超级电容电池.docx

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超级电容电池

超级电容电池

又叫黄金电容、法拉电容，它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/kg~5000W/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10kWh/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。

超级电容电池的市场前景与投资

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。

美国EEStor公司的超级电容器电池～

美国EEStor公司，近期已公布3个专利，另外17个专利正在申请中。

其研发的超级电容纯电动汽车已经达到:

充电5分钟,可储能52.22KWH,供14匹马力的电动汽车,以每小时96公里速度使用5小时,可行驶480公里。

该公司的“EEStor超级电容电池”，现在已经与洛克希德-马丁公司签定正式授权协议。

洛克希德-马丁公司目前是美国第一大国防承包商。

美国EESTOR公司声明，已经做出基于钛酸钡材料的超级电容器，他们的超级电容产品在5min内充的电能，能让一辆电动汽车跑500公里。

EESTOR的超级电容器电池技术，已经宣称能“替代电化学电池”了。

2007年1月16日，美国一家研制电动汽车储能装置的EEStor的公司打破沉默，对外宣告了他们“里程碑”式的成果:

他们的自动生产线已经由独立的第三方分析验收。

这一技术进入成熟的工业生产，他们所研制的新型超级电容器动力系统，将替代包括从电动汽车到笔记本电脑的一切电能化学电池。

按照2006年4月发表的专利，美国EEStor公司这种能量存储装置，是用陶瓷粉末涂在铝氧化物和玻璃的表面。

从技术上说，它并不是电池，而是一种超级电容器，它在5分钟内充的电能可以让一个电动车走500英里，电费只有9美元。

而烧汽油的普通汽车走相同里程则要花费60美元。

而EEStor开发的超级电容器，由于钡钛酸盐有足够的纯度，存储能量的能力大大提高。

EEStor公司负责人声称，该超级电容器每公斤所存储的能量可达0.28千瓦时，相比之下，每公斤

锂电池仅仅是0.12千瓦时。

根据EEStor公司的声明，新的超级电容器可反复充电100万次以上，也不会出现材料降解问题。

而且，由于它不是化学电池，而是一种固体状态的能量储存系统，不会出现锂电池那种过热甚至爆zha的任何危险，没有任何安全隐患。

美国EEStor公司的雄心来自其“替代电气化学电池”的专利。

EEStor公司在2004年就开始计划建造自己的装配线，进而获得批量生产的技术许可。

从他们的计划看，其装置在生产成本上也有可能比传统锂电池更具有优势。

各国专家说，这一发明的意义相当重大，该突破不仅从根本上改变了电动车在交通运输中的位置，也将改进诸如风能、太阳能等间歇性能源的利用性能，增进了电网的效率和稳定性，满足人们能源安全的需求，减少对石油的依赖。

显然，该突破也对下一代锂电池的研制者造成严重威胁。

EEStor公司负责人指出，他们的技术不仅适用于小型旅客电动汽车，还能取代300马力的大型汽车。

二、【超级电容器电池简介】:

超级电容的容量比通常的电容器大得多。

由于其容量很大，对外表现和电池

超级电容器（supercapacitor,ultracapacitor），相同，因此也有称作“电容电池”。

又叫双电层电容器（ElectricalDoule-LayerCapacitor）、黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。

它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。

超级电容属于双电层电容器，它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种，其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。

“超级电容动力电池”，性能远远比磷酸铁锂动力电池优异。

由于采用了全球独创的新型固体功能材料，实现了超级电容的超高容量和高耐压。

这种高耐压超级电容电池具有如下的技术优势:

（1）充电速度快，由于不存在电能转化化学能的化学反应，充电10秒,10分钟可达到其额定容量的95,以上;

（2）循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达50-100万次以上，没有“记忆效应”;（远超锂电池理论上的最大循环2千-5千次左右）

（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/KG~5000W/KG，相当于磷酸铁锂电池的5~10倍;

（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;使用的原料都是廉价金属。

（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）超低特性好，度范围宽-40?

，70?

;

（8）检测方便，剩余电量可直接读出;

（9）单节容量范围:

1000F--6000F以上。

（10）高耐压:

能耐电压?

300V以上。

（11）电压稳定，没有因为过充电而损害电池。

按标准理论计算，纯电动小汽车耗电量15度电/100公里。

而一个45kg重的超级电容动力电池就能达到433公里以上。

完全可以不用混合动力。

而最好的锂电池——磷酸铁锂电池也就0.3度电/kg。

采用磷酸铁锂动力电池（按0.3kWh/kg）:

存储60度电需要200kg的电池电芯重量，（目前国外电池组须使用重250kg左右的电动锂电汽车，按理论上计算能跑400公里。

但实际还做不到。

仅能跑100公里左右。

电动小轿车勉强能够承受此重量。

）

采用超级电容动力电池（按1.4kWh/kg）:

存储63度电只需要45kg的电池电芯重量。

若装载同样重量的200kg超级电容电池，理论上充一次电，即可跑1866公里～

镍氢电池和磷酸铁锂电池都是化学电池，满充的存储电量实际上只能利用75,左右，超级电容电池能利用?

90,以上。

超级电容器作为大功率物理二次电源，在运用领域用途十分广泛。

超级电容动力电池，与镍氢电池/磷酸铁锂动力电池相比，有如下特性:

功率密度（PowerDensity）是锂离子电池1.超低串联等效电阻（LOWESR），

的数十倍以上，（至少是镍氢电池的10-18倍，磷酸铁锂电池的5-10倍）适合大电流、超大电流放电。

（一枚4.7F电容能释放瞬间电流18A以上）。

2.超长寿命，经久耐用:

充放电大于50-100万次，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，按50万次计算，连续使用寿命可达68年以上。

若按100万次计算，若每天充放电50次，使用寿命可以?

超过55年～

3.可以大电流充电，充放电时间短，对充电电路要求简单，无任何记忆效应。

4.免维护，可密封。

5.度范围宽，超低性能好:

-40?

，70?

以上，一般电池最好的仅仅是-20?

60?

。

6.不须经过电能/化学能的转化损耗，电能利用率高达95,

7.非常安全:

不存在易燃易爆物质，不会爆zha.

8.价格便宜:

只有镍氢电池的20,，磷酸铁锂的30,~40,。

【资料参考】:

目前，穿梭在上海世博园的1017辆新能源汽车中，有196辆各种燃料电池汽车、285辆锂电池电动汽车、36辆超级电容纯电动汽车、和500辆混合动力汽车。

“这是继北京奥运会后，我国新能源汽车技术和成果的又一次集中展示，是目前世界最大规模的新能源汽车商业化示范运营。

”上海市经济和信息化委员会副主任周敏浩说。

据了解，为世博会服务的4种新能源汽车分为公共交通车、贵宾车、观光车、场地车。

公共交通车主要由超级电容车和纯电动客车构成;燃料电池轿车主要用

于园区内贵宾车;园区内观光车与场地车则分别主要由燃料电池观光车和纯动力场地车组成;而混合动力客车和混合动力轿车将会承担世博园区周边公交车和出租车的长途运输工作。

世博燃料电池大客车:

采用国内自主研发的双燃料电池系统，动力电池采用安全性较好的镍氢电池，驱动系统采用技术成熟的直流感应电机。

世博燃料电池大客车集动力性、零排放、环保性等众多优势于一体，是发达国家主流的高端城市公交车型，是以后城市公交的发展趋势。

燃料电池观光车:

是上海世博会专用观光车，采用氢能、乙醇、二甲醚等新能源驱动，外观新颖、乘坐舒适、适用于场馆、车站、码头等非公路场所，并具有零排放、高效率、低噪音等特点。

纯电动汽车:

使用大容量锂离子动力蓄电池，在电池快速更换、充放电性能、安全性能上取得一定进步，但还未完全克服装车技术集成匹配等技术屏障，纯电动公交客车百公里电耗80千瓦时，纯电动轿车百公里电耗15千瓦时。

一次充电续航里程偏短、适用于园区内短程。

由于充电麻烦，实际使用多采用快速更换电池。

超级电容车:

充放电极为迅速、功率密度高、充放电循环寿命极长，并且无需大型充电站，补给站造价低，电力价格低。

耗电基本与锂电汽车一致。

已通过实际运行考验，安全性与可靠性高，无须更换电池，一次充电续航里程长，达到了普通汽油车的续航里程，各项技术指标均能满足日常运营需求。

根据目前上海世博会各类新能源汽车的试用情况来看，各类专业和媒体口碑最好的评价是:

性价比最高的、价格比最低的、并且使用较为方便的、成本消耗和维护消耗成本最低的、最经济实惠的是这2类汽车:

1.油电混合动力汽车、2.超级电容纯电动汽车。

国产超级电容器已进入实用化阶段

据上海奥威科技开发有限公司介绍，该司法拉级的超级电容器年产量已达几百万只，批量应用于各种数据贮存系统和低功耗无电源器具，大容量级的超级电容器已在高尔夫车和公交车等交通工具上进行应用试验。

48V的高尔夫车使用80只5万法拉的双电层电容器，每2只并联后再串联，工作电流为30A，电容器组的体积与48V180Ah的蓄电池相近，70A充电10分钟，可行驶20千米。

公交车系统由传统无轨电车改制而成，11.5米长，采用360只8万法拉的双电层电容器串联而成，电容器安装在电车的贮物箱中，工作电压为590至400V，160A充电近2分钟，汽车空载行驶可达8.9千米，负载6吨并带空调的情况下可行驶3.5千米;该车已试验运行近万千米，公司已在上海浦东郭守敬路建示范自动充电站一座，给电容器充电由自动控制系统自动完成。

该司计划在适当的时候首先将大容量超级电容器应用于公交车，在公交车的首发站和终点站建立自动

充电系统，对于线路较长的公交车，可在中途增加适量充电站，利用上下乘客的时间给电容器补充电。

上海奥威科技开发有限公司是我国目前规模最大的非对称双电层电容器的开发和生产企业，该司开发的双电层电容器，其比容量目前已达到蓄电池的1/4至1/3。

超级电容器电动大客车是城市公共交通现代化的最佳方案——环保、节能、成本低～

一、超级电容器的技术特点

超级电容器的研制成功是储能设备（蓄电池）的一次革命:

其他储能设备，都是由电能转变成化学能，再由化学能转变成电能，两次转变能量有损失，超级电容器直接充电，再直接放电，能量形式没有转变，能量也没有损失;充放电效率高达98%，经济价值大，只有铅酸电池的70%。

超级电容器是上个世纪七十年代末，出现的一种产品，它突破了传统的电容器设计思想，电容器由微法拉级提高到法拉级（1法拉=106微法拉），创造出1000法拉级超级电容器;到上个世纪末，又先后出现了10,000-100,000法拉的牵引型超级电容器，从此超级电容器开始进入电池应用市场，出现了超级电容器电动车的新概念，它以其优异的性能，改变了人们的传统认识，建立了全新的交通运输电动车的设计思想。

超级电容器比功率大，其特性是:

充电时，充电量大，充电量快;放电时，放电量大，放电量快。

在电动车辆运行时，起步快，加速快，爬坡有力，比铅酸电池大30多倍，这是电动车能用得上最重要的性能。

超级电容器比能量小，其特性是:

同等重量超级电容器续驶里程，仅为铅酸电池的1/3，这是超级电容器一大缺陷。

超级电容器续驶里程短，跑不远;但充电速度快，可以弥补续驶里程短的缺陷，补救的方法是在城市交通线路的两头建立充电站，这样超级电容器电动车的续驶里程，可以不受限制。

二、超级电容器的优点:

1、超级电容器是绿色能源（活性炭），不污染环境。

2、超级电容器寿命长（1-10万次）;铅酸电池寿命短（500次），易损坏，难管理，是铅酸电池的20~200倍，可以与设备同命运。

3、超级电容器充电速度快（0.3秒~15分钟）;铅酸电池充电时间长（5~8小时），很多电池就是充电时间长，续驶里程短。

4、超级电容器充放电效率高（98%）;铅酸电池充放电效率低（70%）;

5、超级电容器功率密度高（10.000W/kg）;铅酸电池功率密度低（300W/kg），差30多倍。

6、超级电容器彻底免维护，工作温度范围（-40~50）;铅酸电池电动车在-40?

续驶里程减少90%，超级电容器只减少10%。

7、超级电容器电动大客车能量回收强，紧急制动能量回收高达75%;铅酸电池能量回收仅为5%，这点对公共大客车太重要了，可以节约大量的燃料。

8、相对成本低。

超级电容器价格比铅酸电池高一倍在大量生产后价格还会下降;但超级电容器的寿命比铅酸电池高10倍，这点对公共大客车产业化非常重要。

三、二元动力超级电容器电动车为什么能省油,为什么能减少污染,

二元动力超级电容器电动车，其中最大的优点，就是充分发挥超级电容器在低转数，大负荷情况下，能量基本不受损失;在减速、下坡、刹车情况下，其能量能回收。

避开内燃机在低转速、大负荷;高转速、高负荷费油的状态下运行，使发动机永远在最佳状态下运行，即省了油，又减少了污染，二元动力超级电容器电动车能节油30%~50%，减少污染70%~90%。

——起步阶段:

转数低、负荷大、费油;这个阶段内燃发电机组在最佳状态运转，这时要用超级电容器启动、加速，并向超级电容器充电。

——正常运转阶段:

这时内燃发电机组是在最佳状态运行，并向电动机输出动力，这时公共大客车负荷最小，也最省油，并向超级电容器充电。

——高速运转阶段:

内燃发电机组向电动机输出稳定的动力，超级电容器也向电动机输出动力。

这个阶段电动机转数高、负荷也大，公共大客车车速也最快。

——刹车、停车、减速、下坡阶段:

这时发电机组、超级电容器停止向电动机输出动力，这时大客车所储备的动能，电动机转变成发电机向超级电容器充电，能吸收70%的动能，尤其城市公共交通，能节省大量的燃料。

四、我国在超级电容器技术方面处于领先地位

我国黑龙江、哈尔滨巨容公司，经自主研究开发超级电容器，在技术上在国际上处于领先地位，拥有独立的知识产权，产品的技术水平与俄罗斯同类产品相近（见表3）。

俄罗斯的产品被17届国际电动车年会（EVS-17）评价为目前国际上最先进的超级电容器，知识产权价值2亿美元。

我国哈尔滨巨容公司的超大电容VC系列产品是采用国内各种成熟技术，以优化组合而制成的，所以具有成熟的技术基础和产业基础。

产品经过几年的运行试验，性能指标完成符合设计要求，产品已列入了国家的863项目，并出口到美国、加拿大等国家。

以上情况证明该产品的技术具有一定的先进性和成熟性，具备了装备各种电动车的基本条件。

超级电容器在电力系统中的应用:

分布式发电系统,变/配电直流系统,动态电压跌落装置,静态同步补偿器.

电车,卫星,移动通信电源,医疗应急电源

光伏发电:

2005年,中科院电工所承担的863项目”可再生能源发电超级电容器储能系统关键技术研究”通过鉴定,完成了用于光伏发电系统的300Wh/kW超级电容器储能系统的研究开发。

超级电容器有哪些应用,

（1）作为固定线路电动汽车的主电源，提供短途行驶所需要的能量;

（2）作为混合电动车的辅助动力电源，提供短时间大功率（启动、爬坡、加速时）并回收刹车能量，起到重要的功率平衡作用;

（3）作为车辆、机械、船舶等大型机械设备中燃油发动机的辅助电源，形成油电混合动力，使发动机始终工作在最佳的功率区间，大幅度降低燃油的消耗、减少有害气体排放;

（4）作为特种车辆和机械的低温起动电源;

（5）作为电池型电动工具的主电源，提供驱动的能量;

（6）作为太阳能、风能发电系统中的永久性蓄能装置;

（7）作为电站直流操作电源、高压环网功率补偿电源等;