超級(jí)電容器的概念是什么？

超級(jí)電容技術(shù)介紹

超級(jí)電容是一種介于傳統(tǒng)電容和蓄電池之間的新型儲(chǔ)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(chǔ)能特性。超級(jí)電容器的電容量達(dá)到法拉級(jí)別，是傳統(tǒng)電容器的數(shù)百甚至上百萬(wàn)倍；同時(shí)超級(jí)電容器繼承了傳統(tǒng)電容器高功率密度、充放電時(shí)間短、寬溫度范圍、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，可反復(fù)循環(huán)使用，與其他儲(chǔ)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(shì)。

二、 超級(jí)電容器分類(lèi)

1、雙電層電容器

2、贗電容器

三、 電池、電容與超級(jí)電容的區(qū)別

電容和電池都是用于儲(chǔ)能的，但是電池是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)來(lái)儲(chǔ)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(guò)一個(gè)微穿孔分隔層隔開(kāi)，只允許離子通過(guò)。當(dāng)電池充放電的時(shí)候，離子在兩塊金屬板之間進(jìn)行不同方向的位移，在這個(gè)移動(dòng)的過(guò)程中，電池?zé)崃可仙?、膨脹、最后收縮，這種化學(xué)反應(yīng)不斷減少了電池的壽命。電池的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于它有非常高的能量密度，因此可以存儲(chǔ)大量的能量。

但電容不同，它不依賴(lài)于化學(xué)反應(yīng)，因此它是以靜電電荷的形式來(lái)存儲(chǔ)能量。電容內(nèi)的兩塊金屬板之間安置了一個(gè)電介質(zhì)，或叫絕緣體來(lái)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(chǔ)并迅速地釋放能量，也就是靜電電荷。它的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，假如一個(gè)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(huì)逐年衰減。另外一個(gè)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(shí)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(shí)供電。

而超級(jí)電容則彌補(bǔ)了電池和電容的缺點(diǎn)。首先，超級(jí)電容中電介質(zhì)的兩側(cè)充斥的是電解液，通電時(shí)電介質(zhì)兩側(cè)聚集離子，形成雙層電子結(jié)構(gòu)。兩個(gè)金屬板之間的距離決定了超級(jí)電容的性能比普通電容、甚至電池更優(yōu)。普通電容中，兩個(gè)金屬板之間的距離約為10-100微米，而超級(jí)電容中兩個(gè)金屬板的距離為一萬(wàn)分之一微米。距離的縮小意味著更大的電場(chǎng)，也就意味著更多的能量存儲(chǔ)空間。同時(shí)，超級(jí)電容中金屬板的碳涂層又增加了能量存儲(chǔ)所需的表面積達(dá)10萬(wàn)倍，因此，和普通電容相比，所能存儲(chǔ)的能量大大增加。

電池存儲(chǔ)的是以瓦時(shí)計(jì)算的能量，電容存儲(chǔ)的是以瓦特計(jì)算的功率。

電池以長(zhǎng)時(shí)間恒定的化學(xué)反應(yīng)來(lái)提供電能，充電時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，對(duì)充電電流的特性要求比較苛刻。相反，電容的充電是通過(guò)加載在其兩端的電壓來(lái)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(zhǎng)一段時(shí)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(wàn)次。(這也是超電容不同于電解化學(xué)的一個(gè)重要方面——它們不像電解化學(xué)的工作過(guò)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。

四、超級(jí)電容的應(yīng)用領(lǐng)域

超級(jí)電容主要用于需要快速充放電循環(huán)的場(chǎng)景，而不是需要長(zhǎng)期緊湊能量存儲(chǔ)的場(chǎng)景，比如在汽車(chē)、公交車(chē)、有軌列車(chē)、起重機(jī)、電梯上，主要用于制動(dòng)能量回收、短期能量存儲(chǔ)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(chǔ)（SRAM）的電源備份。

汽車(chē)與風(fēng)電是超級(jí)電容器的兩大主要應(yīng)用領(lǐng)域。汽車(chē)方面主要是有軌電車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)、混動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域；在有軌電車(chē)行駛過(guò)程中，超級(jí)電容器可吸收列車(chē)制動(dòng)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(jí)電容器在電動(dòng)車(chē)與混動(dòng)車(chē)的啟停系統(tǒng)中也能起到關(guān)鍵作用。

超級(jí)電容器作為一種新興儲(chǔ)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(jí)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(dòng)力、平抑短期功率波動(dòng)等服務(wù)。

1.1 FTU 后備電源：

線路有電時(shí)，DC/DC 電源模塊為FTU 提供工作電源。當(dāng)線路失電時(shí)，超級(jí)電容作為FTU 的后備電源，同時(shí)也為開(kāi)關(guān)設(shè)備的電動(dòng)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(jí)電容儲(chǔ)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(jí)電容可以在負(fù)荷低落時(shí)儲(chǔ)存電源的多余電能，而在負(fù)荷高峰時(shí)回饋給微電網(wǎng)以調(diào)整功率需求。針對(duì)系統(tǒng)故障引發(fā)的瞬時(shí)停電，電壓驟升驟降等問(wèn)題，利用超級(jí)電容提供快速功率緩沖，穩(wěn)定、平滑電網(wǎng)電壓波動(dòng)。風(fēng)力或太陽(yáng)能發(fā)電構(gòu)建的微電網(wǎng)非常需要超級(jí)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(jí)電容器可用于微電網(wǎng)儲(chǔ)能，在需求高、電能瞬時(shí)下降時(shí)瞬間注入電能，在反向條件下進(jìn)行儲(chǔ)能。它們?cè)谶@種情況下是有用的，因?yàn)槲㈦娋W(wǎng)越來(lái)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(jí)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(guò)主動(dòng)控制系統(tǒng)提供了一個(gè)即時(shí)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(guò)逆變器向電網(wǎng)提供交流電源。值得注意的是，超級(jí)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(chǔ)能裝置的功率輸出能力，降低內(nèi)部損耗，增加放電時(shí)間，延長(zhǎng)蓄電池使用壽命，縮小儲(chǔ)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(jí)電容器的特點(diǎn)來(lái)看，兩者在技術(shù)性能上有很強(qiáng)的互補(bǔ)性。將超級(jí)電容器與蓄電池混合使用，將大大提高儲(chǔ)能裝置的性能。超級(jí)電容器與蓄電池并聯(lián)，可以提高混合儲(chǔ)能裝置的功率輸出能力、降低內(nèi)部損耗、增加放電時(shí)間；可以減少蓄電池的充放電循環(huán)次數(shù)，延長(zhǎng)使用壽命；還可以縮小儲(chǔ)能裝置的體積、改善供電系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

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

風(fēng)力發(fā)電變槳用超級(jí)電容器的基本工作原理為，平時(shí)由風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的電能輸入充電機(jī)，充電機(jī)為超級(jí)電容器充電。當(dāng)需要為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳時(shí)，超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)放電，驅(qū)動(dòng)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(dòng)超級(jí)電容發(fā)展。目前風(fēng)力發(fā)電主要的儲(chǔ)能系統(tǒng)有蓄電池和超級(jí)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(shí)間長(zhǎng)，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(jí)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(zhǎng)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。