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    电动清扫车超级电容的储电原理、性能特点介绍

      发表时间:2018-11-20 17:51  点击次数:

    电动清扫车超级电容是近期发展起来的一种新型储能元件,它既像静电电容 一样具有很高的放电功率,又像电池一样具有很大的电荷储存能力, 使得在这两种元件之间找到了一佳的结合点。由于其放电特性与 静电电容更为接近,所以仍然称之为"电容"。目前超级电容器的名 称尚不统一,有超级电容器、超电容器、电化学电容器、超大容量电 容器等名称,也有称为双电荷层电容器或双电层电容器的。
    从电动清扫车储电原理上,超级电容可以分为以下两种:
    (1)双电层电容
    双电层电容是基于高比表面积碳材料与溶液间界面双电层原理的 电容器。它可以用Helmhotz的双电层模型来说明。该模型认为电极表 面的静电荷从溶液中吸附部分不规则分配的离子,它们在电极/溶液 界面的溶液一®噙电极一定距离排成一排,形成一^电荷数量与电极 表面剩余电荷数量相等而符号相反的界面层,由于界面上存在位垒,两层电荷都不能越过边界彼此中和,这样充电界面由 两个电荷层誠,一雖电极上,另一雖溶液中,因雌为双电层。 这是一种静电型能量储存方式。电容器总电容为正负两极电容串联的 结果。
    (2 )法拉第准电容
    法拉第准电容的电极中包含二维(如:H或一些金属(Pb、Bi、 Cu ))或准二维(如:多孔过渡金属氧化物(Ru〇2、lr〇2 ))材料,
    在充放电过程中,电极的表面发生电沉积或氧化还原过程。这种电容 的储能方式不再是单纯的物理储能,而是与电池一样发生了法拉第电 荷传递的电化学变化过程。但是其充放电却具有电容特性:①两极电 位与电极上施加或释放的电荷几乎呈线性关系,•②如果该系统电压随 时间呈线性变化dV/dt=K,则产生恒定或几乎恒定的电流l=C dV/ dt=CK ,因此也叫电化学电容。
    法拉第准电容不仅发生在电极表面,而且可深入电极内部,因而 可获得比双电层电容更高的电容量和能量密度。相同电极面积下,法 拉第准电容的电容量可以是双电层电容的10〜100®。
    实际上对于双电层电容器而言,其电极材料也并非局限于碳材 料,而且或多或少的会有电化学反应;另外二维、准二维材料也有很 大一部分双电层容量,二者界限并不是非常明晰,现在超级电容这个 名称已广为釆用。
    2.超级电容的性能特点
    与电池相比,超级电容具有许多电池无法比拟的优点,如表2-2
    (1)有非常高的功率密度。超级电容的功率能量比值远远高于 普通蓄电池。其功率密度可为电池的10〜100倍,达到10kW/kg左 右。可以在短时间内放出几百到几千安培的电流。这个特点使得电容 器非常适合用于短时间高功率输出的场合。
    (2 )充电速度快。超级电容器充电是双电层充放电的物理过程 或电极物质表面的快速、可逆的电化学过程,可采用大电流充电,能 在几十秒至几分钟内完成充电过程,是真正意义上的快速充电。电容 的电压与电流不互相关联,也就是在彳壬何荷电状态值处,超级电容器 都可以以满电流方式放电。
    (3 )循环寿命长,半永久性使用,无须更换。超级电容器充放 电过程中发生的电化学反应具有很好的可逆性,不易出现类似电池中 活性物质的晶型转变、脱落、枝晶穿透隔膜等引起的寿命终止的现象, 碳基电容器的理论循环寿命为无穷,实际可达10万次以上,比电池 高10〜100{吾。
    (4 )效率高。由于电容的内阻非常小,一般只有几个毫欧,所 以电容的充电过程与放电过程基本是可逆的,效率可以达到0.99以上。
    (5 )低温性能优越。超级电容器充放电过程中发生的电荷转移 大部分都在电极活性物质表面进行,所以容量随温度的衰减非常小。
    电动清扫车电池在低温下容量衰减幅度却可高达70%。
    (6 )控制简单。由于电容电量可以由电压来反映,电容的控制 可以通过简单的电压控制来实现。
    (7 )绿色环保。超级电容所使用的为无污染材料,所以它为绿 色环保产品。
     

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