生産和(hé)生活最常見(jiàn)的鉛蓄電池,可(kě)将電能(néng)通(tōng)過化學反應儲藏起來,到另一(yī)個場合或另一(yī)時(shí)段使用。鉛蓄電池雖然造價較低(dī),但(dàn)也有相應的弱點,諸如(rú)能(néng)量轉換效率較低(dī)、電池反複充放電易老(lǎo)化導緻使用壽命短、比能(néng)量(Wh/kg)和(hé)比功率(W/kg)小使設備笨重、充電時(shí)間(jiān)長(cháng)等;現在我們在手機上(shàng)使用的锂離子電池,雖然也有許多優點,但(dàn)它價格昂貴且儲藏電能(néng)有限,不能(néng)在大功率場合下(xià)使用;所以正在開(kāi)發研制的超級電容電池,相比較而言,就有着一(yī)般電池無可(kě)比拟的優點,它的前景不可(kě)限量。
結構
超級電容的容量比通(tōng)常的電容器大得多。由于其容量很(hěn)大,對外(wài)表現和(hé)電池相同,因此也稱作(zuò)“電容電池”或說“黃(huáng)金(jīn)電池”。超級電容器電池也屬于雙電層電容器,它是目前世界上(shàng)已投入量産的雙電層電容器中容量最大的一(yī)種,其基本原理和(hé)其它種類的雙電層電容器一(yī)樣,都(dōu)是利用活性炭多孔電極和(hé)電解質組成的雙電層結構獲得超大的容量。
傳統物(wù)理電容中儲存的電能(néng)來源于電荷在兩塊極闆上(shàng)的分離,兩塊極闆之間(jiān)為(wèi)真空(相對介電常數(shù)為(wèi)1)或一(yī)層介電物(wù)質(相對介電常數(shù)為(wèi)ε)所隔離,電容值為(wèi):C = ε·A / 3.6 πd ·10-6 (μF) 其中A為(wèi)極闆面積,d為(wèi)介質厚度。所儲存的能(néng)量為(wèi): E = C (ΔV)2/2,其中C為(wèi)電容值,ΔV為(wèi)極闆間(jiān)的電壓降.可(kě)見(jiàn),若想獲得較大的電容量,儲存更多的能(néng)量,必須增大面積A或減少(shǎo)介質厚度d,但(dàn)這(zhè)個伸縮空間(jiān)有限,導緻它的儲電量和(hé)儲能(néng)量較小。
工(gōng)作(zuò)原理
雙電層電容器中,采用活性炭材料制作(zuò)成多孔電極,同時(shí)在相對的碳多孔電極之間(jiān)充填電解質溶液,當在兩端施加電壓時(shí),相對的多孔電極上(shàng)分别聚集正負電子,而電解質溶液中的正負離子将由于電場作(zuò)用分别聚集到與正負極闆相對的界面上(shàng),從(cóng)而形成兩個集電層,相當于兩個電容器串聯,由于活性碳材料具有≥1200m2/g的超高比表面積(即獲得了(le)極大的電極面積A),而且電解液與多孔電極間(jiān)的界面距離不到1nm(即獲得了(le)極小的介質厚度d),根據前面的計算公式可(kě)以看(kàn)出,這(zhè)種雙電層電容器比傳統的物(wù)理電容的容值要(yào)大很(hěn)多,比容量可(kě)以提高100倍以上(shàng), 從(cóng)而使單位重量的電容量可(kě)達100F/g,并且電容的內(nèi)阻還能(néng)保持在很(hěn)低(dī)的水平,碳材料還具有成本低(dī),技術(shù)成熟等優點。從(cóng)而使利用電容器進行(xíng)大電量的儲能(néng)成為(wèi)可(kě)能(néng),且在實際使用時(shí),可(kě)以通(tōng)過串聯或者并聯以提高輸出電壓或電流。
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