[摘要]超級(jí)電容器作為一種新型儲(chǔ)能元件填補(bǔ)了傳統(tǒng)的靜電電容器和化學(xué)電源之間的空白。本文介紹了超級(jí)電容的原理、特性、優(yōu)缺點(diǎn)，分析了超級(jí)電容在復(fù)合電動(dòng)汽車中的工作原理，概述了超級(jí)電容在國內(nèi)外各領(lǐng)域的應(yīng)用研究。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在的人們對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和綠色能源的應(yīng)用越來越重視，超級(jí)電容作為一種新型的儲(chǔ)能元件引起了人們的廣泛重視與關(guān)注。超級(jí)電容器(Supercapacitor)是20世紀(jì)七八十年代發(fā)展起來的一種介于電池和傳統(tǒng)電容器之間的新型儲(chǔ)能器件，它的出現(xiàn)填補(bǔ)了傳統(tǒng)的靜電電容器和化學(xué)電源之間的空白。

海口經(jīng)濟(jì)學(xué)院，孫雷

1.超級(jí)電容的原理及分類

超級(jí)電容是一種具有超級(jí)儲(chǔ)電能力、可提供強(qiáng)大脈動(dòng)功率的物理二次電源。超級(jí)電容如果按儲(chǔ)能機(jī)理主要分為三類[1]：①由碳電極和電解液界面上電荷分離產(chǎn)生的雙電層電容；②采用金屬氧化物作為電極，在電極表面和體相發(fā)生氧化還原反應(yīng)而產(chǎn)生可逆化學(xué)吸附的法拉第電容；③由導(dǎo)電聚合物作為電極而發(fā)生氧化還原反應(yīng)的電容。雙電層超級(jí)電容是靠極化電解液來儲(chǔ)存電能的一種新型儲(chǔ)能裝置，結(jié)構(gòu)如圖1所示：

由于雙電層電容的充放電純屬于物理過程，其循環(huán)次數(shù)高，充電過程快，因此比較適合在電動(dòng)車中應(yīng)用。雙電層超級(jí)電容是懸在電解質(zhì)中的兩個(gè)非活性多孔板，電壓加載到兩個(gè)板上。加在正極板上的電勢吸引電解質(zhì)中的負(fù)離子，負(fù)極板吸引正離子，從而在兩電極的表面形成了一個(gè)雙電層電容器。一個(gè)超級(jí)電容單元的電容量高達(dá)幾法至數(shù)萬法[2]由于這種結(jié)構(gòu)采用特殊的工藝，使其等效電阻很低，電容量很大、內(nèi)阻較小，使得超級(jí)電容具有很高的尖峰電流，因此超級(jí)電容具有很高的比功率，它的功率密度是電池的50～100倍，可達(dá)到10×103W/kg左右，此特點(diǎn)讓超級(jí)電容非常適合應(yīng)用在短時(shí)大功率的場合。

2.超級(jí)電容的特性

超級(jí)電容器使用過程中是沒有任何的化學(xué)反應(yīng)，也沒有高速旋轉(zhuǎn)等機(jī)械運(yùn)動(dòng)；對(duì)于環(huán)境沒有污染，也沒有任何的噪聲；它的結(jié)構(gòu)簡單、體積小，是非常理想的儲(chǔ)能設(shè)備。超級(jí)電容產(chǎn)品具有如下技術(shù)特性[3]：

(1)充電速度快。充滿其額定容量的95%以上僅需10秒～10分鐘；

(2)循環(huán)壽命長。深度充放電循環(huán)可達(dá)1～50萬次，例如，北京合眾匯能公司生產(chǎn)的HCC250F/2.7V的超級(jí)電容器和北京集星科技公司生產(chǎn)的系列電容的循環(huán)壽命均在50萬次以上；

(3)能量轉(zhuǎn)換效率高。大電流能量循環(huán)效率>90%；

(4)功率密度高。可達(dá)300W/kg—50000W/kg，為蓄電池的5～10倍；

(5)原材料生產(chǎn)、使用、存儲(chǔ)及拆解過程均無污染，是理想的綠色環(huán)保電源；安全系數(shù)高，長期使用免維護(hù)；

(6)高充放電效率。由于內(nèi)阻很小，所以充放電損耗也很小，具有很高的充放電效率，可達(dá)90%以上。

(7)溫度范圍寬。達(dá)-40～+70℃。超級(jí)電容器電極材料的反應(yīng)速率受溫度影響不大；

(8)檢測控制方便。剩余電量可通過公式E=CV2/2直接算出，只需要檢測端電壓就可以確定所儲(chǔ)存的能量，荷電狀態(tài)(SOC)的計(jì)算簡單準(zhǔn)確，因此易于能量管理與控制。