超级电容器的技术发展ppt课件.ppt

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1、1,超级电容器的技术发展与应用,2015.11.13 南通,杨裕生,2,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,外并电池与超级电容器并联使用,并联电源的比功率和寿命 比电池提高,电路复杂、体积庞大、价格昂贵、使用不便,3,近些年，超级电容器和电池进行内部“融合”，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。,电池中增加电容器功能，提高比功率和寿命,超级电容器中融合电池材料，比能量有所提高,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,电容器与电池的

2、“外并”改“内并”,4,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与名称相符，但也有个别是有意无意的名不符实。应该整理一下 首先划分“电池的变种”与“电容器的变种”，然后再行细分，并研究机理。,5,超级电容器,两个电极均以双电层原理蓄电的储能器件,超级电容器主要用活性炭（大比表面的炭）作为活性物质,超级电容器的电解液水溶液体系：酸、碱、中性 有机溶液体系电压高,超级电容器及其变种,超级电容器的比能量低,6,1、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电、另一个为电池电极的储能器件,例1：正极PbO2,负极活性炭,例2:正极NiOOH,负极活性炭

3、,水溶液电解质,advanced lead-acid batteries（美国？）,7,比功率、比能量、充-放电寿命介于电池与超级电容器之间，接近超级电容器,例3:正极活性炭,负极Li4Ti5O12,有机溶液电解质,1、混合型超级电容器（续）简称混合电容器,混合（不对称）电容器兼收两者的优点 也继承了两者的缺点两者的折衷,例4:正极活性炭,负极能嵌锂的碳(江海),8,2、混合型电池电容器,混合型超级电容器的活性炭正极中 混入锂离子电池正极材料,国外报道,成都有机所,A.D.Pasquier et.al J Power Sources136(2004)160,正极：活性炭电极 60-45%加15

4、-30%LiMn2O4负极：Li4Ti5O12,Xuebo Hu et.al J PowerSources187(2009)635,4C恒电流下：14.47Wh/kg，5000次衰减8%,正极：活性炭电极 加少部分 LiCoO2 负极：Li4Ti5O12,活性炭仍为主,9,电池中的电极与活性炭电极并联,电池添加活性炭的变种,电池的电极中混入少部分活性炭电容型电池,10,1、超级电池铅酸电池铅负极并联炭电极,铅酸电池,混合电容器,超级电池UltraBattery,L.T.Lam&R.LoueyJ Power Sources158(2006)1140,+,11,2、电池的电极中混入活性炭电容型电池

5、,将活性炭混入铅酸电池负极活性炭混入锂离子电池正极（江苏常州，辽宁朝阳，2011年6月）活性炭混入镍氢电池负极（天津国泰之光研究院，2011年9月）,混入活性炭的效果：(+)比功率提高 循环性改善(-)比能量减低活性炭占了电极部分位置 可能增加电极析气量和调浆、涂佈难度,12,2.1 电容型铅酸电池“铅炭电池”炭加到入铅酸电池的负极中,铅酸电池,混合电容器,铅炭电池,较超级电池工艺简单,13,2.2 电容型锂离子电池,常州 华日升凯晟能源科技有限公司 2011年6月会议，7月技术论证咨询会“高功率、高能量和高安全性 磷酸铁锂锂离子动力电容电池”,朝阳 立塬新能源有限公司 2011年6月会议，2

6、012年1月成果鉴定会 正极：LiFePO4 加活性炭；负极：碳,锂离子电池正极中加入活性炭活性炭为辅,正极：LiFePO4 加活性炭；负极：碳,功率型：78Wh/kg，3000次衰减至65.8Wh/kg（84%）2243W/kg；20下，71.2Wh/kg；能量型：117Wh/kg，500次容量保持97.0%1740W/kg；20下，94.2Wh/kg,14,“镍碳超级电容器”,科技日报2010年9月报道,镍氢电池的负极中加入活性炭,活性炭在负极中占30%储氢合金占主导地位,镍氢电池的基本结构未变电池负极中的活性炭占小头活性炭为辅,2.3 电容型镍氢电池,上述的名称都较长，是为了准确、全面地

7、反映蓄电器件的实质。当然，应该允许有简称，但是无论如何简化，是“电池”还是“电容器”必须正确地表达清楚，不要混淆。,15,小结：超级电容器与电池的变种,16,根据市场的需要，在尽量保持长寿命和高功率的同时,努力提高提高比能量,二、超级电容器的技术发展动向,提高电极的比电容 新型高比容量碳材料,1、提高比能量,石墨烯作电极导电添加剂多孔石墨烯、立体石墨烯主材料,价格？,多孔电容炭材料性能要求,1、高比表面 1000m2/g2、高中孔率-合理的孔结构3、高电导率4、高的堆积比重5、高纯度-灰份 0.1%6、高性价比7、对电解液具有良好的浸润性8、析气少,各指标间相互矛盾,高性能、低成本电容炭,电容

8、炭主要靠进口,防化研究院中试连续性生产线,BTR公司工程化生产线6月通过鉴定,SBP-BF4,提高电解液的分解电压 减小电解质离子半径3.0V，比能量23%,四氟硼酸四乙铵,四氟硼酸螺环季铵,4个乙基两两成环提高稳定性减小体积,问题：正极的稳定寿命,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,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,4、环保化,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,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,1、超级电容器在电动汽车中的应用,混合动力汽车汽车启停系统燃料电池汽车城市轨道交

9、通纯电动汽车,与其他能量部件（发动机、蓄电池、燃料电池）并联工作：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大电流快速充电的高功率冲击,如果是内燃机可减小其设计功率，减轻重量，节省油料，降低污染；如是燃料电池适应路况需求各种蓄电池延长电池寿命，节省电能,效果,三、超级电容器的应用,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,(深圳市今朝时代公司2012年提供),南车2011年生产了1000辆超级电容器混合动力客车,C/C有机体系超级电容器，是回收刹车能量的首选。适合在混合电动车使用，节油率15%-20%,1、以铅酸电池+电容器为电源（北京科

10、凌）,增程式电动公交车,从北京开到扬州两天1100公里中途充电一次,百公里油耗19L(均速50km/h下),2、以镍-炭混合电容器为电源（青年-巨容）,（还有以锂离子电池为电源）,城市公共交通,城市无轨电车上海奥威镍碳混合电容器城市轨道交通宁波南车炭炭超级电容器快速充电电源宁波南车炭炭超级电容器 避免对电网的冲击,问题：车价昂贵；充电站多,只有电动机驱动故属纯电驱动,行驶前电池组充电途中小功率发电机在最佳工况下发电节能,发电机与电源组并联驱动电动机 也给电源充电,50公里内不用油；长途仍需用油 但可省油一半以上,高功率电池或储能电池+超电容 提供回收电能,增程式电动汽车(EREV),科技部863计划支持增程式电动轿车和客车了,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用,用于：电网的调频；瞬时电压波动的平抑 风力发电机的浆距调节,回收位能：港机 电梯 要努力开发,3、超级电容器在节能中应用,28,谢谢！,