镍碳超级电容器

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1、高能镍碳超级电容”概念人民网天津2011年 9月1日电(记者陈杰)今天从天津市政府召开的发布会获悉，新 型动力电源高能镍碳超级电容器在津研制成功。这一产品结合镍氢电池能量密度和电容器功 率密度，循环寿命达到5万次以上，搭载该电容器的智能搬运车实际充放电次数已达1 万 次以上，使用温度可达零下40 摄氏度至零上70 摄氏度，对环境不产生污染，经专家鉴定， 技术达到国际先进、国内领先水平。2010年，天津市政府引进中国工程院院士周国泰领衔的科研团队，开发新型动力电源 产品，在解放军军事交通学院建成超级电容实验室，经过刻苦攻关，在已有基础上，取得了 纯电动车动力电源领域的重大突破。周国泰院士及团队采

2、取综合性能平衡设计思路，提出 了一种“內并式”超级电容器结构方案，将活性碳材料引入镰氢电池负极，使 超级电容器 与镰氢电池结合为一体”，开发出高能镰碳超级电容器并已完成中试。为探索高能镍碳超级电容器产品在新能源汽车上的适应性，天津市组织了整车搭载测 试，周国泰院士团队与南车集团合作开发了高能镍碳超级电容纯电动大客车，与天津一汽夏 利公司和天津松正电动汽车公司合作开发了高能镍碳超级电容轿车，同时还在纯电动中巴 车、电动自行车、便携式红光辐照仪上配装试用。下一步，天津市将致力于高能镍碳超级电容器产品的产业化，首期达到年产1000万只 30 亿安时的产能，还将率先在公交系统逐步推广高能镍碳超级电容车

3、辆。天津市科委主任 赵海山说，高能镍碳超级电容器研制成功，使我国有望在动力电源和新能源汽车等战略高技 术领域的国际竞争中取得竞争优势。超级电容的容量比通常的电容器大得多。由于其容量很大，对外表现和电池相 同，因此也有称作“电容电池”。超级电容属于双电层电容器，它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最 大的一种，其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极 和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。超级电容的特点：(1) 充电速度快，充电10秒10分钟可达到其额定容量的95%以上；(2) 循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达150 万次，没有“记 忆效应”；(3) 大电流

4、放电能力超强，能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循 环效率90%；(4) 功率密度高，可达300W/KG5000W/KG,相当于电池的510倍；(5) 产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染，是理 想的绿色环保电源；(6) 充放电线路简单，无需充电电池那样的充电电路，安全系数高，长期 使用免维护；（7）超低温特性好，温度范围宽-40C+70C；（ 8 ）检测方便，剩余电量可直接读出；（9）容量范围通常 0.1F-1000F 。法拉（farad）,简称法”，符号是F1 法拉是电容存储 1 库仑电量时，两极板间电势差是 1 伏特 1F=1C/1V1库仑是1A电流在1s内输运的电

5、量，即1C=1AS。1库仑=1安培秒1法拉=1安培秒/伏特做一下类比：电瓶（蓄电池）12伏14安时的放电量=14*3600/12=4200法拉（F）地球的电容值仅有1-2F左右 超级电容与电池比较，有如下特性：a. 超低串联等效电阻（LOW ESR），功率密度（Power Density）是锂离子电池的数十倍以上，适合大电流放电，（一枚 4.7F 电容能释放瞬间电流 18A 以上）。b. 超长寿命，充放电大于50万次，是Li-Ion电池的500倍，是Ni-MH和Ni-Cd 电池的 1000 倍，如果对超级电容每天充放电 20 次，连续使用可达68 年。c. 可以大电流充电，充放电时间短，对充电

6、电路要求简单，无记忆效应。d. 免维护，可密封。e. 温度范围宽-40C+70C, 般电池是-20C60C。有专家说，目前，几乎所有的人都认为电动汽车是未来的发展趋势，但种种迹象表明， 电动汽车离我们还是比较遥远。但电动自行车风靡全国，每天提几公斤的电池上下楼，在居 民小区并不鲜见。电动汽车怎么办？为此，有学者发表文章，对电动汽车提出种种担忧和质疑。有说电动汽车在电池上不 成熟的，有说原子电池、聚合物电池、燃料电池、锂离子电池等任何电池都不环保的，各种 议论不绝于耳。有各种质疑和担心，也属正常。科技创新，正是在质疑中前行、在争论中创新的。说 着，周国泰从沙发上站起来：“在发展电动汽车的过程中，

7、有各种担心，是可以理解的。电 池的问题卡住了电动汽车的脖子，这也是事实。”他扳着手指头，就说公交车吧，一辆公交 车，走100公里，若用油30 升，按8 元1 升算，要240元；而用电，走100公里。用电70 度，每度电平均按6 毛钱算，是42 元钱。还是用电省吧。因此，发展电动车，不应动摇！还以锂离子电池为例，与超级电容器比，锂离子电池成本7 万元，充电2000次，每充 电1 次按行驶100公里算，20万公里就要更换电池；超级电容器，也按充电1次行驶100 公里算，可充电5 万次，甚至可达10万次、50 万次，超级电容器的价格不高于锂离子电池。 超级电容器回收后，对材料再激活处理后还可以使用。

8、计算一下，综合成本有多低！这样， 老百姓是不是就能用得起了？超级电容器的生产是环保的，你可以到淄博年产100 万只的生产基地去看，生产车间， 只有一个地漏，那是用来打扫卫生冲水用的，整个生产过程，不产生废水、废气，没有污染 排放。还用担心环保问题吗？一、超级电容器研制成功，中国又一项重大科研突破（转）！中国带来了新的希望。据解放军报报道：记者今天在天津市政府举行的产品发布会上获悉，我国高能镍碳超级电 容器在津研制成功，取得了我国纯电动车动力电源研究的重大突破。这种新型结构的高能镍碳超级电容器是在天津市重大项目科技支撑计划的支持下，由中 国工程院周国泰院士领衔的科研团队历时3年刻苦攻关成功开发的

9、。经检测试用显示，超级 电容器具有能量密度大、功率密度高、充放电效率高、高低温性能好、循环寿命长、安全环 保、性价比高等诸多特点，有效解决了国内电动汽车电源技术瓶颈问题。推广使用后，将大 大缓解由汽车尾气造成的城市大气污染，降低综合运营成本。周国泰院士介绍说，以一辆公交车为例，采用超级电容器后，每年就可节约运营费用约 13.5万元。这个项目的研发成功，将推动我国超级电容器产业发展，对抢占世界新能源汽 车科技制高点、缓解能源紧张有重要作用。高能镍碳超级电容器，成为一种用在电动车上的全新电源，周国泰说：“实现了几个突破。”周国泰介绍，咼能镍碳超级电容器：第一，在加大材料的比表面积上实现突破。传统电

10、容，100年前就发明了，电容是靠比 表面积存储电荷，其优点是可无数次充放电，而且不发热。储电量的大小由其内部比表面积 大小而决定。超级电容器，就是在研发出新材料的基础上，尽可能地扩大比表面积，使储电 量大幅增加；第二，超级电容在正负极的材料结构上获突破。电池的优点是储电量大，由电能转化成 化学能，再转化成电能释放出来，其比功率比传统电容高得多。超级电容在结构上实现了 电池和传统电容的内并，实现了电池和电容的优点兼备。锂离子电池，不是业界推崇的电源吗？周国泰说：“技术还不过关！”他将这种电池与超级 电容器作了比较。第一，锂离子电池存在安全隐患。锂离子、有机电解质，其本身有易燃、易爆性，杭州、上

11、海曾发生的电动汽车自燃事件，今天谈起来还让人后怕。超级电容器，充满电后用射钉枪打，使其短路，任何反应都没有；放火上烧，不锈钢外壳快烧红了，也没发生爆炸。锂离子电池, 一旦发生短路，就会燃烧或者爆炸。第二，锂离子电池，基本是300A电流充电，时间长，一次充电要68小时，使用不方便。 超级电容器，可1500A，甚至3000A大电流充电，单块充满电只要几秒钟，上百块串联在- 起充电，6分钟可达90%以上。第三，锂离子电池寿命短。充放电的标准是2000次，目前很少有能达到的，即使达到了， 性价比不实用。超级电容器，可大电流充电，瞬间大电流放电，效果理想，充放电可达5 万一50万次，而充放电的国家标准是

12、5万次。就说在淄博那次试验，公交车装上超级电容 器充电后，乘坐满员，上了高速路，时速120公里，一次充电跑了 210公里。使用超级电容 器的小轿车，瞬间可大提速，时速可达130公里。“周院士说的是事实！”原海军后勤部技术装备研究所研究员陈同柱讲起了周国泰。周院士是一位军人科学家。多年来，他创建了我们国家的军事科研的新模式和新路子。 他作为领军专家，坚持军民融合发展，他把军内外有关专家，战略研究的，军事需求的，科 研管理的专家都联合起来，充分集成地方的科研力量、技术成果，甚至地方的资金资源，高 效组合起来，形成优势。这就是他的“小核心大联合”的科研创新模式。陈同柱说，就说超级电容器这个新能源项目

13、，看起来是解决电动汽车动力问题，最终是 军民两用，可能在潜艇、航天，包括新型飞机、导弹都可应用，解决国防军事急需的新能源， 花了最少的钱，取得了大成果。现在，导弹、飞机、航天火箭，液体燃料的推力远远不够用 了，他的科研找到了路子，很可能要在这方面突破。这就是军民融合。目前电磁弹射器最大的瓶颈就是超大容量电容，这个东西有可能是为电磁弹射器而研制的二、中国日报记者获悉，一种新型动力电源产品、高能镍碳超级电容器日前在天津研制成功，并已通过整车搭载测试。初步应用表明， 该产品是我国在动力电源领域的重大突破，各项性能已达到国际先进水平，综合成本比目前 广泛使用的锂离子电池降低80以上。天津市科学技术委员

14、会主任赵海山透露，天津市将致力于推动高能镍碳超级电容器产品 的规模产业化，并在天津建立高能镍碳超级电容器产业化基地，一期投资10 亿元，达到年 产 1000 万只 30 亿安时的规模，二期工程将建成 1 亿只 300 亿安时的生产能力。据悉，天津市政府于2010 年引进了中国工程院周国泰院士领衔的科研团队，组织在天 津成立了天津国泰之光新材料技术研究院有限公司，建成了超级电容实验室，开发新型动力 电源产品。经过刻苦攻关，在已有基础上取得了纯电动车动力电源领域的重大突破。据周国泰院士介绍，2010 年我国确定了七大战略技术新兴产业，新能源汽车名列其中。 电池是电动车最核心的部件之一，但电源技术却

15、成了制约行业发展的最大瓶颈，动力电源、 储能电池等技术已经上升到国家产业结构调整的战略高度。天津市常务副市长杨栋梁告诉记者：“天津在发展新能源汽车方面取得了积极的进展， 已初步构建起整车、动力系统、电源及管理系统等比较齐全的新能源汽车产业。力争到201 5 年，天津市战略性新兴产业产值达到一万亿元以上，占工业总产值比重 30以上，并形成 若干产值规模超过千亿元的产业集群，率先建立国家战略性新兴产业示范基地”。中国工程院院士俞梦孙表示，这款产品把物理储能和化学除能原理相结合，从使用性能 上看，达到了国际先进、国内领先水平。“实际上根据我个人的体会，在某些使用指标上，超级电容器已经可以达到国际领先

16、的 水平。” 俞梦孙院士说，“经检测，超级电容器的电容量已经超过100 万法拉，充一次电 可以跑 200公里左右，能源转换比已经超过了80，综合成本低于现有所有的电动汽车锁 使用的能源。”周国泰院士及团队采取综合性能平衡设计思路，提出了一种“内并式”超级电容器结构 方案，将活性碳材料引入镍氢电池负极，使普通超级电容器与电池结合为一体，成功开发出 高能镍碳超级电容器并已完成中试。“目前电动车比较广泛使用的是锂离子电池，但是锂离子电池存在自燃、爆等安全隐患 问题。此外，锂离子电池充电时间长，需6-8 小时；使用寿命短，如果是快速大电流充电， 一般几百次电池就要报废了。这些问题不解决，电动车行业就不会有大的发展” ，周国泰 院士说。据介绍，最高能镍碳超级电容器的使用寿命在检测时可达到大电流