能源与新材料超级电容电池 13 建筑（1）班 学号：2013331210031 姓名：曾钊烨 首先，何为超级电容电池呢？超级电容电池又叫黄金电容、法拉电容，它是通过极化电解质来储能，属于双层电容的一种。由于其储能的过程并不发生化学反应，因此这种储能过程是可逆的，正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容一般使用活性碳电极材料，具有吸附面积大，静电储存多的特点，在新能源汽车中有广泛使用。超级电容器电池又叫双电层电容器是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。超级电容器用途广泛，用作起重装置的电力平衡电源，可提供超大电流的电力；用作车辆启动电源，启动效率和可靠性都比传统的蓄电池高，可以全部或部分替代传统的蓄电池；用作车辆的牵引能源可以生产电动汽车、替代传统的内燃机、改造现有的无轨电车；用在军事上可保证坦克车、装甲车等战车的顺利启动（尤其是在寒冷的冬季）、作为激光武器的脉冲能源。此外还可用于其他机电设备的储能能源。我从以下几个方面对于超级电容器电池进行了论述：超级电容器电池的特点：（1）充电速度快，只要充电几十秒到几分钟就可达到其额定容量的 95%以上；而现在使用面积最大的铅酸电池充电通常需要几个小时。（2）循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达 50 万次，如果对超级电容每天充放电 20 次，连续使用可达 68 年。如果相应地和铅酸电池比较,它的使用寿命可达 68 年,且没有“记忆效应”。（3）大电流放电能力超强，能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率90%；（4）功率密度高，可达 300W/kg5000W/kg，相当于普通电池的数十倍；比能量大大提高，铅酸电池一般只能达到 0.02kWh/kg，而超级电容电池目前研发已可达 10 KWh/kg，（5）产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染，是理想的绿色环保电源；（6）充放电线路简单，无需充电电池那样的充电电路，安全系数高，长期使用免维护；（7）超低温特性好，使用环境温度范围宽达-40+70；（8）检测方便，剩余电量可直接读出；（9）单体容量范围通常 0.1F-1000F。超级电容器电池的工作原理：传统物理电容中储存的电能来源于电荷在两块极板上的分离,两块极板之间为真空(相对介电常数为 1)或一层介电物质(相对介电常数为 )所隔离,电容值为:C=A/3.6 d 10-6(F)其中 A 为极板面积,d 为介质厚度。所储存的能量为:E=C(V)2/2，其中 C 为电容值,V 为极板间的电压降.可见,若想获得较大的电容量,储存更多的能量,必须增大面积 A 或减少介质厚度 d，但这个伸缩空间有限，导致它的储电量和储能量较小。超级电容采用活性炭材料制作成多孔电极,同时在相对的碳多孔电极之间充填电解质溶液,当在两端施加电压时,相对的多孔电极上分别聚集正负电子,而电解质溶液中的正负离子将由于电场作用分别聚集到与正负极板相对的界面上,从而形成两个集电层,相当于两个电容器串联,由于活性碳材料具有1200m2/g 的超高比表面积(即获得了极大的电极面积 A),而且电解液与多孔电极间的界面距离不到 1nm(即获得了极小的介质厚度 d),根据前面的计算公式可以看出,这种双电层电容器比传统的物理电容的容值要大很多,比容量可以提高 100 倍以上,从而使单位重量的电容量可达 100F/g，并且电容的内阻还能保持在很低的水平，碳材料还具有成本低，技术成熟等优点。从而使利用电容器进行大电量的储能成为可能，且在实际使用时，可以通过串联或者并联以提高输出电压或电流。超级电容器电池的未来前景：超级电容器产品虽然问世不久，但由于它具有特殊的优点，已在许多领域中获得了应用，其前景可以认为是非常广阔。根据总部位于北京的新兴产业调研机构力勤资讯最新的研究结果中国超级电容器行业发展及投资分析报告 2009-2010 版（含 2009-2013年预测）-动力电源系列报告，国内从事大容量超级电容器研发的厂家共有 50 多家，然而，能够批量生产并达到实用化水平的厂家不到 20 家。国内厂商大多生产液体双电层电容器，重要企业有锦州凯美能源（原锦州富辰、锦州锦容）、北京集星电子、上海奥威等十多家。锦州凯美能源是国内最大的超级电容器专业生产厂，主要生产纽扣型和卷绕型超级电容器。北京集星可生产卷绕型和大型电容器，而上海奥威产品多集中在车用超级电容器上。从各厂商的产品来看，核心企业间的竞争并不直接，因为没有完全重复的，竞争也只是局限于一个领域范围内的。预计 2009-2010 年各企业之间仍将有良好的合作，市场格局不会发生大的变化。集星、凯美、奥维等几家企业仍将占据国内市场绝大的份额，细分市场上各企业的竞争优势将更加明显。总得来说，市场竞争不会太激烈。基于中国消费电子近年来的惊人增长表现，预计今后几年内，我国纽扣型超级电容器有望保持 30%以上的平均增长率，卷绕型和大型超级电容器则有可能保持 50%以上的平均增长率。到 2013 年，我国超级电容器的整体产业规模有望达到 79 亿元。超级电容器电池虽然有着良好的前景，但是还是有着一些问题没有解决，例如，超级电容电池的蓄电量尚不能满足需要，而且放电电流比较难控制，不能在纯电力系统的车辆上使用。而且超级电容器电池身上也不完完全全是优点，也存在着一定的缺点。因此，对于新能源电池，还需要我们的不断开发与研究，让它能真真服务我们大众的生活。
