超級電容電池是什么?

超級電容電池又叫黃金電容、法拉電容，是通過(guò)極化電解質(zhì)來(lái)儲能，屬于雙電層電容的一種。超級電容電池的特點(diǎn)是儲能的過(guò)程并不發(fā)生化學(xué)反應，儲能過(guò)程是可逆的，可以反復充放電數達十萬(wàn)次。超級電容電池一般使用活性碳電極材料，具有吸附面積大，靜電儲存多的特點(diǎn)，主要在新能源汽車(chē)中有廣泛使用。

超級電容電池具有充電時(shí)間短、使用壽命長(cháng)、溫度特性好、節約能源和綠色環(huán)保等特點(diǎn)。用作起重裝置的電力平衡電源，可提供超大電流的電力;用作車(chē)輛啟動(dòng)電源，啟動(dòng)效率和可靠性都比傳統的蓄電池高，可以全部或部分替代傳統的蓄電池;用作車(chē)輛的牽引能源可以生產(chǎn)電動(dòng)汽車(chē)、替代傳統的內燃機、改造現有的無(wú)軌電車(chē);用在軍事上可保證坦克車(chē)、裝甲車(chē)等戰車(chē)的順利啟動(dòng)(尤其是在寒冷的冬季)、作為激光武器的脈沖能源。此外還可用于其他機電設備的儲能能源

由于石油資源慢慢枯竭，同時(shí)燃燒石油的尾氣排放對環(huán)境的污染越來(lái)越嚴重(尤其是在大、中城市)，研究替代內燃機的新型能源裝置成了亟待解決的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間的進(jìn)行混合動(dòng)力、燃料電池、化學(xué)電池產(chǎn)品及應用的研究與開(kāi)發(fā)，取得了一定的成效。但是固有的使用壽命短、溫度特性差、化學(xué)電池污染環(huán)境、系統復雜、造價(jià)高昂等缺點(diǎn)，還沒(méi)有更好的解決辦法。而超級電容電池以其優(yōu)異的特性揚長(cháng)避短，可以部分或全部替代傳統的化學(xué)電池代替車(chē)輛的動(dòng)力電源和啟動(dòng)能源，其延伸用途比傳統化學(xué)電池要更廣泛。世界各國都不遺余力地對超級電容電池進(jìn)行研究與開(kāi)發(fā)。其中美國、日本和俄羅斯等國家不僅在研發(fā)生產(chǎn)上走在前面，而且還建立了專(zhuān)門(mén)的國家管理機構(如：美國的USABC、日本的SUN、俄羅斯的REVA等)，制定國家發(fā)展計劃，由國家投入巨資和人力，積極推進(jìn)。就超級電容電池技術(shù)水平而言，目前俄羅斯走在世界前面，其產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)和應用，并被第17屆國際電動(dòng)車(chē)年會(huì )(EVS—17)評為最先進(jìn)產(chǎn)品，日本、德國、法國、英國、澳大利亞等國家也在急起直追，目前各國推廣應用超級電容電池的領(lǐng)域已相當廣泛。在我國超級電容電池的使用推廣，能夠減少石油消耗，減輕對石油進(jìn)口的依賴(lài)，有利于國家石油安全;有效地解決城市尾氣污染和鉛酸電池污染問(wèn)題。

超級電容電池是建立在德國物理學(xué)家亥姆霍茲提出的界面雙電層理論基礎上的一種全新的電容器?；瘜W(xué)電池中插入電解質(zhì)溶液中的金屬電極表面與液面兩側會(huì )出現符號相反的過(guò)剩電荷，從而使相間產(chǎn)生電位差。那么，如果在電解液中同時(shí)插入兩個(gè)電極，并在其間施加一個(gè)小于電解質(zhì)溶液分解電壓的電壓，這時(shí)電解液中的正、負離子在電場(chǎng)的作用下會(huì )迅速向兩極運動(dòng)，并分別在兩上電極的表面形成緊密的電荷層，即雙電層，它所形成的雙電層和傳統電容器中的電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的極化電荷相似，從而產(chǎn)生電容效應，緊密的雙電層近似于平板電容器，但是，由于緊密的電荷層間距比普通電容器電荷層間的距離更小得多，因而具有比普通電容器更大的容量。

雙電層電容器與鋁電解電容器相比內阻較大，因此，可在無(wú)負載電阻情況下直接充電，如果出現過(guò)電壓充電的情況，雙電層電容器將會(huì )開(kāi)路而不致?lián)p壞器件，這一特點(diǎn)與鋁電解電容器的過(guò)電壓擊穿不同。同時(shí)，雙電層電容器與可充電電池相比，可進(jìn)行不限流充電，且充電次數可達10E6次以上，因此雙電層電容不但具有電容的特性，同時(shí)也具有電池特性，是一種介于電池和電容之間的新型特殊元器件。

超級電容電池的容量比通常的電池容量大得多。由于其容量很大，對外表現和電池相同，因此也稱(chēng)作“電容電池”或說(shuō)“黃金電池”。超級電容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(lèi)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)組成的雙電層結構獲得超大的容量.

傳統電池電容中儲存的電能來(lái)源于電荷在兩塊極板上的分離,兩塊極板之間為真空(相對介電常數為1)或一層介電物質(zhì)(相對介電常數為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(jiàn),若想獲得較大的電容量,儲存更多的能量,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，導致它的儲電量和儲能量較小。超級電容電池采用活性炭材料制作成多孔電極,同時(shí)在相對的碳多孔電極之間充填電解質(zhì)溶液,當在兩端施加電壓時(shí),相對的多孔電極上分別聚集正負電子,而電解質(zhì)溶液中的正負離子將由于電場(chǎng)作用分別聚集到與正負極板相對的界面上,從而形成兩個(gè)集電層,相當于兩個(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),根據前面的計算公式可以看出,這種雙電層電容器比傳統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100F/g，并且電容的內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)行大電量的儲能成為可能，且在實(shí)際使用時(shí)，可以通過(guò)串聯(lián)或者并聯(lián)以提高輸出電壓或電流。

超級電容電池的優(yōu)點(diǎn)：

(1)充電速度快，只要充電幾十秒到幾分鐘就可達到其額定容量的95%以上;而現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(cháng)，深度充放電循環(huán)使用次數可達50萬(wàn)次，如果對超級電容每天充放電20次，連續使用可達68年。如果相應地和鉛酸電池比較,它的使用壽命可達68年,且沒(méi)有“記憶效應”。

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

(4)功率密度高，可達300W/kg~5000W/kg，相當于普通電池的數十倍;比能量大大提高，鉛酸電池一般只能達到200W/kg，而超級電容電池目前研發(fā)已可達10KW/kg，

(5)產(chǎn)品原材料構成、生產(chǎn)、使用、儲存以及拆解過(guò)程均沒(méi)有污染，是理想的綠色環(huán)保電源;

(6)充放電線(xiàn)路簡(jiǎn)單，無(wú)需充電電池那樣的充電電路，安全系數高，長(cháng)期使用免維護;

(7)超低溫特性好，使用環(huán)境溫度范圍寬達-40℃～+70℃;

(8)檢測方便，剩余電量可直接讀出;

(9)單體容量范圍通常0.1F--3400F。