超級(jí)電容器儲(chǔ)能原理及其在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

超級(jí)電容儲(chǔ)能原理及其在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用JYoung_Dream2022/9/161電容vs超級(jí)電容普通電容超級(jí)電容如采用多孔電極，采用電解液形成的雙電層增大電極面積A，減小電極距離D2超級(jí)電容類型雙電層電容器法拉第準(zhǔn)電容器（準(zhǔn)電容器/贗電容器）混合型電容器超級(jí)電容按儲(chǔ)能原理分為三種：3雙電層電容雙電層電容原理

由于正負(fù)離子在固體電極與電解液之間的表面上分別吸附，造成兩固體

電極之間的電勢(shì)差，從而實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)。這種儲(chǔ)能原理允許大電流快速

充放電，其容量大小隨所選電極材料的有效比表面積的增大而增大。電極

材料如活性炭，碳纖維碳納米管等充電：在固體電極上電荷引力的作用下，電解液中陰陽離子分別聚集兩個(gè)固體電極的表面放電：陰陽離子離開固體電極的表面，返回電解液本體。雙電層的厚度取決于電解液的濃度和離子大小4法拉第電容法拉第電容原理

其電容的產(chǎn)生是基于電活性離子在貴金屬電極表面發(fā)生欠電位沉積，或

在貴金屬氧化物電極表面及電極中發(fā)生的可逆法拉第反應(yīng)（氧化還原反應(yīng)）

而產(chǎn)生的吸附電容，有電荷傳遞過程的發(fā)生。電極材料有金屬氧化物，導(dǎo)

電聚合物等系統(tǒng)的充放電過程是動(dòng)力學(xué)高度可逆的，與原電池及蓄電池不同，但與靜電電容類似法拉第電容不僅只在電極表面，而且可在整個(gè)電極內(nèi)部產(chǎn)生，因而可獲得比雙電層電容更高的電容量和能量密度。在相同電極面積的情況下，法拉第準(zhǔn)（贗）電容可以是雙電層電容量的10～100倍5超級(jí)電容器特點(diǎn)超高的容量。相同體積情況下，超級(jí)電容的容量可以比電解電容器大幾千倍高功率密度。超級(jí)電容器能在很短的時(shí)間內(nèi)輸出高達(dá)幾百甚至幾千安的電流，相比同體積的電池而言，其功率密度達(dá)10倍以上，對(duì)于短時(shí)間需要大功率輸出的場(chǎng)合，超級(jí)電容器非常適合循環(huán)壽命長，充放電效率高。由于超級(jí)電容器的充放電過程只有電荷的轉(zhuǎn)移，屬于物理過程，其間沒有化學(xué)反應(yīng)。這一特點(diǎn)使得超級(jí)電容器的放電循環(huán)次數(shù)達(dá)到10萬次以上，且充放電速度是同體積蓄電池的100倍以上可以承受短時(shí)間內(nèi)的過電壓，對(duì)過充、過放承受能力較強(qiáng)免維護(hù)、高可靠性，報(bào)廢后不產(chǎn)生環(huán)境污染6超級(jí)電容器研究超級(jí)電容生產(chǎn)工藝研究主要在于對(duì)極片技術(shù)和電解液的研究研究方向：超級(jí)電容生產(chǎn)工藝研究與超級(jí)電容應(yīng)用研究超級(jí)電容生產(chǎn)工藝研究：一是增大電極材料比表面積，從而增大雙電層電容量；二是提高電極材料的可逆法拉第反應(yīng)的機(jī)率，從而提高準(zhǔn)電容容量極片技術(shù)主要有：碳材料、金屬氧化物和復(fù)合材料碳材料包括：活性炭及活性碳纖維、碳?xì)饽z、碳納米管和石墨烯

金屬氧化物包括：氧化釕材料、二氧化錳材料、鎳鈷氧化物復(fù)合材料包括：碳/金屬氧化物復(fù)合材料和碳/導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料電解液主要為有機(jī)電解液與無機(jī)電解液有機(jī)電解液主要包括碳酸丙烯酯和季胺鹽；無機(jī)電解液主要為強(qiáng)酸強(qiáng)堿7超級(jí)電容器應(yīng)用

軍事

電動(dòng)汽車

新能源

無線通信

消費(fèi)電子

工業(yè)儀表

內(nèi)燃機(jī)車

航空航天

智能電網(wǎng)其他領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用形式單獨(dú)使用復(fù)式電源8超級(jí)電容應(yīng)用小型有記憶儲(chǔ)存功能的電子產(chǎn)品中做后備電源適用于帶CPU的智能家電、工控、儀器儀表和通訊領(lǐng)域中

中型電動(dòng)汽車和混合電動(dòng)汽車做動(dòng)力源，太陽能儲(chǔ)能方面，智能電網(wǎng)大型用途小電流，長時(shí)間放電小功率電子及電動(dòng)玩具產(chǎn)品中做備用電源，或在帶時(shí)鐘的應(yīng)用上進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，如錄音機(jī)、MP3、家用電器等領(lǐng)域大電流，短時(shí)放電儲(chǔ)能9超級(jí)電容儲(chǔ)能與智能電網(wǎng)實(shí)時(shí)平衡：

電廠實(shí)時(shí)發(fā)電量+PV發(fā)電量=用電量機(jī)組啟停機(jī)組空轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)成本+環(huán)境成本時(shí)間較長平衡方式：爬坡率問題？機(jī)組的爬坡不足以平抑電能波動(dòng)10超級(jí)電容儲(chǔ)能與智能電網(wǎng)11超級(jí)電容儲(chǔ)能vs其他儲(chǔ)能10-100s備用時(shí)間10年以上壽命Ultracapacitorsflywheelslithium-ionbatteryUltracapacitorsFlywheelsElectrolytic安全可靠性Ultracapacitors12超級(jí)電容與智能電網(wǎng)微電網(wǎng)運(yùn)行超級(jí)電容器能夠?yàn)槲⒕W(wǎng)“并網(wǎng)運(yùn)行”和“孤島運(yùn)行”兩種模式之間的切換提供短時(shí)供電，避免供電波動(dòng)當(dāng)微網(wǎng)中存在電梯、地鐵站等大負(fù)荷站點(diǎn)時(shí)，超級(jí)電容器的加入也可以緩解其啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊新能源消納在