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【干貨】超級電容電池知識全解析(1)

鉅大LARGE  |  點擊量:937次  |  2019年06月18日  

超級電容電池是在超級電容器的基礎上研發(fā)出來的一種電池,這種電池具有非常顯著的特點,是比傳統(tǒng)電池更加強勢一種電池,優(yōu)勢非常多,在許多方面的應用非常的多,比如說在新能源汽車、有軌電車等等,都可以見到超級電容電池的影子。

對于一些理工科的人來講,可能對電容都或多或少有一定的了解,就算是普通的人,可能也見過電容,因為在我們的現(xiàn)實生活中,經常能夠見到電容的影子,不過超級電容電池并不是那么多人知曉,超級電容電池是在超級電容器的基礎上研發(fā)出來的一種電池,這種電池具有非常顯著的特點,是比傳統(tǒng)電池更加強勢一種電池,優(yōu)勢非常多,在許多方面的應用非常的多,比如說在新能源汽車、有軌電車等等,都可以見到超級電容電池的影子,可以這么說,超級電容電池的出現(xiàn)以及發(fā)展,必將會帶來再次的工業(yè)革命,極大的提高某些方面的運作能力。

超級電容電池

一、電容的種類

由于絕緣材料的不同,所構成的電容器的種類也有所不同:按結構可分為:固定電容,可變電容,微調電容。按介質材料可分為:氣體介質電容,液體介質電容,無機固體介質電容,有機固體介質電容電解電容。按極性分為:有極性電容和無極性電容。我們最常見到的就是電解電容。從原理上分為:無極性可變電容、無極性固定電容、有極性電容等。從材料上可以分為:CBB電容(聚乙烯),滌綸電容、瓷片電容、云母電容、獨石電容、電解電容、鉭電容等。

1、電解電容

兩片鋁帶和兩層絕緣膜相互層疊,轉捆后浸泡在電解液(含酸性的合成溶液)中,容量大,高頻特性不好。

2、獨石電容

體積比CBB更小,其他同CBB,有感。

3、云母電容

云母片上鍍兩層金屬薄膜,容易生產,技術含量低,體積大,容量小,(幾乎沒有用了)。

4、陶瓷電容

用陶瓷作介質,在陶瓷基體兩面噴涂銀層,然后燒成銀質薄膜做板極制成,它的特點是體積小,耐熱性能好,損耗小,絕緣電阻高,但容量小,適宜用于高頻電路。

5、基層電容

鐵電陶瓷電容容量較大,但是損耗和溫度系數(shù)較大,適宜用于低頻電路。薄瓷片兩面渡金屬膜銀而成,體積小,耐壓高,價格低,頻率高(有一種是高頻電容),易碎!容量低。

6、CBB電容

2層聚乙烯塑料和2層金屬箔交替夾雜然后捆綁而成。

7、無感CBB電容

2層聚丙乙烯塑料和2層金屬箔交替夾雜然后捆綁而成,無感,高頻特性好,體積較小,不適合做大容量,價格比較高,耐熱性能較差。

二、超級電容器是傳統(tǒng)電容的升級

平板電容器是由兩個彼此絕緣的金屬電極板組成,電容量與電極板的面積成正比,與電極板之間的間隙大小成反比。超級電容的結構類似于平板電容,其電極為多孔碳基材料,該材料的多孔結構使它每克重量的表面積可達幾千平方米,而電容電荷分隔的距離由電解質中的離子大小決定。巨大的表面積加上電荷間極小的距離,使得超級電容具有很大的容量,超級電容單體的容量可從1法拉至幾千法拉不等。

與傳統(tǒng)電池相比,超級電容具有許多優(yōu)點:充電速度快,10秒~10分鐘即可充至其額定容量的95%以上;功率密度達(102~104)W/kg,是鋰電池的10倍左右;大電流放電能力強;循環(huán)使用次數(shù)達10~50萬次,壽命長;安全系數(shù)高,長期使用免維護。但與主流硫電池相比仍面臨成本高、能量密度低的劣勢。

三、超級電容器可作為電池的替代品

在某些應用中,超級電容是電池的替代品;還有一些應用中,超級電容為電池提供支持。有些情況下,超級電容可能無法存儲足夠的能量,此時就有必要使用電池了。例如,當環(huán)境能源(例如太陽)為間歇式時,如在夜間,則存儲的能量不僅要用于提供峰值功率,而且還要支撐應用更長的時間。

如果所需峰值功率超過了電池可以提供的量(如在低溫下做GSM呼叫或小功率傳輸),則電池可以用小功率為超級電容充電,而超級電容來提供大的脈沖功率。這種結構還意味著電池永遠不會深度循環(huán),從而延長了電池壽命。超級電容存儲物理電荷,而不是像電池那樣的化學反應,因此超級電容實際有無限的循環(huán)壽命。

當超級電容從一只電池充電來提供峰值功率脈沖時,各個脈沖之間存在著一個重要的間隔,如果脈沖相距過近,則讓超級電容總是處于充電狀態(tài)會更有效率。但如果脈沖間距不太近,則能效更高的辦法是在峰值功率事件以前為超級電容充電。

這個間隔取決于多種因素,包括超級電容在達到均衡泄漏電流以前吸納的電容、超級電容的自放電特性,以及電路為了提供給峰值功率事件而從超級電容拉出的電荷。只有當你預先知道峰值功率事件的來臨時間,這種選擇才是有效的,而不能用于對不可預測事件的反應,如電池失效或外部刺激。

四、超級電容電池與超級電容器

超級電容電池又叫雙電層電容器是一種新型儲能裝置,它具有充電時間短、使用壽命長、溫度特性好、節(jié)約能源和綠色環(huán)保等特點。超級電容器由于石油資源日趨短缺,并且燃燒石油的內燃機尾氣排放對環(huán)境的污染越來越嚴重(尤其是在大、中城市),人們都在研究替代內燃機的新型能源裝置。

超級電容是從上世紀七、八十年代發(fā)展起來的通過極化電解質來儲能的一種電化學元件。它不同于傳統(tǒng)的化學電源,是一種介于傳統(tǒng)電容器與電池之間、具有特殊性能的電源,主要依靠雙電層和氧化還原假電容電荷儲存電能。

五、超級電容電池的好處

1、充電時間

目前充電樁概念很火,但是充一次要五個小時。這個是制約鋰電池汽車的最大難題。石墨希超級電容短的讓人吃驚,如果和充電樁結合起來,這個效率最起碼是鋰電池不能比的。根據(jù)株洲中車的說明,根據(jù)不同的容量和額定工作電壓,3伏/12000法拉超級電容在30秒內即可充滿電,2.8伏/30000法拉超級電容充電時間在1分鐘內。

相比活性炭超級電容,石墨烯/活性炭復合電極超級電容能量更大,壽命更長。據(jù)說這一技術代表了目前世界超級電容單體技術的最高水平,技術研發(fā)持續(xù)走在世界前列。

2、安全性

電池應該都有爆炸的風險。目前各類電池安全措施都很好,除了偽劣電池,爆炸的可能性都很低。在鋰離子電池中,帶有最大的危險是中間的有機電解質溶劑,以易燃的醚類最多。當電池因為任何原因短路時,電池內能量會在短時間以熱的形式釋放出來,點燃這些做為溶劑的醚類,引發(fā)爆炸。

鋰離子電池,由于夏天車內溫度較高,所以發(fā)生爆炸或自燃的可能性很大。超級電容器,充滿電后用射釘槍打,使其短路,任何反應都沒有;放火上燒,不銹鋼外殼快燒紅了,也沒發(fā)生爆炸(一網友的描述)。和中國中車株機公司技術中心副總監(jiān)、寧波超級電容研究所所長阮殿波描述的差不多,“無污染、無爆炸”。

3、續(xù)航里程

2014年12月26號,美國電動汽車制造商特斯拉發(fā)布了兩年前停產的第一代車型Roadster的升級版,續(xù)航里程達到644公里,高出原版60%。特斯拉CEO馬斯克稱,特斯拉的高性能石墨烯電池,相比目前的容量增長近70%。國內某網站也曾宣稱2015年上半年有望量產石墨烯鋰電池,但是至今未有下文。

一位網友實際測試的結果是“以我們測試的這天為例,早上滿電出發(fā),到下午還車,由于駕駛比較激烈,所以雖然一共只開了140多公里,最后剩余電量就只有20%左右。我個人推測在北京這樣的大城市使用,它的實際續(xù)航里程應該在250-300km公里左右”。據(jù)鳳凰網報道,一家以色列公司StoreDot達到目標正在發(fā)明一項技術使電動車可以在僅僅5分鐘的充電后行駛幾百英里。目前已運用在消費者手機上,并有望日后應用在電動車上的StoreDot電池。

但是在電動車的應用研發(fā)上可能需要更長時間。即使一切順利,至少五年內StoreDot的電池都不太可能完成其電動車應用的商業(yè)化進程。根據(jù)國內一論文結論,“如果綜合考量材料成本、生產工藝、加工性和電化學性能,筆者認為,石墨烯或者石墨烯復合材料實際用于鋰電負極的可能性很小產業(yè)化前景渺茫?!?br/>
在石墨希鋰電池未量產之際,石墨希超級電容面世了,3伏/12000法拉超級電容適合用于有軌電車主驅動,單次充電行駛里程可達6公里,2.8伏/30000法拉超級電容適合用于無軌電車主驅動,單次充電行駛里程可從目前的4~6公里提高到8~10公里。論續(xù)航能力,超級電容能量密度低,還有提高空間,但是用在公交車上是綽綽有余了。但是網上還有新聞,中上汽車董事長謝镕安介紹,超級電容充電3分鐘左右可續(xù)駛20公里。這個沒有經歷過,具體能續(xù)航多少沒有確切數(shù)據(jù)。

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