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国际电力储能技术分析——超级电容储能
2013年03月08日

一、技术原理
      超级电容器,也称电化学电容器,是基于多孔炭电极/电解液界面的双电层电容,或者基于金属氧化物或导电聚合物的表面快速、可逆的法拉第反应产生的准电容(pseudo-capacitors)来实现能量的储存。其结构和电池的结构类似,主要包括双电极、电解质、集流体、隔离物4个部件,具有功率密度高、循环寿命长、低温性能好、安全、可靠、环境友好等优点。
二、关键技术
      超级电容器按正、负电极的储能机制主要划分为三类:正、负电极都以双电层为主要储能机制的双电层电容器,正、负电极都以准电容为主要机制的电化学准电容器,以及两电极分别以双电层和准电容为主要机制的混合型电化学电容器。基于多孔炭材料的双电层电容器是当前商品化超级电容器的主流,双电层电容器的工作电压可达2.5V以上,兼有高的能量密度和功率密度(Maxwell生产的3000F/2.7V双电层电容器的能量密度和功率密度分别达到5Wh/kg和10kW/kg和6.4kW/L),循环寿命长(>105次),已广泛应用于混合电动汽车、不间断电源、通讯、航空航天等领域。目前,超级电容器的主要关键技术包括高性能电极材料技术、超级电容封装和模块化技术,以及超级电容与新能源的耦合技术等。
三、应用现状
      超级电容器优越的性能和广阔的应用前景吸引了全世界的关注,一些国家还建立了专门的国家管理机构,如美国的USABC、日本的SUN、俄罗斯的REVA。从1996年起,欧共体在焦耳(Joul)项目框架下设置“电动车用超级电容器”项目。日本设立新电容器研究会,将超级电容器研究列入“新阳光”计划。美国的Surpercapacitor Symposium从1991年起,每年都举办一次国际性的超级电容器研讨会。我国863计划在电动汽车、纳米专项和功能材料等领域也对超级电容器系统集成、关键技术及其在新能源发电中的应用进行了资助。
      在超级电容器产业化方面,日本、美国、俄罗斯处于领先地位,几乎垄断了整个超级电容器市场。日本在电化学电容器的研究和开发方面具有明显的优势,Nippon Chemi-Con、NEC-Tokin、Matsushita、NEC、Elna、Tokin、Murata等公司的生产量占据全球超级电容器生产总量的一半以上。Maxwell是美国主要的超级电容器生产商,生产大、中型C/C有机电解液双电层电容器。韩国NessCap、德国EPCOS AG、澳大利亚Cap-XX等公司生产的C/C有机电解液体系超级电容器,俄罗斯ESMA生产的大型C/Ni(OH)2混合型超级电容器也都具有很高的性能水平。国内从事小容量超级电容器生产的厂家有二三十家,然而,能够批量生产大容量超级电容器并达到实用化水平的厂家只有上海奥威、江苏双登、北京集星、锦州凯美、洛阳凯迈嘉华等几家超级电容器生产厂家。从总体上讲,我国超级电容器的研发水平与国外还有一定的差距。
四、发展趋势
      进一步提高超级电容的能量密度和功率密度,是超级电容技术的主要发展趋势。目前提高超级电容能量密度的主要途径之一是开发混合型超级电容,比如采用具有氧化还原活性的材料与活性炭组成不对称超级电容、锂离子嵌入化合物以及锂离子电池碳材料的混合超级电容等。开发具有高比电容量、高工作电压、大比功率密度以及长循环寿命的复合电极材料是今后超级电容研发的重点。
                                                                                                                                          ■(摘自中国储能网)