超级电容器的发展与应用课件

1超级电容器的技术发展超级电容器的技术发展与应用与应用 2015.11.13 2015.11.13 南通南通南通南通杨裕生杨裕生1超级电容器的技术发展与应用 2015.11.13 南2 超级电容器的主要不足是比能量不高，而电池超级电容器的主要不足是比能量不高，而电池的主要问题是要提高比功率和延长循环寿命，二者的主要问题是要提高比功率和延长循环寿命，二者并联使用在一定程度上可以互补而得较好的效果。并联使用在一定程度上可以互补而得较好的效果。一、电池与超级电容器的融合一、电池与超级电容器的融合外并外并外并外并电池与超级电容器并联使用电池与超级电容器并联使用电池与超级电容器并联使用电池与超级电容器并联使用并联电源的比功率和寿命并联电源的比功率和寿命 比电池提高比电池提高电路复杂、体积庞大、价格昂贵、使用不便电路复杂、体积庞大、价格昂贵、使用不便电池电池控制控制器器充电器充电器充电器充电器电容器电容器2 超级电容器的主要不足是比能量不高，而电池的主3 近些年，超级电容器和电池进行内部近些年，超级电容器和电池进行内部“融合融合”，即超级电容器里加入电池的电极材，即超级电容器里加入电池的电极材料，也在电池中添加活性炭。料，也在电池中添加活性炭。电池中增加电容器功能，提高比功率和寿命电池中增加电容器功能，提高比功率和寿命超级电容器中超级电容器中融合电池材料，融合电池材料，融合电池材料，融合电池材料，比能量有所提高比能量有所提高优越性：省去并联线路；自动调整电压优越性：省去并联线路；自动调整电压 简化管理系统；加快电池充电简化管理系统；加快电池充电电容器与电池的电容器与电池的“外并外并”改改“内并内并”3 近些年，超级电容器和电池进行内部“融合”，4 随着研究的进展，衍生出许多不同的组随着研究的进展，衍生出许多不同的组合方式，取了许多新名称，虽然大多数的组合方式，取了许多新名称，虽然大多数的组合方式与名称相符，但也有个别是有意无意合方式与名称相符，但也有个别是有意无意的名不符实。的名不符实。应该整理一下应该整理一下 首先划分首先划分“电池的变种电池的变种”与与“电容器的电容器的变种变种”，然后再行细分，并研究机理。，然后再行细分，并研究机理。4 随着研究的进展，衍生出许多不同的组合方式，取5超级电容器超级电容器两个电极均以两个电极均以双电层原理双电层原理蓄电蓄电的储能器件的储能器件超级电容器主要用活性炭（大超级电容器主要用活性炭（大比表面的炭）作为活性物质比表面的炭）作为活性物质超级电容器的电解液超级电容器的电解液水溶液体系：酸、碱、中性水溶液体系：酸、碱、中性 有机溶液体系有机溶液体系电压高电压高超级电容器及其变种超级电容器及其变种超级电容器的比能量低超级电容器的比能量低活活性性炭炭活活性性炭炭隔隔膜膜5超级电容器两个电极均以双电层原理蓄电的储能器件超级电容器主61、混合型超级电容器、混合型超级电容器简称混合电容器简称混合电容器一个电极以双电层原理蓄电、一个电极以双电层原理蓄电、另一个为电池电极的储能器件另一个为电池电极的储能器件例例1：正极：正极PbO2,负极活性炭负极活性炭例例2:正极正极NiOOH,负极活性炭负极活性炭水溶液电解质水溶液电解质advanced lead-acid batteries（美国？）（美国？）活活性性炭炭+活活性性炭炭氧氧化化铅铅+活活性性炭炭氧氧化化镍镍61、混合型超级电容器简称混合电容器一个电极以双电层原理蓄7比功率、比能量、充比功率、比能量、充-放电寿命放电寿命介于介于电池与超级电容器之间，接近超级电容器电池与超级电容器之间，接近超级电容器例例3:正极活性炭正极活性炭,负极负极Li4Ti5O12有机溶液电解质有机溶液电解质1 1、混合型超级电容器、混合型超级电容器、混合型超级电容器、混合型超级电容器（续）（续）（续）（续）简称混合电容器简称混合电容器简称混合电容器简称混合电容器+活活性性炭炭钛钛酸酸锂锂混合（不对称）电容器兼收两者的优点混合（不对称）电容器兼收两者的优点 也继承了两者的缺点也继承了两者的缺点两者的折衷两者的折衷例例4:正极活性炭正极活性炭,负极能嵌锂的碳负极能嵌锂的碳(江海江海)7比功率、比能量、充-放电寿命介于例3:正极活性炭,负极L82、混合型电池电容器、混合型电池电容器混合型混合型超级电容器超级电容器的的活性炭正极中活性炭正极中活性炭正极中活性炭正极中 混入锂离子电池正极材料混入锂离子电池正极材料混入锂离子电池正极材料混入锂离子电池正极材料国外报道国外报道国外报道国外报道成都有机所成都有机所成都有机所成都有机所A.D.Pasquier et.al J Power Sources136(2004)160正极：活性炭电极正极：活性炭电极正极：活性炭电极正极：活性炭电极 60-45%60-45%加加加加15-30%15-30%LiMn LiMn2 2OO4 4负极：负极：负极：负极：LiLi4 4TiTi5 5OO1212Xuebo Hu et.al J PowerSources187(2009)635 4C4C恒电流下：恒电流下：恒电流下：恒电流下：14.47Wh/kg14.47Wh/kg，50005000次衰减次衰减次衰减次衰减8%1000m 1000m2 2/g/g2 2、高高高高中孔率中孔率-合理的孔结构合理的孔结构3 3、高高高高电导率电导率4 4、高高高高的堆积比重的堆积比重5 5、高高高高纯度纯度-灰份灰份 0.1%1000m2/电容炭主要靠进口电容炭主要靠进口防化研究院中试连续性生产线防化研究院中试连续性生产线BTR公司工程化生产线公司工程化生产线6 6月通过鉴定月通过鉴定电容炭主要靠进口防化研究院中试连续性生产线BTR公司工程化生SBP-BFSBP-BF4 4提高电解液的分解电压提高电解液的分解电压 减小电解质离子半径3.0V3.0V，比能量，比能量23%23%B F4NB F4N四氟硼酸四乙铵四氟硼酸四乙铵四氟硼酸螺环季铵四氟硼酸螺环季铵4个乙基两两成环个乙基两两成环提高稳定性提高稳定性减小体积减小体积问题：正极的稳定寿命问题：正极的稳定寿命SBP-BF4提高电解液的分解电压BF4NBF4N四氟硼酸四3、增长寿命、增长寿命减少炭材料的杂质和水分，调节官能团减少炭材料的杂质和水分，调节官能团2、提高比功率、提高比功率铝箔预先涂覆导电炭层，增强活性层与铝箔的电铝箔预先涂覆导电炭层，增强活性层与铝箔的电接触，降低电极内阻接触，降低电极内阻4、环保化、环保化开发高安全性、高性能超级电容器开发高安全性、高性能超级电容器研究无毒的溶剂，替代乙腈研究无毒的溶剂，替代乙腈长寿命和高功率是双电层超级电容器的两大优势长寿命和高功率是双电层超级电容器的两大优势不宜过分追求高比能量而牺牲它们不宜过分追求高比能量而牺牲它们3、增长寿命减少炭材料的杂质和水分，调节官能团2、提高比功率1、超级电容器在电动汽车中的应用、超级电容器在电动汽车中的应用混合动力汽车混合动力汽车汽车启停系统汽车启停系统燃料电池汽车燃料电池汽车城市轨道交通城市轨道交通纯电动汽车纯电动汽车与其他能量部件（发动机、蓄与其他能量部件（发动机、蓄电池、燃料电池）并联工作电池、燃料电池）并联工作：提供车辆启动需求的高功率提供车辆启动需求的高功率承受制动能量全回馈的高功率冲击承受制动能量全回馈的高功率冲击承受大电流快速充电的高功率冲击承受大电流快速充电的高功率冲击如果是内燃机如果是内燃机可减小其设计功率，减轻可减小其设计功率，减轻重量，节省油料，降低污染；重量，节省油料，降低污染；如是燃料电池如是燃料电池适应路况需求适应路况需求各种蓄电池各种蓄电池延长电池寿命，节省电能延长电池寿命，节省电能 效效果果三、超级电容器的应用三、超级电容器的应用1、超级电容器在电动汽车中的应用混合动力汽车与其他能量部件（新能源汽车单独应用超级电容器新能源汽车单独应用超级电容器“十城千辆”节能与新能源汽车示范工程以混合动力为主能源构成能源构成比例比例主要采用厂家主要采用厂家 油油+超级电容超级电容67%67%南车时代、宇通客车、海格客车南车时代、宇通客车、海格客车油油+超级电容超级电容+锂电池锂电池7%7%金旅客车、中通客车、大金龙金旅客车、中通客车、大金龙 油油+锂电池锂电池21%北汽福田、五洲龙北汽福田、五洲龙锂电池纯电动锂电池纯电动5%比亚迪、众泰等比亚迪、众泰等(深圳市今朝时代公司2012年提供)南车南车2011年生产了年生产了1000辆超级电容器混合动力客车辆超级电容器混合动力客车C/CC/C有机体系超级电容器，是回收刹车能量的首选。有机体系超级电容器，是回收刹车能量的首选。适合适合适合适合在混合电动车使用，节油率在混合电动车使用，节油率15%-20%15%-20%新能源汽车单独应用超级电容器“十城千辆”节能与新能源汽车示范1 1、以铅酸电池、以铅酸电池、以铅酸电池、以铅酸电池+电容器为电源（北京科凌）电容器为电源（北京科凌）电容器为电源（北京科凌）电容器为电源（北京科凌）增程式电动公交车增程式电动公交车从北京开到扬州从北京开到扬州两天两天1100公里公里中途充电一次中途充电一次百公里油耗百公里油耗百公里油耗百公里油耗19L19L19L19L(均速均速均速均速50km/h50km/h50km/h50km/h下下下下)2 2、以镍、以镍、以镍、以镍-炭混合电容器为电源（青年炭混合电容器为电源（青年炭混合电容器为电源（青年炭混合电容器为电源（青年-巨容）巨容）巨容）巨容）（还有以锂离子电池为电源）（还有以锂离子电池为电源）（还有以锂离子电池为电源）（还有以锂离子电池为电源）1、以铅酸电池+电容器为电源（北京科凌）增程式电动公交车从北城市公共交通城市公共交通城市无轨电车城市无轨电车上海奥威镍碳混合电容器上海奥威镍碳混合电容器城市轨道交通城市轨道交通宁波南车炭炭超级电容器宁波南车炭炭超级电容器快速充电电源快速充电电源宁波南车炭炭超级电容器宁波南车炭炭超级电容器 避免对电网的冲击避免对电网的冲击问题：车价昂贵；充电站多问题：车价昂贵；充电站多城市公共交通城市无轨电车上海奥威镍碳混合电容器问题：车价只有电动机驱动只有电动机驱动只有电动机驱动只有电动机驱动故属纯电驱动故属纯电驱动故属纯电驱动故属纯电驱动行驶前电池组充电行驶前电池组充电行驶前电池组充电行驶前电池组充电途中小功率发电机途中小功率发电机途中小功率发电机途中小功率发电机在最佳工况下发电在最佳工况下发电在最佳工况下发电在最佳工况下发电节能节能节能节能发电机与电源组并联驱动电动机发电机与电源组并联驱动电动机发电机与电源组并联驱动电动机发电机与电源组并联驱动电动机 也给电源充电也给电源充电也给电源充电也给电源充电50505050公里内不用油；长途仍需用油公里内不用油；长途仍需用油公里内不用油；长途仍需用油公里内不用油；长途仍需用油 但可省油一半以上但可省油一半以上但可省油一半以上但可省油一半以上电源组电源组电电机机机机变速速箱箱充充充充电电器器器器220V纯电动车纯电动车发电机发电机油箱油箱内燃机内燃机纯电动汽车增程纯电动汽车增程高功率电池或储能电池高功率电池或储能电池高功率电池或储能电池高功率电池或储能电池+超电容超电容超电容超电容 提供提供提供提供 回收电能回收电能回收电能回收电能增程式电动汽车增程式电动汽车(EREV)科技部科技部863863计划支持计划支持增程式增程式电动轿车和客车了电动轿车和客车了只有电动机驱动行驶前电池组充电途中小功率发电机在最佳工况 2、超级电容器在电网中应用、超级电容器在电网中应用比能量低，限制了它在规模蓄电中应用比能量低，限制了它在规模蓄电中应用用于：电网的调频；用于：电网的调频；瞬时电压波动的平抑瞬时电压波动的平抑 风力发电机的浆距调节风力发电机的浆距调节 2、超级电容器在电网中应用比能量低，限制了它在规模蓄电中应回收位能：回收位能：港机港机 电梯电梯 要要努力开发努力开发 3、超级电容器在节能中应用、超级电容器在节能中应用回收位能：3、超级电容器在节能中应用28谢谢！谢谢！28谢谢！