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1、超级电容储能原理及其在智能 电网中的应用JYoung_Dream2016/4/23电容 vs 超级电容普通电容超级电容如采用多孔电极，采用电解液形成的双电层增大电极面积A，减小电极距离D超级电容类型l 双电层电容器l 法拉第准电容器（准电容器/赝电容器）l 混合型电容器超级电容按储能原理分为三种：双电层电容l 双电层电容原理由于正负离子在固体电极与电解液之间的表面上分别吸附，造成两固体电极之间的电势差，从而实现能量的存储。这种储能原理允许大电流快速 充放电，其容量大小随所选电极材料的有效比表面积的增大而增大。电极材料如活性炭，碳纤维碳纳米管等l 充电：在固体电极上电荷引力的作用下 ，电解液中阴
2、阳离子分别聚集两个 固体电极的表面 l 放电：阴阳离子离开固体电极的表面，返回电解液本体。双电层的厚度取 决于电解液的浓度和离子大小法拉第电容l 法拉第电容原理其电容的产生是基于电活性离子在贵金属电极表面发生欠电位沉积，或在贵金属氧化物电极表面及电极中发生的可逆法拉第反应（氧化还原反应 ）而产生的吸附电容，有电荷传递过程的发生。电极材料有金属氧化物，导电聚合物等l 系统的充放电过程是动力学高度可逆的，与原电池及蓄电池不同，但与静 电电容类似l 法拉第电容不仅只在电极表面，而且可在整个电极内部产生，因而可获得 比双电层电容更高的电容量和能量密度。在相同电极面积的情况下，法拉 第准（赝）电容可以是
3、双电层电容量的10100倍超级电容器特点l 超高的容量。相同体积情况下，超级电容的容量可以比电解电容 器大几千倍l 高功率密度。超级电容器能在很短的时间内输出高达几百甚至几 千安的电流，相比同体积的电池而言，其功率密度达10倍以上， 对于短时间需要大功率输出的场合，超级电容器非常适合l 循环寿命长，充放电效率高。由于超级电容器的充放电过程只有 电荷的转移，属于物理过程，其间没有化学反应。这一特点使得 超级电容器的放电循环次数达到10万次以上，且充放电速度是同 体积蓄电池的100倍以上l 可以承受短时间内的过电压，对过充、过放承受能力较强l 免维护、高可靠性，报废后不产生环境污染超级电容器研究l
4、 超级电容生产工艺研究主要在于对极片技术和电解液的研究研究方向：超级电容生产工艺研究与超级电容应用研究l 超级电容生产工艺研究：一是增大电极材料比表面积，从而增大双 电层电容量；二是提高电极材料的可逆法拉第反应的机率，从而提 高准电容容量 极片技术主要有：碳材料、金属氧化物和复合材料 碳材料包括：活性炭及活性碳纤维、碳气凝胶、碳纳米管和石墨烯 金属氧化物包括：氧化钌材料、二氧化锰材料、镍钴氧化物 复合材料包括：碳/金属氧化物复合材料和碳/导电聚合物复合材料 电解液主要为有机电解液与无机电解液 有机电解液主要包括碳酸丙烯酯和季胺盐； 无机电解液主要为强酸强碱超级电容器应用u 军事u 电动汽车u
5、新能源u 无线通信u 消费电子u 工业仪表u 内燃机车u 航空航天u 智能电网u 其他领域应用领域应用形式 单独使用 复式电源超级电容应用小型有记忆储存功能的电子产品中做后备电源适用于带CPU的智能家电、工控、仪器仪表和通讯领域中中 型电动汽车和混合电动汽车做动力源，太阳能储能方面，智能电网大型用途小电流，长时间放电小功率电子及电动玩具产品中 做备用电源，或在带时钟的应 用上进行数据存储，如录音 机、MP3、家用电器等领域大电流，短时放电储能超级电容储能与智能电网实时平衡 ：电厂实时发电量 + PV发电量 = 用电 量l 机组启停l 机组空转 经济成本+环境成本时间较长平衡方式：爬坡率问题？机
6、组的爬坡不足以平抑电能 波动超级电容储能与智能电网超级电容储能vs其他储能10-100s备用时间10年以上寿命 Ultracapacitors flywheels lithium-ion battery Ultracapacitors Flywheels Electrolytic安全可靠性 Ultracapacitors超级电容与智能电网l 微电网运行超级电容器能够为微网“并网运行”和“孤岛运行”两种模式之间 的切换提供短时供电，避免供电波动 当微网中存在电梯、 地铁站等大负荷站点时，超级电容器的加入也 可以缓解其启动电流对电网的冲击l 新能源消纳在输出功率变化较大的可再生能源的发电并网方面, 超级电容器能够 有效降低电网中的短时间 (小于 1 min) 功率扰动l 配电网能质量调节调频，调相，调压，有功、无功补偿和谐波补偿谢谢
