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超級電容器的概念是什么?

深圳市御坤科技有限公司 ? 2024-03-22 10:03 ? 次閱讀

超級電容器的概念是什么?

超級電容技術(shù)介紹

超級電容是一種介于傳統(tǒng)電容和蓄電池之間的新型儲能器件,其既具有電容器快速充放電的特性,又具備電池的儲能特性。超級電容器的電容量達(dá)到法拉級別,是傳統(tǒng)電容器的數(shù)百甚至上百萬倍;同時超級電容器繼承了傳統(tǒng)電容器高功率密度、充放電時間短、寬溫度范圍、壽命長等優(yōu)點(diǎn),可反復(fù)循環(huán)使用,與其他儲能技術(shù)相比效率更高、更環(huán)保,符合新能源的發(fā)展趨勢。

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二、 超級電容器分類

1、雙電層電容器

2、贗電容器

44.jpg

三、 電池、電容與超級電容的區(qū)別

電容和電池都是用于儲能的,但是電池是通過化學(xué)反應(yīng)來儲存和釋放能量,它包括正極和負(fù)極,當(dāng)中充斥著電解液,并通過一個微穿孔分隔層隔開,只允許離子通過。當(dāng)電池充放電的時候,離子在兩塊金屬板之間進(jìn)行不同方向的位移,在這個移動的過程中,電池?zé)崃可仙⑴蛎洝⒆詈笫湛s,這種化學(xué)反應(yīng)不斷減少了電池的壽命。電池的一個優(yōu)點(diǎn)在于它有非常高的能量密度,因此可以存儲大量的能量。

但電容不同,它不依賴于化學(xué)反應(yīng),因此它是以靜電電荷的形式來存儲能量。電容內(nèi)的兩塊金屬板之間安置了一個電介質(zhì),或叫絕緣體來分隔正負(fù)極區(qū)域所形成的正電荷和負(fù)電荷。正是這種結(jié)構(gòu)使得其可以存儲并迅速地釋放能量,也就是靜電電荷。它的一個優(yōu)點(diǎn)是,假如一個3V的電容,在放置了15-20年之后,仍然具有3V的電壓。而電池的電壓卻會逐年衰減。另外一個優(yōu)點(diǎn)是,電容擁有比電池更高的能量輸出能力,所以它能在短時內(nèi)迅速地充放電。但缺點(diǎn)是,它們的能量密度非常低,因此,比較適合用于瞬時供電。

而超級電容則彌補(bǔ)了電池和電容的缺點(diǎn)。首先,超級電容中電介質(zhì)的兩側(cè)充斥的是電解液,通電時電介質(zhì)兩側(cè)聚集離子,形成雙層電子結(jié)構(gòu)。兩個金屬板之間的距離決定了超級電容的性能比普通電容、甚至電池更優(yōu)。普通電容中,兩個金屬板之間的距離約為10-100微米,而超級電容中兩個金屬板的距離為一萬分之一微米。距離的縮小意味著更大的電場,也就意味著更多的能量存儲空間。同時,超級電容中金屬板的碳涂層又增加了能量存儲所需的表面積達(dá)10萬倍,因此,和普通電容相比,所能存儲的能量大大增加。

電池存儲的是以瓦時計算的能量,電容存儲的是以瓦特計算的功率。

電池以長時間恒定的化學(xué)反應(yīng)來提供電能,充電時間相對較長,對充電電流的特性要求比較苛刻。相反,電容的充電是通過加載在其兩端的電壓來完成的,充電速度在很大程度上取決于外部電阻。電池能夠在較長一段時間內(nèi)以基本恒定的電壓輸出電能。而電容的放電速度很快,輸出電壓呈指數(shù)規(guī)律衰減。

電池只能夠在有限的充/放電次數(shù)內(nèi)保持良好的工作狀態(tài),充/放電的次數(shù)取決于它們放電的程度。電容,尤其是超電容,可以反復(fù)充/放電達(dá)數(shù)千萬次。(這也是超電容不同于電解化學(xué)的一個重要方面——它們不像電解化學(xué)的工作過程那樣具有電極板充放電次數(shù)的限制。)電池比較笨重,電容比較輕巧。

對比3.jpg

四、超級電容的應(yīng)用領(lǐng)域

超級電容主要用于需要快速充放電循環(huán)的場景,而不是需要長期緊湊能量存儲的場景,比如在汽車、公交車、有軌列車、起重機(jī)、電梯上,主要用于制動能量回收、短期能量存儲以及突發(fā)情況下的電力傳輸。小一些的單體主要用于靜態(tài)隨機(jī)存儲(SRAM)的電源備份。

汽車與風(fēng)電是超級電容器的兩大主要應(yīng)用領(lǐng)域。汽車方面主要是有軌電車、電動汽車、混動汽車領(lǐng)域;在有軌電車行駛過程中,超級電容器可吸收列車制動產(chǎn)生的能量,避免大量電能的浪費(fèi),最多可回收80%的能量,能量利用效率高。超級電容器在電動車與混動車的啟停系統(tǒng)中也能起到關(guān)鍵作用。

超級電容器作為一種新興儲能技術(shù),發(fā)展也一直備受關(guān)注。1、 電力領(lǐng)域在電力領(lǐng)域,超級電容器主要作為饋線終端設(shè)備FTU 后備電源,或在微電網(wǎng)及公用電網(wǎng)內(nèi)提供電壓、頻率和功率穩(wěn)定化服務(wù),以及在風(fēng)光發(fā)電領(lǐng)域用于為變槳系統(tǒng)提供動力、平抑短期功率波動等服務(wù)。

1.1 FTU 后備電源:

線路有電時,DC/DC 電源模塊為FTU 提供工作電源。當(dāng)線路失電時,超級電容作為FTU 的后備電源,同時也為開關(guān)設(shè)備的電動分閘機(jī)構(gòu)提供分閘電源。

1.2 微電網(wǎng)及公用電網(wǎng)超級電容儲能系統(tǒng):

(1)微電網(wǎng)功率調(diào)節(jié),平穩(wěn)輸出,提高蓄電池使用壽命

用于調(diào)整微電網(wǎng)功率,以及提供微電網(wǎng)功率支撐。超級電容可以在負(fù)荷低落時儲存電源的多余電能,而在負(fù)荷高峰時回饋給微電網(wǎng)以調(diào)整功率需求。針對系統(tǒng)故障引發(fā)的瞬時停電,電壓驟升驟降等問題,利用超級電容提供快速功率緩沖,穩(wěn)定、平滑電網(wǎng)電壓波動。風(fēng)力或太陽能發(fā)電構(gòu)建的微電網(wǎng)非常需要超級電容作為穩(wěn)定系統(tǒng)。

微電網(wǎng)通常由清潔和可再生能源供電。然而,大部分能源的產(chǎn)生并不是全天持續(xù)的,通常與需求不匹配。超級電容器可用于微電網(wǎng)儲能,在需求高、電能瞬時下降時瞬間注入電能,在反向條件下進(jìn)行儲能。它們在這種情況下是有用的,因?yàn)槲㈦娋W(wǎng)越來越多地產(chǎn)生直流電力,電容器可以在直流和交流應(yīng)用中使用。超級電容器與化學(xué)電池配合使用效果。由于其高充放電率,它們通過主動控制系統(tǒng)提供了一個即時的電壓緩沖器,以補(bǔ)償快速變化的電力負(fù)載。一旦電壓被緩沖,它通過逆變器向電網(wǎng)提供交流電源。值得注意的是,超級電容器不能在交流電網(wǎng)中直接以這種形式提供頻率校正。

(2)提高儲能裝置的功率輸出能力,降低內(nèi)部損耗,增加放電時間,延長蓄電池使用壽命,縮小儲能裝置體積。提高供電系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

從蓄電池和超級電容器的特點(diǎn)來看,兩者在技術(shù)性能上有很強(qiáng)的互補(bǔ)性。將超級電容器與蓄電池混合使用,將大大提高儲能裝置的性能。超級電容器與蓄電池并聯(lián),可以提高混合儲能裝置的功率輸出能力、降低內(nèi)部損耗、增加放電時間;可以減少蓄電池的充放電循環(huán)次數(shù),延長使用壽命;還可以縮小儲能裝置的體積、改善供電系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

5~6.jpg

1.3 在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域用于為變槳系統(tǒng)提供動力:

風(fēng)力發(fā)電變槳用超級電容器的基本工作原理為,平時由風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的電能輸入充電機(jī),充電機(jī)為超級電容器充電。當(dāng)需要為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳時,超級電容器儲能系統(tǒng)放電,驅(qū)動變槳系統(tǒng)工作。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的投資加大將有望帶動超級電容發(fā)展。目前風(fēng)力發(fā)電主要的儲能系統(tǒng)有蓄電池和超級電容器兩種方案。蓄電池方案的不足體現(xiàn)在充放電特性不好,充電時間長,充電、放電電流不能太大;維護(hù)成本大,低溫特性不好,循環(huán)壽命短,可靠性不強(qiáng)。超級電容器方案具有高效率、大電流放電、寬電壓范圍、寬溫度范圍、長循環(huán)壽命、免維護(hù)的優(yōu)點(diǎn),因此極為適合在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組這樣的工況環(huán)境中工作。


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