超级电容器技术标准与应用.ppt

超级电容器技术标准与应用.ppt

《超级电容器技术标准与应用.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《超级电容器技术标准与应用.ppt（30页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

超级电容器技术、标准与应用超级电容器技术、标准与应用超级电容器标准工作组超级电容器标准工作组秘书处秘书处主要内容主要内容超级电容标准工作组简介超级电容标准工作组简介超级电容标准工作组简介超级电容标准工作组简介1122超级电容器应用领域超级电容器应用领域超级电容器应用领域超级电容器应用领域44超级电容器技术概述超级电容器技术概述超级电容器技术概述超级电容器技术概述超级电容器标准化超级电容器标准化超级电容器标准化超级电容器标准化33一、超级电容标准工作组一、超级电容标准工作组中国电子技术标准化研究院中国电子技术标准化研究院（工业和信息化部电子第四研究院，简称CESI）资质授权资质授权QualificationAuthorization政府授权政府授权电子信息产品标准化国家工程实验室国家数字音视频及多媒体产品质量监督检测中心国家认证认可监督管理委员会制定CCC检测机构国防微电子元器件一级计量站工业和信息化部工业（电子信息）产品质量控制与技术评价赛西实验室电子工业安全与电磁兼容检测中心信息处理产品标准复合型检测中心工业和信息化部数字电视标准复合型检测中心工业和信息化部电子计量中心工业和信息化部电子信息产品污染控制技术促进中心北京市中关村开放实验室国家软件标准化推广中心国家OID注册中心国家IC卡注册中心商务部出口商品技术服务中心国际认可国际认可国际电工委员会电工产品合格与认证组织（IECEE）认可的CB实验室美国保险商实验室（UL）认可的第三方数据交换（TPTDP）实验室美国联邦通信委员会（FCC）认可注册的电磁兼容实验室德国莱茵TUV认证机构指定的中国代理实验室挪威NEMKO认可实验室APMG授权的ITSMS、ITILV3、PRINCE2培训与考试机构蓝光光碟联盟授权国际认证测试中心（Blu-rayDisc）视像电子标准协会授权国际认证测试中心（DisplayPort）数字生活网络联盟授权国际认证测试中心（DLNA）杜比实验室授权国际认证测试中心（DolbyDigital）高清晰度多媒体接口组织授权国际认证测试中心（HDMI）高宽带数字内容保护技术组织授权国际认证测试中心（HDCP）通用即插即用论坛授权国际认证测试中心（UPnP）二、超级电容器技术概述二、超级电容器技术概述Figure1Comparisonbetweendifferenttypesofenergystoragemechanisms.Thevariationofthepotentialwiththeamountofchargeextractedisshownabove,andtheamountofenergyavailableisshownbelowbytheareasunderthecurves.QmaxVmaxVQmaxQVmaxVQmaxQVmaxVVmaxVQmaxQVmaxVVmaxVQmaxQQmaxQ双电层电极双电层电极双电层电极双电层电极扦插反应电极扦插反应电极扦插反应电极扦插反应电极重构反应电极重构反应电极重构反应电极重构反应电极QHuggins,A.Robert,SolidStateIonics,2000,134,179.Stern模型的双电层电位分布图模型的双电层电位分布图（a）电荷分布；（电荷分布；（b）电位分布）电位分布二、超级电容器技术概述二、超级电容器技术概述Helmholts、Chapman、Stern、Grahame、Bockris式中式中为金属电位，为金属电位，为溶液电位，为溶液电位，为离子与电极之间的最为离子与电极之间的最近距离近距离（等于离子半径等于离子半径）的电位。

对电荷密度微分：

的电位。

对电荷密度微分：

式中式中为双电层电容，为双电层电容，为紧密层电容；为紧密层电容；为分散层电容，等于两个串为分散层电容，等于两个串联电容联电容和和的总电容。

即把双电层的微分电容看成是由紧密层电容和分散的总电容。

即把双电层的微分电容看成是由紧密层电容和分散层电容串连组成，如图所示：

层电容串连组成，如图所示：

二、超级电容器技术概述二、超级电容器技术概述对对欠欠电电位位沉沉积积而而言言，一一个个常常见见的的例例子子是是Pb在在Au表表面面上上的的沉沉积积，相应的反应可用下式表示：

相应的反应可用下式表示：

Au+Pb2+2xe-=AuxPb

（1）一一种种理理想想的的情情形形是是Pb在在电电极极上上的的吸吸附附服服从从电电化化学学Langmuir等等温温方程：

方程：

（2）为为电电解解质质溶溶液液中中Pb2+的的浓浓度度，为为对对应应的的参参比比电电极极的的电电极极电电位位，为表面覆盖系数，一般而言，为表面覆盖系数，一般而言，01。

根据根据

（2）式可得到如下两个结论：

式可得到如下两个结论：

1当当由由0变变化化至至1即即Pb原原子子在在Au表表面面的的覆覆盖盖率率由由0增增大大到到被被整整体体单单层层覆覆盖盖时时，则则电电压压也也因因此此而而连连续续变变化化，这这一一点点与与通通常常电电池充电过程中电势为定值有不同之处。

池充电过程中电势为定值有不同之处。

2该式可写成如下电容表达式该式可写成如下电容表达式二、超级电容器技术概述二、超级电容器技术概述即为赝电容即为赝电容（pseudocapacitance），为为Au表面吸附一完整表面吸附一完整Pb原子单原子单层所需电荷量。

层所需电荷量。

将（将（22）式微分结合（）式微分结合（33）式有：

）式有：

对于研究较多的对于研究较多的RuO2/H2SO4体系而言，电极上发生的法拉第反应是体系而言，电极上发生的法拉第反应是孔隙中可逆的质子迁入或迁出。

反应式为：

孔隙中可逆的质子迁入或迁出。

反应式为：

RuO2+xH+xe-=RuO2-x（OH）x根据根据Nernst方程方程（3）（4）（5）（6）二、超级电容器技术概述二、超级电容器技术概述根据根据Nernst方程方程（1.10）表示电极材料氧化还原过程中的相对氧化程度。

虽然表示电极材料氧化还原过程中的相对氧化程度。

虽然该式由溶液中的氧化还原过程而来，但原则上也适用该式由溶液中的氧化还原过程而来，但原则上也适用于其它具有连续可变氧化还原程度的过程。

于其它具有连续可变氧化还原程度的过程。

若将若将（1.10）式与（式与（1.5）的对数形式比较，我们可以得到）的对数形式比较，我们可以得到相似的结果。

这就要求与此类似的电容器电极材料需相似的结果。

这就要求与此类似的电容器电极材料需要具备氧化还原中心，以此产生连续的电子输运与离要具备氧化还原中心，以此产生连续的电子输运与离子传输。

子传输。

静静电电电电容容器器和和电电解解电电容容器器具具有有低低的的或或零零ESRESR和和有有限限的的ESRESR与与相相位位的的频频率率依赖性依赖性高操作电压、高操作功率高操作电压、高操作功率充充放放电电速速率率受受动动力力学学限限制制，因因而而也也受限于动力学。

受限于动力学。

受电活性物质化学性质及电解质分解受电活性物质化学性质及电解质分解电压的影响，操作电压较低电压的影响，操作电压较低静电电容器、双电层电容器静电电容器、双电层电容器赝电容超级电容器赝电容超级电容器电池及超级电容器的优缺点及特性电池及超级电容器的优缺点及特性9090相角相角无限可逆无限可逆电容不随电压而变电容不随电压而变可自我指示充放电程度可自我指示充放电程度相位角是频率的函数，但具有传输线相位角是频率的函数，但具有传输线行为。

行为。

高度可逆高度可逆电容与电压有关电容与电压有关可自我指示充放电程度可自我指示充放电程度能能够够在在一一定定的的电电位位下下保保持持恒恒电电流流放放电。

电。

有固定的自由能有固定的自由能能保持恒电流放电。

能保持恒电流放电。

自由能随材料的转化而连续变化自由能随材料的转化而连续变化电池电池超级电容器超级电容器静电电容器、双电层电容器的优缺点及特性静电电容器、双电层电容器的优缺点及特性若放电过程中不发生热力学改变，电若放电过程中不发生热力学改变，电动势始终保持不变。

动势始终保持不变。

若不是从非常广义的角度看，其行为若不是从非常广义的角度看，其行为并非是电容式的。

并非是电容式的。

通常是不可逆的（材料不可逆性可动通常是不可逆的（材料不可逆性可动力学不可逆性）。

力学不可逆性）。

电位线性变化不能保持恒电流电位线性变化不能保持恒电流电位已连续方式与热力学状态有关，电位已连续方式与热力学状态有关，相关因子是相关因子是logx/（1-x）其行为是电容式的。

其行为是电容式的。

具有高度可逆性（具有高度可逆性（RuO2可循环可循环104-106次）次）电位线性变化能保持恒电流电位线性变化能保持恒电流到目前为止，IEC在该领域主要发布了以下标准：

lIEC62391-1电子设备用功率型固定双电层电容器总规范lIEC62391-2-1电子设备用功率型固定双电层电容器空白详细规范lIEC62391-2-2第2部分电子设备用固定双电层电容器分规范lIEC62576电动车用双电层电容器电性能测试方法l日本最近又提出了电子设备用锂离子电容器电性能测试方法的提案lUN38.3的修订过程中，专门针对超级电容器增加了新的规定。

国外标准现状三、超级电容器标准化三、超级电容器标准化1、标准化工作体系缺失2、标准体系没有建立3、检测评价缺乏标准4、质量与可靠性方面需要标准化支撑国内标准化原则之一原则之一资源综合利用资源综合利用原则之二原则之二综合综合标准化原则之三原则之三全寿命周期全寿命周期标准体系构建原则三、超级电容器标准体系构建三、超级电容器标准体系构建标准化要素分析标准化要素分析l将超级电容器需要制定的所有标准看成一个标准综合体将超级电容器需要制定的所有标准看成一个标准综合体；l标标准准化化要要素素包包括括：

原原料料、电电极极材材料料和和电电解解液液、超超级级电电容容器器单单体体、超超级级电电容容器器组组、生生产产技技术术、测测试试和和检检验验方方法法、接接口口、包包装装、贮存、运输、回收要求技术要求贮存、运输、回收要求技术要求；l确定标准化对象确定标准化对象。

三、超级电容器标准体系构建三、超级电容器标准体系构建超级电容器标准化要素图三、超级电容器标准体系构建三、超级电容器标准体系构建标准体系框架三、超级电容器标准体系构建三、超级电容器标准体系构建超级电容器标准体系表超级电容器标准体系表三、超级电容器标准体系构建三、超级电容器标准体系构建编号编号项目代号项目代号名名称称是否重是否重点点所属行业所属行业类别类别状态状态112012-2176T-SJ2012-2176T-SJ超级电容器分类及型号命名方法超级电容器分类及型号命名方法是是电子电子行标行标已立项已立项222012-2191T-SJ2012-2191T-SJ动力型超级电容器电性能测试方法动力型超级电容器电性能测试方法是是电子电子行标行标已立项已立项332012-2388T-SJ2012-2388T-SJ超级电容器充电器通用技术要求超级电容器充电器通用技术要求电子电子行标行标已立项已立项442012-2389T-SJ2012-2389T-SJ超级电容器术语超级电容器术语电子电子行标行标已立项已立项55超级电容器安全技术要求超级电容器安全技术要求电子电子国标国标已行标立已行标立项项,正申报正申报国标国标77电网削峰填谷用超级电容器规范电网削峰填谷用超级电容器规范是是电子电子行标行标已立项已立项88轨道交通用超级电容器规范轨道交通用超级电容器规范是是电子电子行标行标已立项已立项99数据通讯用锂离子电容器数据通讯用锂离子电容器规范规范电子电子行标行标申报中申报中1010风力变浆系统后备电源用超级电容器风力变浆系统后备电源用超级电容器规规范范电子电子行标行标申报中申报中表1标准立项项目超级电容器标准制定情况三、超级电容器标准体系构建三、超级电容器标准体系构建液态氢液态天然气汽油NiCd电池NiH电池锂离子电池铅酸电池几种电池、液态氢和液态天然气和汽油体积比能量对比四、超级电容器应用领域四、超级电容器应用领域G7.8元元/