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1、1 超级电容器的技术发展 与应用 2015.11.13 2015.11.13 南通南通 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 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 电池 控制 器 充电器 充电器电容器 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
2、池材料，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 电容器与电池的电容器与电池的“ “外并外并” ”改改“ “内并内并” ” 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
3、器的比能量低 活 性 炭 活 性 炭 隔 膜 6 1 1、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、 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 水溶液电解质 advanced lead-acid batteries（ 美国？） 活 性 炭 + + 活 性 炭 氧 化 铅 + + 活 性 炭 氧 化 镍 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 1、混合型超级电容器、混合型超级电容器（续）（续）
4、简称混合电容器简称混合电容器 + + 活 性 炭 钛 酸 锂 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 2、混合型电池电容器、混合型电池电容器 混合型超级电容器的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 国外报道国外报道 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 60-45%60-45% 加加15-30%15-30% LiMn LiMn 2 2 OO 4 4 负极：负极：LiLi 4
5、 4 TiTi 5 5 OO1212 Xuebo Hu et.al J PowerSources187(2009)635 4C4C恒电流下：恒电流下：14.47Wh/kg14.47Wh/kg，50005000次衰减次衰减8% 1000m2/g 2、高高中孔率-合理的孔结构 3、高高电导率 4、高高的堆积比重 5、高高纯度-灰份 0.1% 6、高高性价比 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2
6、3% B F 4 N B F 4 N 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 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 2 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 接触，降低电极内阻 4 4、环保化、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
7、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 效效 果果 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 能源构成比例主要采用厂家 油+超级电容67%南车时代、宇通客车、海格客车 油+超级电容+锂电池7%金旅客车、中通客车、大金龙 油+锂电池21%北汽福田、五洲龙 锂电池纯电动5%比亚迪、众泰等 (深圳市今朝时代公司2012年提供) 南车2011年生产了1000辆超
8、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。 适合适合在混合电动车使用，节油率15%-20% 1 1、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） 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11001100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19L19L ( (均速均速50km/h50km/h下下) ) 2 2、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- -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） 城市公共交通 城市无轨电车上海奥威镍碳混
9、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 只有电动机驱动只有电动机驱动 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 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 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 也给电源充电也给电源充电 5050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 电源组电源组电电电电机机 变变 速 箱 充充电电电电器器 220V 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 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 提供提供 回收电能回收电能 增程式电动汽车增程式电动汽车(EREV)(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 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！
