超級電容器目錄1

概念2特點3分類4結(jié)構(gòu)5

制作工藝6性能指標7應(yīng)用8生產(chǎn)廠家超級電容器概念14超級電容器的概念什么是超級電容器？超級電容器（supercapacitor）是指相對傳統(tǒng)電容器而言具有更高容量的一種電容器。通過極化電解質(zhì)來儲存能量。超級電容器是介于電容器和電池之間的儲能器件，它既具有電容器可以快速充放電的特點，又具有電池的儲能特性。1特點26超級電容器的特點超級電容器的八大特點電容量大可任意并聯(lián)增加電容量工作溫度范圍寬快速充電大電流放電免維護，環(huán)保等效串聯(lián)電阻相對常規(guī)電容大充放電壽命長2分類38超級電容器的分類3導(dǎo)電聚合物超級電容器雙電層電容器靜電作用（helmholtz雙電層

）儲能法拉第贗電容器電化學(xué)作用（

法拉第反應(yīng)）儲能活性炭碳氣凝膠碳納米管石墨烯金屬氧化物混合型超級電容器靜電和電化學(xué)作用共同儲能對稱型電極復(fù)合電極材料非對稱型電極贗電容+雙電層電極可充電電池型93-1雙電層電容器(a)充電-++++++------+++++++------(b)放電++---+---+-+++雙電層電容原理由于正負離子在固體電極和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差，從而實現(xiàn)能量的存儲。充電時，在固體電極上電荷引力的作用下，電解液中的陰陽離子分別聚集在兩個固體電極的表面。放電時，陰陽離子離開固體電極的表面，返回電解液本體。其儲能過程是物理過程，沒有化學(xué)反應(yīng)且過程完全可逆，這與蓄電池電化學(xué)儲能不同3103-1雙電層電容器雙電層電容的優(yōu)缺點(1)壽命長，能維持數(shù)百萬個充電循環(huán)的壽命；

(2)每個周期的平均成本低；

(3)良好的可逆性；

(4)充電和放電率非常高；

(5)非常低的內(nèi)部電阻和隨之而來的高周期效率（95%以上）和極低的放熱；

(6)高輸出功率；

(7)比功率高；

(8)使用無腐蝕性的電解質(zhì)和低毒性的材料，提高了安全性；

(9)簡單的充電方法，不必進行過充檢測，因為沒有過充的可能。(1)一個標準的超級電容器每單位重量儲存的能量一般較低；

(2)高自放電率，大大高于電化學(xué)電池；(3)非常低的內(nèi)部電阻允許極快速放電時，容易導(dǎo)致隔膜破裂從而發(fā)生短路。33優(yōu)點缺點113-2法拉第贗電容器法拉第贗電容器也叫法拉第準電容，是在電極表面活體相中的二維或三維空間上，電極活性物質(zhì)進行欠電位沉積，發(fā)生高度可逆的化學(xué)吸附或氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生與電極充電電位有關(guān)的電容。這種電極系統(tǒng)的電壓隨電荷轉(zhuǎn)移的量呈線性變化，表現(xiàn)出電容特征，故稱為“準電容”，是作為雙電層型電容器的一種補充形式。法拉第贗電容3123-2法拉第贗電容(a)充電A–C+A–A–A–C+C+C+C+A–A–C++–A–C+A–A–A–C+C+C+C+A–A–C++–(b)放電

充電時，電解液中的離子在外加電場的作用下向溶液中擴散到電極/溶液界面，而后通過界面的電化學(xué)反應(yīng)進入到電極表面活性氧化物的體相中；若電極材料是具有較大比表面積的氧化物，就會有相當多的這樣的電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，大量的電荷就被存儲在電極中。放電時這些進入氧化物中的離子又會重新回到電解液中，同時所存儲的電荷通過外電路釋放出來。3機理13法拉第贗電容的優(yōu)缺點3-2法拉第贗電容器3法拉第贗電容器優(yōu)點：

在電極面積相同的情況下，法拉第贗電容器的比電容是雙電層電容器的10-100倍，同時具有較大的比容量和能量密度。法拉第贗電容器缺點：

由于電極反應(yīng)牽涉到了化學(xué)反應(yīng)過程，往往會有不可逆的成分在，所以可逆性和循環(huán)性能相對較差。143-3混合型超級電容器3法拉第贗電容雙電層電容一極采用傳統(tǒng)的電池電極并通過電化學(xué)反應(yīng)來儲存和轉(zhuǎn)化能量，另一極則通過雙電層來儲存能量的一種超級電容器。定義：混合型超級電容器是電容器研究的熱點。在超級電容器的充放電過程中正負極的儲能機理不同，因此其具有雙電層電容器和電池的雙重特征。混合型超級電容器的充放電速度、功率密度、內(nèi)阻、循環(huán)壽命等性能主要由電池電極決定，同時充放電過程中其電解液體積和電解質(zhì)濃度會發(fā)生改變。153-3混合型超級電容器3鋰離子電容器結(jié)構(gòu)圖163-3混合型超級電容器3鋰離子電容器機理電解液中的Li+嵌入到石墨層間形成嵌鋰石墨，同時，電解液中的陰離子則吸附在活性炭正極表面形成雙電層。Li+從負極材料中脫出回到電解液中，正極活性炭與電解液界面間產(chǎn)生的雙電層解離，陰離子從正極表面釋放，同時電子從負極通過外電路到達正極。充電放電17三種超級電容器對比3雙電層電容器法拉第贗電容器混合超級電容器優(yōu)點工作溫度范圍寬溫度變化小功率密度高安全性高壽命高已商業(yè)化能量密度大工作溫度范圍寬能量密度高安全性高壽命高缺點電壓低能量密度低成本高自放電大功率密度低電壓低除RuO2外研究中成本最高產(chǎn)業(yè)化推進中溫度變化大功率密度低成本較高三種超級電容器的優(yōu)缺點對比結(jié)構(gòu)419超級電容器的結(jié)構(gòu)超級電容器結(jié)構(gòu)電極電解液隔膜導(dǎo)電劑粘結(jié)劑集流體無機電解液有機電解液離子電解液電極材料420超級電容器的結(jié)構(gòu)集流體電極材料電解液隔膜超級電容器的結(jié)構(gòu)示意圖421超級電容器的結(jié)構(gòu)超級電容器的電極材料電極材料實例雙電層電容器炭材料活性炭碳納米管碳氣凝膠石墨烯法拉第贗電容器導(dǎo)電聚合物聚苯胺聚吡咯聚乙炔金屬氧化物RuO2MnO2V2O544224-1超級電容器的電極材料1.活性炭優(yōu)勢：1、成本低2、比表面積高3、實用性強4、生產(chǎn)制備工藝成熟5、高比容量，能達到500F/g，一般為200F/g性能影響因素：1、炭化、活化條件，高溫處理2、孔分布情況3、表面官能團4、雜質(zhì)研究趨勢：材料復(fù)合，降低成本4234-1超級電容器的電極材料2.碳納米管多壁納米管優(yōu)點：高導(dǎo)電率，比功率高，單壁納米管缺點：比表面積小，成本高。因此一般作為添加劑使用4244-1超級電容器的電極材料3.碳氣凝膠碳氣凝膠制備方法：甲醛、間二苯酚以Na2CO3催化熱凝凝膠丙酮置換無水凝膠液體CO2置換超臨界干燥氣凝膠炭化碳氣凝膠優(yōu)點：電子導(dǎo)電性好缺點：制備工藝復(fù)雜

所用藥品毒性較大4254-1超級電容器的電極材料4.石墨烯石墨烯（Graphene）是由碳原子構(gòu)成的只有一層原子厚度的二維晶體，碳原子之間相互連接成六角網(wǎng)格。鉛筆里用的石墨就相當于無數(shù)層石墨烯疊在一起。什么是石墨烯？4264-1超級電容器的電極材料4.石墨烯石墨烯超級電容器為基于石墨烯材料的超級電容器的統(tǒng)稱。由于石墨烯獨特的二維結(jié)構(gòu)和出色的固有的物理特性，諸如異常高的導(dǎo)電性和大比表面積，石墨烯基材料在超級電容器中的應(yīng)用具有極大的潛力。石墨烯基材料與傳統(tǒng)的電極材料相比，在能量儲存和釋放的過程中，顯示了一些新穎的特征和機制。什么是石墨烯超級電容器？4274-1超級電容器的電極材料4.石墨烯石墨烯超級電容器的優(yōu)缺點大功率具有非常高的電導(dǎo)率104~106S/m非常大的比表面積~2675m2/g超大的楊氏模量~1TPa超強的斷裂強度~130GPa石墨烯層間易堆積，降低了比表面積，同時也阻礙了電解液進入電極表面。快速充放電循環(huán)穩(wěn)定性強價格較貴，5000元/g優(yōu)點缺點4284-1超級電容器的電極材料4.石墨烯超薄平面石墨烯超級電容器更能有效發(fā)揮石墨烯片層的雙電層作用新型設(shè)計傳統(tǒng)設(shè)計層層堆疊阻礙石墨烯片層的雙電層作用的發(fā)揮石墨烯電極結(jié)構(gòu)設(shè)計4石墨烯上生長納米晶體Ni(OH)2比電容高達1335Fg-1,并具有良好的電容保持特性石墨烯上生長聚吡咯電化學(xué)沉積聚吡咯，比電容高達1510Fg-1,面積比電容為151mFcm?2

石墨烯/贗電容材料復(fù)合電極4-1超級電容器的電極材料4.石墨烯4304-1超級電容器的電極材料4.石墨烯層次化聚苯胺納米線/石墨烯石墨烯/贗電容材料復(fù)合電極a）b）4RuO2納米粒子/石墨烯4-1超級電容器的電極材料4.石墨烯石墨烯/贗電容材料復(fù)合電極44-1超級電容器的電極材料法拉第贗電容對金屬化合物的要求要求高比表面—高比容量低電阻率—高比功率化學(xué)穩(wěn)定性—長壽命高純度—減少自放電價格低—便于推廣使用44-1超級電容器的電極材料三種主要的贗電容器電極材料貴金屬廉價金屬導(dǎo)電聚合物1.貴金屬RuO2電容性能的研究（1）使用硫酸作為電解液，容量高，功率大，成本高。（2）熱分解氧化法比容量為380F/g，溶膠凝膠法為768F/g。2.添加W、Gr、Mo、V、Ti等的氧化物（1）降低成本（2）復(fù)合后性能提高1.

MnO2材料溶膠凝膠法制得的MnO2水合物在KOH溶液中的比容量為689F/g2.

NiO材料溶膠凝膠法制得的多孔NiO比容量為265F/g3.多孔V2O5水合物比容量為350F/g）（在KCl溶液中）4.

Co3O4干凝膠1.研究情況聚苯胺、聚對苯、聚吡咯、聚并苯、聚噻吩、聚乙炔、聚亞安酯等2.性能特點可快速充放電、溫度范圍寬、不污染環(huán)境3.存在的問題（1）穩(wěn)定性差（2）循環(huán)性能較差4WO3/RuO2比容量高達560F/gRu1-xGrxO2比容量高達840F/g4-1超級電容器的電極材料導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和集流體導(dǎo)電劑：導(dǎo)電炭黑、乙炔黑和導(dǎo)電石墨。粘結(jié)劑：羧甲基纖維素鈉(CMC)、羧基丁苯膠乳(SBR)和聚偏氟乙烯(PVDF)。集流體：鈦材料(酸性電解液)、鎳材料(堿性電解液)和鋁材料(有機/離子電解液)。44-2超級電容器的電解液性能要求電解液44-2超級電容器的電解液堿性電解液(KOH等)。四氟硼酸甲基三乙基銨(MeEt3NBF4)按照電解液的類型可以分為水系電解液和有機系電解液水系電解液中性電解液(NaSO4等)酸性電解液(H2SO4等)有機/離子電解液四氟硼酸四乙基銨(Et4NBF4)44-2超級電容器的電解液有機系超級電容器和水系超級電容器的特性對比有機系超級電容器水系超級電容器特性1.多孔炭材料2.不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)3.能承受接近3V電壓4.高功率、大充放電電流5.靜電儲存電荷6.適合大電流放電，不影響壽命7.寬溫度范圍-40℃--70℃8.因不存在化學(xué)反應(yīng)，壽命高，可達100萬次1.金屬氧化物2.發(fā)生化學(xué)反應(yīng)3.電壓范圍與金屬氧化物有關(guān)，通常小于2V4.低功率、較小充放電電流5.正負極間發(fā)生電荷離子轉(zhuǎn)移，本質(zhì)是感應(yīng)電流6.大電流放電導(dǎo)致產(chǎn)品老化，氣脹7.窄工作溫度范圍，低溫性能差8.因存在化學(xué)反應(yīng)，壽命低，一般為20萬次44-2超級電容器的電解液有機系超級電容器的優(yōu)缺點優(yōu)點缺點具有較高的分解電壓電容器的過充會導(dǎo)致有毒的揮發(fā)性物質(zhì)產(chǎn)生，同時也會使電容器的儲電能力顯著下降甚至消失較高的能量密度較高的電化學(xué)穩(wěn)定性耐高壓有機電解液應(yīng)該盡量避免水的存在，水的存在會導(dǎo)致電容器性能的下降，自放電加劇產(chǎn)品使用壽命長工作溫度范圍寬44-2超級電容器的電解液水系超級電容器的優(yōu)缺點優(yōu)點缺點較高的電導(dǎo)率較低的功率內(nèi)阻低較小的充放電電流電解質(zhì)分子直徑較小，容易與微孔充分浸漬大電流會導(dǎo)致器件老化，產(chǎn)生氣化膨脹，引起電解液泄漏價格便宜產(chǎn)品使用壽命低44-3超級電容器的隔膜日本高度紙業(yè)(NKK公司)和美國Celgard公司1.用于小型超級電容器的無紡布隔膜（扣式）規(guī)格厚度范圍（μm）應(yīng)用材料MPF30～300低自放電扣式P.P.聚丙烯2.用于大型超級電容器的纖維素隔膜（卷繞式或疊層式）規(guī)格厚度范圍（μm）應(yīng)用材料TF4030，35，50，60，70低ESR型Cellulose纖維素TF4530，35，40，50，60,低自放電型TF4840，50日本高度紙業(yè)(NKK公司)4制作工藝5超級電容器的制作工藝5磨料行星球磨機攪拌真空攪拌機涂布涂膜機輥壓輥壓機模切半自動極片模切機疊片半自動疊片機焊接極耳超聲波極耳金屬點焊機壓制電芯熱平壓機頂側(cè)封裝熱封裝機注液注液機靜置真空靜置箱預(yù)封真空預(yù)封機二次封口真空封裝機切邊氣動切邊機折邊真空折邊機燙邊燙邊機測試超電測試儀軟包超級電容器制作工藝流程圖超級電容器的制作工藝5圓柱形超級電容器制作工藝流程圖磨料行星球磨機攪拌真空攪拌機涂布涂膜機輥壓輥壓機分條自動分條機卷繞手動卷繞機焊接極耳超聲波極耳金屬點焊機壓制電芯熱平壓機頂側(cè)封裝熱封裝機注液注液機靜置真空靜置箱預(yù)封真空預(yù)封機二次封口真空封裝機切邊氣動切邊機折邊真空折邊機燙邊燙邊機測試超電測試儀性能指標6超級電容器的性能指標6性能指標額定容量額定電壓額定電流漏電流循環(huán)壽命能量密度功率密度等效串聯(lián)電阻自放電超級電容器的性能指標6額定容量以規(guī)定的恒定電流（如1000F以上的超級電容器規(guī)定的充電電流為100A，200F以下的為3A）充電到額定電壓后保持2-3分鐘，在規(guī)定的恒定電流放電條件下放電到端電壓為零所需的時間與電流的乘積再除以額定電壓值。額定電壓

可使用的最高安全電壓。在最低環(huán)境溫度和額定環(huán)境溫度下可連續(xù)加在電容器的最高直流電壓有效值，一般直接標注在電容器外殼上（如2.3V、2.5V、2.7V），如果工作電壓超過電容器的耐壓，電容器擊穿，造成不可修復(fù)的永久損壞。額定電流5秒內(nèi)放電到額定電壓一半的電流。功率密度單位質(zhì)量的輸出功率。P=V2/(4m*RESR)（V為超級電容器的工作電壓窗口，m為活性材料的質(zhì)量，RESR為等效串聯(lián)電阻）超級電容器的性能指標6自放電與自漏電本質(zhì)上是一樣的，針對超級電容器的結(jié)構(gòu)，相當于在電容內(nèi)部是正極和負極之間有一條高阻電流通道，這就是意味著在電容充電的時候，同時會有一個額外的附加電流，當在充電是時候，我們可以將此電流當成漏電流；當移去充電電壓后，同時電容沒有連接負載，這個電流使電容處于放電狀態(tài)，此時我們將此電流看成自放電電流。為了可靠地測量漏電流或者放電電流，電容必須被連續(xù)充電72小時以上，這同樣是由電容的結(jié)構(gòu)決定的。

自放電能量密度單位質(zhì)量活性材料的能量，E=0.5CV2（C為活性材料的比容量，V為超級電容器的工作電壓窗口）。超級電容器的性能指標6循環(huán)壽命

20秒充電到額定電壓，恒壓充電10秒，10秒放電到額定電壓的一半，間歇時間：10秒為一個循環(huán)。一般可達500000次。壽命終了的標準為電容量低于額定容量20%，等效串聯(lián)電阻增大到額定值的1.5倍。循環(huán)壽命通過恒電流充放電測試，根據(jù)恒流充放電曲線可計算出比容量，由此可得到比容量與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系。

等效串聯(lián)電阻電容器的實際電流與電壓的周期性變化不取決于頻率，而是超出了90度的相角關(guān)系。這是因為阻抗是由電容與電阻結(jié)合，使得低于90度的相角增大，且與頻率相關(guān)。其電阻成分表示為等效串聯(lián)電阻，包括電解質(zhì)電阻和接觸電阻。等效串聯(lián)電阻可以通過交流阻抗技術(shù)（EIS）測量，即是一種以小振幅的正弦波電壓（或電流）為擾動信號，測定其響應(yīng)電流（或電壓）信號的電化學(xué)測量方法，為電化學(xué)暫態(tài)技術(shù)。應(yīng)用7超級電容器的應(yīng)用7公用電器、工業(yè)及醫(yī)療電器：（用作小功率器件的電源）稅控機、控制器（溫度控制器）、觸摸屏、攝像頭、掃描儀、投影儀、考勤鐘、計數(shù)器、顯示屏、彩票機、銀行終端、公汽讀卡器、身份識別、復(fù)印機、打印機、X光機、磁共振、道釘機、電焊機、皮帶機、激光器、礦燈、工業(yè)儀表、雷管、電動工具網(wǎng)絡(luò)通訊：（中型模組、模塊、工作時間不是很長的、瞬間工作的）電腦、電話、手機、信息終端、通訊站、GPS、電力數(shù)據(jù)傳輸風光發(fā)電：風力發(fā)電、變漿、接收轉(zhuǎn)換、太陽能發(fā)電（儲能）、太陽能燈（警示燈、標識燈、道釘燈、地埋燈）、太陽能手電交通工具：摩托車啟動、機車啟動、電動汽車輔助動力、汽車啟動、電動自行車輔助動力、汽車音響、車載監(jiān)控后備電源：開關(guān)柜、直流屏、負荷調(diào)整電源、故障定位、變頻器、脈沖電源、應(yīng)急燈、救生繩、報警器、卷簾門、與電池配套電源、斷電保護能量回收：吊車、礦井、機車、電梯、抽油機軍工：戰(zhàn)斗機、軍車、坦克、雷達、精準炮彈、激光炮、電磁炮、警棍7-1電動/混合動力城市客車7提高混合電力、燃料電池的動力效率電容用于大量“停走”,加速期間或爬山時適用于觀光車,市內(nèi)公交車,機場等每輛車用8-12只48V模塊延長電池壽命提供大電流放電及停剎車能量回收7-2太陽能領(lǐng)域的應(yīng)用7太陽能道釘燈太陽能地磚燈太陽能交通警示燈太陽能浮標燈太陽能光伏產(chǎn)品種類很多，適合使用超級電容器的有太陽能電池太陽能→電能夜間太陽能燈照明7-3玩具777-4IT產(chǎn)品無線節(jié)能鼠標．免用電池，無廢電池污染問題

．采用超級電容，充電迅速(90~240秒)

．充飽一次電可以使用60~240分鐘

．充放電次數(shù)>500,000次

．使用27.042MHz免認證無線頻段

．256組隨機隨機數(shù)配對碼

．采用磁性連接充電，方便迅速對位

．充電電力供應(yīng)使用一般USB(5V/500mA)埠

．有效傳送范圍;約3尺(1米)

．每秒擷取圖像1,700次

．每秒位傳輸速度4.8k(bps)

．分辨率800/1000cpi，每秒最高位移24.9inches

．自動安裝，無需額外驅(qū)動程序

無線手寫板SSD固態(tài)硬盤FeatureofEnterprisemodeldesignSDRAMtocacheFAT+Data.NeedPowerbackuptoflushtoNAND7-5應(yīng)急照明儲能系統(tǒng)7為了確保應(yīng)急照明燈具有節(jié)電、高亮度、長壽命和不間斷性，采用由直流電源供電的半導(dǎo)體照明燈LED。采用LED燈后，節(jié)約了大量的電能，維修費用，同時也確保了照明質(zhì)量。采用超級電容器作為儲能元件，確保了應(yīng)急照明燈的超長壽命和免維護、可靠性強燈特性。超級電容取代鋰電池,免維護,免換電,壽命特長.超高可靠性﹐不會擔心電池實效失去電源﹐適合應(yīng)用在要求較高場合﹒提供全整方案.

市電充電控制電路7珠白光LED放電電路開關(guān)ＵＣ7-6電動工具7無繩電動螺絲刀–充電90秒產(chǎn)品主要針對不長用業(yè)余用家,但需要快速電及突然大量使用充滿可安裝22只螺絲,用電池可安裝37只螺絲但充電時間為90秒,電池需要30分鐘以上.如果需要安裝100只螺絲,要等電池充電,超級電容可不斷快速充電.50萬次充放電壽命,沒有電池般記憶效應(yīng),一輩子不用更換電池.ColemanFlashcellScrewdriver($80)thisultracapacitor-poweredcordlessscrewdrivercanberechargedinjust90seconds,andits“battery”willlastalifetime.

7-7再生能源—削峰填谷7引入超級電容器使系統(tǒng)具有夠大的過載能力.電容器有快速充電特性,充電的電源范圍0-52V,可以充分吸收短時間隙的強大風能,及微小風能／太陽能條件下的能量.充電及控制器保證系統(tǒng)在微風的條件吸收的能量在低壓情況下向蓄電池充電.充電效率高達85%.PwPavg將劇烈波動的能量變成較平滑的能量輸入rectifierFILTERPutility120V/240V50/60HzGnd7-8風光儲新能源上網(wǎng)系統(tǒng)7DVR(動態(tài)無功補償)-40oC冷儲存新能源延長蓄電池壽命7-9醫(yī)療器械7便攜電源超級電容器可以作為便攜式除顫器的放電電容。由電容所提供的大脈沖能量約為200-360J，單方向通過電極的全部電流加到病人身上。發(fā)達國家的一些公共場合開始采用便攜式除顫器，這樣可以盡早地挽救生命。其中的儲能電容器以采用超級電容器為最佳方案，如400J儲能僅需25F即可，即使按100F計算，其體積也僅僅為Φ25*45mm。由于超級電容器的電壓很低，可以使用超級電容模組或用功率變換器將電壓提高到需要的水平。PaceMaker心臟起搏器,用超級電容加小馬達充電,永久不用更換電池.7-10電動自行車7+安裝于電動自行車上與24V鉛酸電池并聯(lián)使用10只2.7V220F超級電容最高電壓27V重量非常輕:38克/電容冷起動:-40oC快速充電:2分鐘內(nèi)腳踏和滑行能量回收效率為90%.電池只有30%.延長電池壽命達一倍,環(huán)保超級電容:充放電壽命為50萬次7-11電梯71）重型門

2）修理時期動力供給

3）動力平衡

4）減少電梯系統(tǒng)電纜1）用于到達下一層