超级电容器的发展与应用

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1、常州信息职业技术学院学生毕业设计（论文）报告系另lj:电子与电气工程学院专业：电子信息工程技术班号：学生姓名：学生学号：设计（论文）题目超级电容器的发展与应用指导教师：设计地点：常州信息职业技术学院起迄 日期：20.7.120.8.20毕业设计（论文）任务书专业电子信息工程技术班级姓名一、 课题名称：超级电容器的发展与应用二、 主要技术指标：额定容量、额定电压、额定电流、最大存储能量、能量密度、 功率密度、使用寿命、循环寿命、等效串联电阻、漏电流等技术扌旨标三、 工作内容和要求：本文先从普诵电容器入手，讲而引出超级电容器的产牛。从而 以此为基础，阐释了超级电容器的构造、定义、以及工作原理。接着

2、从超级电容器的性能 技术介绍其使用特点和注意事项，然后又介绍了超级电容器的发展与现状以及其在牛产牛活 中的应用。最后还进行其以后发展的广阔前景。四、 主要参考文献：1夏熙、刘洪涛，一种正在发展的储能装置一超电容器（2） J电池工业，2004, 9 （4）： 181-188：2钟海云，李荐，戴艳阳，等，新型能源器件一超级电容器研究发展最新动态 J电源技术，2004, 25 （5）： 367-370；3薛洪发，超大容器器在铁路运输牛产中的应用 J中国铁路 2000 （5）： 52.。学 生（签名）20年6月26 日指导教师（签名）20年6月26日教研室主任（签名） 20年6月27日系主任（签名）

3、20年6月28日毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目一、选题的背景和意义：超级电容器发展始于20世纪60年代，起先被认为是一种低功率、低能量、长使用寿命的器件。 但到了 20世纪90年代，由于混合电动汽车的兴起，超级电容器才受到广泛的关注并迅速发展起 来。现今，大功率的超级电容器被视为一种大功率物理二次电源，各发达国家都把对超级电容器 的研究列为国家重点战略研究项目。目前，超级电容器在电力系统中的应用越来越受到关注。此 外，超级电容器还活跃在电动汽车、消费类电子电源、军事、工业等高峰值功率场合。二、课题研究的主要内容：主要介绍了超级电容器的构造、定义以及其工作原理，还阐释了超级电容器的特点

4、和使用注意事项，以及超级电容器的发展与现状。最后介绍了超级电容器在生产生活中的应用。三、主要研究（设计）方法论述：通过查阅书籍了解超级电容器的基本概念等信息，结合以前所学的电子专业知识认真研究课题。 借助强大的网络功能，借鉴前人的研究成果更好的帮助自己更好地理解所需掌握的内容。通过与 老师与同学的讨论研究，及时地发现问题反复地检查修改最终完成四、设计（论文）进度安排：时间（迄止日期）工作内容20 -7-120 -7-5寻找资料，制定题目20 -7-620 -7-15通过书籍和网络查找资料20 -7-1620 -8-3整理资料，并写成初稿，上交初稿20 -8-420 -7-17对论文进行相应的修

5、改，完成论文20 -8-1920 -8-20打印论文五、指导教师意见：指导教师签名：20年7月3日六、系部意见：系主任签名：20年7月4日目录【摘要】：作为一种介于传统电容器及电池之间的新型储能元件，超级电容器具有超大容量、 高功率密度、长循环寿命、充放电效率高等特点，引起了世界广泛关注，综述了超 级电容器的原理、分类及特点，介绍了超级电容器的主要应用领域和发展趋势。【关键词】：超级电容器；双电层电容器；点化学电容器；原理；应用 第一章超级电容器与电容器的关系11电容器相关常识 51. 2超级电容器相关常识 81. 3超级电容器与传统电容器的关系 81. 4超级电容器与电池的比较 9第二章超级

6、电容器的工作原理2. 1双层电容器-92. 2电化学电容器92. 3混合型电容器102. 4工作原理10第三章超级电容器的技术指标及使用注意事项3. 1超级电容器的技术指标103. 2超级电容器使用的注意事项11第四章超级电容器的历史发展状况与应用4. 1超级电容器的历史发展124. 2我国超级电容器的发展概况124.3 超级电容器的应用12第五章结束语 14第六章答谢词 15参考文献 15超级电容器的发展与应用摘要：作为一种介于传统电容器及电池之间的新型储能元件，超级电容器具有超大容量、高 功率密度、长循环寿命、充放电效率高等特点，引起了世界广泛关注，综述了超级电容器的原 理、分类及特点，介

7、绍了超级电容器的主要应用领域和发展趋势。关键词：超级电容器 ；双电层电容器；电化学电容器；原理；应用Development and Application of Super Condenser Abstract: As a new kind energy storage device,supercapacitors have characteristics of high power density ,extremely large capacitance,long cycle life and high charg-discharge efficiency.For this reason,w

8、orld wide attention was attracted.The fundamental principles,classification and characteristics of supercapacitors were reviewed,and their main application areas and development trend were introduced.Key words:supercapacitors; electrical doule-Layer capacitor; electrochemcial capacitor; principles;

9、applications0引言超级电容器是20 世纪七八十年代发展起来的一种介于电池和传统电容器之间的 新型储能元件，比同体积的电解电容器容量大20006000倍，功率密度比电池高 10100倍，可以放大电流充放电，充放电效率高，充放电循环次数可达100000 次以上，并且免维护。超级电容器的出现填补了传统的静电电容器和化学电源之 间的空白，并以其优越的性能及广阔的应用前景受到了各个国家的重视。2007 年 1 月号的美国探索杂志，将超级电容器列为2006年世界7大科技发现之一， 认为超级电容器是能量储存领域的一项革命性发展，并将在某些领域取代传统蓄 电池。1超级电容器与电容器的关系11 电容

10、器相关常识（1）电容器的定义：电容器通常简称其为电容，用字母 C 表示。定义 1：电容器，顾名思义，是装电的容器，是一种容纳电荷的器件。英文 名称：capacitor。电容是电子设备中大量使用的电子元件之一，广泛应用于隔直， 耦合，旁路，滤波，调谐回路， 能量转换，控制电路等方面。定义 2：电容器，任何两个彼此绝缘的导体（包括导线）间都构成一个电容器。（2）电容器在电路中的作用：在直流电路中，电容器是相当于断路的。 这得从电容的结构上说起。最简单的电容是由两端的极板和中间的绝缘电介构成 的。通电后，极板带电，形成电压（电势差），但是中间由于是绝缘的物质，所以 是不导电的。不过，这样的情况是在没

11、有超过电容器的临界电压（击穿电压）的 前提条件下的。我们知道，任何物质都是相对绝缘的，当物质两端的电压加大到 一定程度后，物质是都可以导电的，我们称这个电压叫击穿电压。电容也不例外， 电容被击穿后，就不是绝缘体体了。不过在中学阶段，这样的电压在电路中是见 不到的，所以都是在击穿电压以下工作的，可以被当做绝缘体看。但是，在交流电路中，因为电流的方向是随时间成一定的函数关系变化的。 而电容器充放电的过程是有时间的，这个时候，在极板间形成变化的电场，而这 个电场也是随时间变化的函数。实际上，电流是通过场的形式在电容器间通过的。在中学阶段，有句话，就叫通交流，阻直流，说的就是电容的这个性质。(3) 电

12、容器的基本功能充电和放电充电和放电是电容器的基本功能。充电 使电容器带电(储存电荷和电能)的过程称为充电。这时电容器的两个极板 总是一个极板带正电，另一个极板带等量的负电。把电容器的一个极板接电源(如 电池组)的正极，另一个极板接电源的负极，两个极板就分别带上了等量的异种 电荷。充电后电容器的两极板之间就有了电场，充电过程把从电源获得的电能储 存在电容器中。放电 使充电后的电容器失去电荷(释放电荷和电能)的过程称为放电。例如，用 一根导线把电容器的两极接通，两极上的电荷互相中和，电容器就会放出电荷和 电能。放电后电容器的两极板之间的电场消失，电能转化为其它形式的能。在一般的电子电路中，常用电容

13、器来实现旁路、耦合、滤波、振荡、相移以 及波形变换等，这些作用都是其充电和放电功能的演变。(4) 电容器主要特性参数1、标称电容量和允许偏差 标称电容量是标志在电容器上的电容量。电容器的基本单位是法拉(F),但是，这个单位太大，在实地标注中很少采用。其它单位关系如下：1F=1000mFlmF=1000yFlpF=1000nF1nF=1000pF电容器实际电容量与标称电容量的偏差称误差，在允许的偏差范围称精度。精度等级与允许误差对应关系：00 (01) -1%、0 (02) -2%、I-5%、II- 10%、III-20%、W- (+20%-10%)、V- (+50%-20%)、W- (+50%

14、-30%)一般电容器常用I、II、III级，电解电容器用W、V、W级，根据用途选取。2、额定电压在最低环境温度和额定环境温度下可连续加在电容器的最高直流电压有效 值，一般直接标注在电容器外壳上，如果工作电压超过电容器的耐压，电容器击 穿，造成不可修复的永久损坏。3、绝缘电阻直流电压加在电容上，并产生漏电电流，两者之比称为绝缘电阻.当电容较小时，主要取决于电容的表面状态，容量O.luf时，主要取决于介 质的性能，绝缘电阻越小越好。电容的时间常数：为恰当的评价大容量电容的绝缘情况而引入了时间常数， 他等于电容的绝缘电阻与容量的乘积。4、损耗 电容在电场作用下，在单位时间内因发热所消耗的能量叫做损耗

15、。各类电容 都规定了其在某频率范围内的损耗允许值，电容的损耗主要由介质损耗，电导损 耗和电容所有金属部分的电阻所引起的。在直流电场的作用下，电容器的损耗以漏导损耗的形式存在，一般较小，在 交变电场的作用下，电容的损耗不仅与漏导有关，而且与周期性的极化建立过程 有关。5、频率特性 随着频率的上升，一般电容器的电容量呈现下降的规律。6, 常用公式平行板电容器公式中C=sS/4nkd（5）电容器的型号命名与标示1. 电容器的型号命名方法 国产电容器的型号一般由四部分组成（不适用于压敏、可变、真空电容器）。依次分别代表名称、材料、分类和序号。第一部分：名称，用字母表示，电容器用 C。 第二部分：材料，

16、用字母表示。第三部分：分类，一般用数字表示，个别用字母表示。 第四部分：序号，用数字表示。用字母表示产品的材料：A-钽电解、B-聚苯乙烯等非极性薄膜、C-高频陶瓷、 D-铝电解、E-其它材料电解、G-合金电解、H-复合介质、I-玻璃釉、J-金属化纸、 L-涤纶等极性有机薄膜、N-铌电解、O-玻璃膜、Q-漆膜、T-低频陶瓷、V-云母纸、 Y-云母、Z-纸介2. 电容器容量标示1 、直标法用数字和单位符号直接标出。如luF表示1微法，有些电容用“R”表示小数点， 如 R56 表示 0.56 微法。2、文字符号法用数字和文字符号有规律的组合来表示容量。如p10表示O.1pF,1pO表示lpF, 6P

17、8 表示 6.8pF, 2u2 表示 2.2uF.3、色标法 用色环或色点表示电容器的主要参数。电容器的色标法与电阻相同。电容器偏差标志符号：+100%-0-H、+100%-10%-R、+50%-10%-T、+30%-10%-Q、+50%-20%-S、+80%-20%-Z4、数学计数法：如上图瓷介电容，标值272，容量就是：27X100pf=2700pf. 如果标值473，即为47X1000pf=0.047uf。（后面的2、3,都表示10的多少次方）。 又如： 332=33X100pf=3300pf。12 超级电容器相关常识（1）超级电容器：又叫双电层电容器（Electrical Doule-

18、Layer Capacitor）、电化 学电容器 （Electrochemcial Capacitor, EC）, 黄金电容、法拉电容，通过极化电解质 来储能。它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能 过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容器可 以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板，在极板上加电，正极 板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，实际上形成两个容性存储层，被 分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近。超级电容器是建立在德国物理学家亥姆霍兹提出的界面双电层理论基础上的 一种全新的电容器。众所周知，插入电解质溶液中

19、的金属电极表面与液面两侧会 出现符号相反的过剩电荷，从而使相间产生电位差。那么，如果在电解液中同时 插入两个电极，并在其间施加一个小于电解质溶液分解电压的电压，这时电解液 中的正、负离子在电场的作用下会迅速向两极运动，并分别在两上电极的表面形 成紧密的电荷层，即双电层，它所形成的双电层和传统电容器中的电介质在电场 作用下产生的极化电荷相似，从而产生电容效应，紧密的双电层近似于平板电容 器，但是，由于紧密的电荷层间距比普通电容器电荷层间的距离更小得多，因而 具有比普通电容器更大的容量。双电层电容器与铝电解电容器相比内阻较大，因此，可在无负载电阻情况下直 接充电，如果出现过电压充电的情况，双电层电

20、容器将会开路而不致损坏器件， 这一特点与铝电解电容器的过电压击穿不同。同时，双电层电容器与可充电电池 相比，可进行不限流充电，且充电次数可达 1000000 次以上，因此双电层电容不 但具有电容的特性，同时也具有电池特性，是一种介于电池和电容之间的新型特 殊元器件。（2）超级电容器的优缺点优点:在很小的体积下达到法拉级的电容量；无须特别的充电电路和控制放电电 路；和电池相比过充、过放都不对其寿命构成负面影响；从环保的角度考虑，它 是一种绿色能源；超级电容器可焊接，因而不存在像电池接触不牢固等问题；缺点：如果使用不当会造成电解质泄漏等现象；和铝电解电容器相比，它内阻 较大，因而不可以用于交流电路

21、；13 超级电容器与传统电容器的关系超级电容器在分离出的电荷中存储能量，用于存储电荷的面积越大、分离出 的电荷越密集，其电容量越大。传统电容器的面积是导体的平板面积，为了获得较大的容量，导体材料卷制 得很长，有时用特殊的组织结构来增加它的表面积。传统电容器是用绝缘材料分 离它的两极板，一般为塑料薄膜、纸等，这些材料通常要求尽可能的薄。超级电容器的面积是基于多孔炭材料，该材料的多孔结够允许其面积达到 2000m2/g，通过一些措施可实现更大的表面积。超级电容器电荷分离开的距离是 由被吸引到带电电极的电解质离子尺寸决定的。该距离(10 Å)和传统电 容器薄膜材料所能实现的距离更小。 这

22、种庞大的表面积再加上非常小的电荷分离 距离使得超级电容器较传统电容器而言有惊人大的静电容量，这也是其 “超级”所 在。14 超级电容器与电池的比较 超级电容器不同于电池，在某些应用领域，它可能优于电池。有时将两者结合起 来，将电容器的功率特性和电池的高能量存储结合起来，不失为一种更好的途径。超级电容器在其额定电压范围内可以被充电至任意电位，且可以完全放出。 而电池则受自身化学反应限制工作在较窄的电压范围，如果过放可能造成永久性 破坏。超级电容器的荷电状态(SOC)与电压构成简单的函数，而电池的荷电状态 则包括多样复杂的换算。超级电容器与其体积相当的传统电容器相比可以存储更多的能量，电池与其 体

23、积相当的超级电容器相比可以存储更多的能量。在一些功率决定能量存储器件 尺寸的应用中，超级电容器是一种更好的途径。超级电容器可以反复传输能量脉冲而无任何不利影响，相反如果电池反复传 输高功率脉冲其寿命大打折扣。超级电容器可以快速充电而电池快速充电则会受到损害。 超级电容器可以反复循环数十万次，而电池寿命仅几百个循环。2超级电容器的工作原理一般认为超级电容器包括双层电容器和电化学电容器两大类。21 双电层电容器早在 1897 年德国人 Helmholtz 就提出了基于超级电容器的双电层理论。当金 属插入电解液中时，金属表面上的净电荷将从溶液中吸引部分不规则分布的带异 种电荷的离子，使它们在电极溶液

24、界面的溶液一侧离电极一定距离处排成一排， 形成一个电荷数量与电极表面剩余电荷数量相等而符合相反的界面层。该界面由 两个电荷层组成。由于界面上存在一个位垒，因而两层电荷都不能越过边界而中 和，按照电容器原理二形成一平板电容器。由于其距离非常小，一般在0.5mm以 下，加之采用特殊电极材料后使其表面积成万倍地增加，从而产生了极大地电容 量。22 电化学电容器电化学电容器按电极材料的不同可分为金属氧化物电化学电容器和导电性高 分子聚合物电化学电容器，即法拉第准电容。对于电化学电容器，其存储电荷的 过程不仅包括双电层上的存储，而且包括电解液中离子在电极活性物质中由于氧 化还原反应导致的电荷在电极中的储

25、存。与双层电容器的静电容量相比，相同表 面积下的电化学电容器的容量要大10100倍。23 混合型超级电容器超级电容器也可以再两极分别采用不同的电极材料，如一极是形成双电层电容 的碳材料，另一极是利用法拉第准电容储能的金融氧化物电极。在电压保持不变 或略有提升的基础上，利用金属氧化物超级电容器的超大比能量与双电荷层超级 电容器的有效配比，获得了比双电荷层超级电容器高 4 倍的比能量。此类电容器 在工作时，既有双电层电容的贡献，又包含准电容的作用，因而其比能量较单纯 的双电层电容器大大提高，同时可以具备交稿的比功率和循环寿命。根据使用条 件的不同，充放电次数可达120万次，甚至大到50万次。24

26、超级电容器工作原理超级电容器是利用双电层原理的电容器。当外加电压加到超级电容器的两个 极板上时，与普通电容器一样极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在 超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成 相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的 接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做 双电层，因此电容量非常大。当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时， 电解液界面上电荷不会脱离电解液，超级电容器为正常工作状态（通常为 3V 以 下），如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时，电解液将分解，为非 正

27、常状态。由于随着超级电容器放电 ，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解 液的界面上的电荷响应减少。由此可以看出：超级电容器的充放电过程始终是物 理过程，没有化学反应。因此性能是稳定的，与利用化学反应的蓄电池是不同的。3超级电容器的技术指标以及使用注意事项31 超级电容器技术指标目前，对超级电容器性能描述的指标有：（1）额定容量。指按规定的恒定电流（如 1000F 以上的超级电容器规定的充电 电流为1OOA, 200F以下的为3A）充电到额定电压后保持23min，在规 定的恒定电流放电条件下放电到端电压为零所需的时间与电流的乘积再除 以额定电压值，单位为法拉，F。（2）额定电压。即可以使用的最高

28、安全端电压。此外还有浪涌电压，通常为额 定电压的 105%；击穿电压，其值远高于额定电压的 1.53 倍，单位为伏特 （V）。（3）额定电流。指5s内放电到额定电压一半的电流，单位为安培（A）。（4）最大存储能量。指额定电压下放电到零所释放的能量，单位为焦耳（J）或 者是瓦时（Wh）。（5）能量密度，也称比能量。指单位质量或单位体积的电容器所给出的能量， 单位为Wh/kg或Wh/L。（6）功率密度，也称为比功率。指单位质量或单位体积的超级电容器在匹配负 荷下产生电/热效应各半时的放电功率。它表征超级电容器所能承受电流的 能力，单位为 Kw/Kg 或 kw/L。（7）等效串联电阻（ ESR ）

29、。其值与超级电容器电解液和电极材料、制备工艺等 因素有关。通常交流 ESR 比直流 ESR 小，且随温度上升而减少。单位为欧 姆（）（8）漏电流。指超级电容器保持静态储能状态时，内部等效并联阻抗导致的静 态损耗，通常为加额定电压72h后测得的电流，单位安培（A）。（9）使用寿命。是指超级电容器的电容量低于额定容量的 20%或 ESR 增大到额定 值的 1.5 倍时的时间长度。因为此时可判断为其寿命终了。（ 10 ）循环寿命。超级电容器经历 1 次充电和放电，称为 1 次循环或叫 1 个周期。 超级电容器的循环寿命长，可达 10 万次以上。32 超级电容器使用注意事项（1）超级电容器具有固定的极

30、性。在使用前，应确认极性。（2）超级电容器应在标称电压下使用： 当电容器电压超过标称电压时，将会导致电解液分解，同时电容器会发热， 容量下降，而且内阻增加，寿命缩短，在某些情况下，可导致电容器性能崩 溃。（3）超级电容器不可应用于高频率充放电的电路中，高频率的快速充放电会导 致电容器内部发热，容量衰减，内阻增加，在某些情况下会导致电容器性能 崩溃。（4）超级电容器的寿命： 外界环境温度对于超级电容器的寿命有着重要的影响。电容器应尽量远离热 源。（5）当超级电容器被用做后备电源时的电压降：由于超级电容器具有内阻较大的特点，在放电的瞬间存在电压降，AV=IR。（6）使用中环境气体： 超级电容器不可

31、处于相对湿度大于85%或含有有毒气体的场所，这些环境下 会导致引线及电容器壳体腐蚀，导致断路。（7）超级电容器的存放：超级电容器不能置于高温、高湿的环境中，应在温度-30+50C、相对湿度小 于 60%的环境下储存，避免温度骤升骤降，因为这样会导致产品损坏。（8）超级电容器在双面线路板上的使用： 当超级电容器用于双面电路板上，需要注意连接处不可经过电容器可触及的 地方，由于超级电容器的安装方式，会导致短路现象。（9）当把电容器焊接在线路板上时，不可将电容器壳体接触到线路板上，不然 焊接物会渗入至电容器穿线孔内，对电容器性能产生影响。（10）安装超级电容器后，不可强行倾斜或扭动电容器，这样会导致

32、电容器引线 松动，导致性能劣化。（11）在焊接过程中避免使电容器过热： 若在焊接中使电容器出现过热现象，会降低电容器的使用寿命，例如：如果 使用厚度为1.6mm的印刷线路板，焊接过程应为260C，时间不超过5s。（12）焊接后的清洗：在电容器经过焊接后，线路板及电容器需要经过清洗，因为某些杂质可能会 导致电容器短路。（13）将电容器串联使用时： 当超级电容器进行串联使用时，存在单体间的电压均衡问题，单纯的串联会 导致某个或几个单体电容器过压，从而损坏这些电容器，整体性能受到影响， 故在电容器进行串联使用时，需得到厂家的技术支持。（14）其他： 在使用超级电容器的过程中出现的其他应用上的问题，请

33、向生产厂家咨询或 参照超级电容器使用说明的相关技术资料执行4超级电容器的历史发展状况与应用41 超级电容器的发展历史超级电容器储能机理在 1879 年由 Helmholz 发现，但利用这个原理将大量的电 能存储在物质表面，像电池一样用于实际目的的人是Becker。随后，美国Sohio 公司开始利用基于高比表面的碳材料的双层电容器。Conway于19751981年间 开发了另一种类型的“准电容”体系。日本NEC公司也从1979年开始一直生产 Supercapacitor,并将该技术应用于电动汽车的电池启动系统，开始了超级电容器的 大规模商业应用。在 20世纪80年代初我国学者就注意到了双层电容器

34、的研究，但国内对超级电 容器的研究始于90年代后期。尽管国内在超级电容器领域的研究与开发的起步较 晚，但发展势头不容忽视。产业重组的结果，可能实际上使得社会上的产业只剩下两类行业，一类是实业， 包括制造业和物流业；一类是信息业，包括服务、金融、信息处理业等。在实业 中，物流企业会逐渐强化。42 我国超级电容器的发展概况在我国，北京有色金属研究总院、锦州电力电容有限责任公司、北京科技大学、 北京化工大学、北京理工大学、北京金正平公司、解放军防化院、哈尔滨句容公 司、上海奥委公司等正在开展超级电容器的研究。 2005 年，由中国科学院电工所 承担的“863”项目“可再生能源发电用超级电容器储能系统

35、关键技术研究”通过 专家验收。该项目完成了用于光伏发电系统的 300Wh/1kW 超级电容器储能系统的 研究开发工作。另外，华北电力大学等有关课题组，正在研究将超级电容器储能（SCES ）系统应用到分布式发电系统的配电网。但从整体来看，我国在超级电容 器领域的研究与应用水平明显落后于世界先进水平。43 超级电容器的应用43.1 在电动汽车和混合动力汽车中的应用电池技术的发展始终是制约整个电动车行业发展的主要因素。在车辆启动、加 速、爬坡等需要高功率输出时，现有的各类传统电池都不能满足要求，而且高功 率输出对传统电池也有严重伤害。在电动车和混合动力汽车中均可以采用大功率 超级电容器。超级电容器可

36、以作为一个具有高功率、可在短时间内释放能量的辅 助电源，并可回收刹车时得到的能量，在优化的状态下运行。43.2 用于太阳能、风能发电装置辅助电源超级电容器可以作为太阳能或风能发电装置的辅助电源，将发电装置所产生 的能量以较快的速度储存起来，并按照设计要求释放。与传统蓄电池相比，一方 面超级电容器对于充放电电流没有严格的限制，更加适合太阳能和风能发电装置 电流波动范围较大的特点，另一方面超级电容器的长寿命、免维修和环保德国特 点能够环保等特点能够保证这些新型能源杜绝二次污染，并能长时间免维护地使 用，成为真正的绿色能源。此外，将超级电容器与太阳能、风能系统相结合，还可能开发出一系列新型 的免维护

37、装置，例如航空灯，在白天由太阳能提供电源并对超级电容器充电，晚 上则由超级电容器提供电源。由于超级电容器的使用维护要求极低，使用寿命可 达 10 年，这种新型的航空灯可以大大减轻日常维护工作地强度，并能保证长时间 可靠工作。43.3 军事航天领域的应用由于超级电容器充放电迅速，可以适应较宽温度范围内的工作，循环寿命长 同时是真正的免维护电源，因此可以作为潜艇和船只等设备的主辅电源，坦克、 装甲车的超低温启动电源，航天器、雷达的动力电源，野战医院医疗器械的主辅 电源，单兵小型电台的主辅电源等。据报道，我国东北地区进行的军事演习中， 由于爱用了超级电容器作为军车的低温启动电源，军车的高寒作战能力大

38、大提高， 在一25C以下的低温条件下，仍然保持了较好的机动能力。43.4 工业领域的后备能源超级电容器可以取代传统蓄电池，作为应急保障系统的后备电源。一些工业 过程（如半导体、化学、制药、造纸、和纺织工业）对于电源的短暂中止和混乱 非常敏感，并且会引起昂贵的生产损失。工作持续时间从几秒到几分钟的 UPS 装 置可以有效地保护这些敏感的负荷。将超级电容器用于这类 UPS 装置，能提供更 好的能量对功率的比率，减少系统的体积和成本，使之更加可靠。43.5 城市公交车领域的应用为了应对普遍存在的公交阻塞现象，目前国内许多大城市都制定了“公交优 先”的交通策略。但是公交行业既是用油大户，也是污染大户，

39、发展公共交通必 须建立在大力发展新型环保公交车的基础之上。2003 年，上海奥威科技开发有限公司与上海巴士电车等开始合作开发超级电 容器电车，这种新型城市公交充分利用了超级电容器的独特性能，在保留无轨电 车优点的同时，克服了无轨电动车机动性差、架空线景观污染的缺点，没有了尾 气排放，机动性好，噪声低，运行成本更低。 2006 年 8 月，超级电容器电车在上 海市中心的繁华地段成功实现了商业化运营，为发展城市公交提供了全新的思路。 在无轨电车中使用的大功率超级电容器，是奥威公司在吸收和消化国外技术的基 础上，自行研制开发的混合型超级电容器，该产品电极材料和生产工艺，已经申 请了多项专利。43.6

40、 超级电容器其他方面上的应用（1）税控机、税控加油机、真空开关、智能表、远程抄表系统、仪器仪表、数码 相机、掌上电脑、电子门锁、程控交换机、无绳电话等的时钟芯片、静态随机存 贮器、数据传输系统等微小电流供电的后备电源。（2）智能表（智能电表、智能水表、智能煤气表、智能热量表）作电磁阀的启动 电源（3）太阳能警示灯，航标灯等太阳能产品中代替充电电池。（4）手摇发电手电筒等小型充电产品中代替充电电池。（5）电动玩具电动机、语音IC、LED发光器等小功率电器的驱动电源。5.结束语超级电容器的出现，解决了能源系统中功率密度与能量密度之间的矛盾。随着 超级电容器技术的进一步发展，它将取代当前频繁更换的蓄

41、电池，且家用储能系 统各也有可能得到实现。作为一种储能巨大、充放电速度快、工作温度范围广、 工作安全可靠安全、无需维护保养、价格低廉的储能系统，如能大量应用于电力 系统，则必将推动技术进步和取得更大的经济效益。答 谢 辞本文是在导师黄宇航老师的悉心指导下完成的。承蒙老师的亲切关怀和精心 指导，虽然有繁忙的工作，但仍抽出时间给予我学术上的知道和帮助，特别是给 我提供了良好的学习环境，使我从中获益不浅。老师对学生认真负责的态度、严 谨的科学研究方法、勤勉的工作作风以及勇于创新、勇于开拓的精神是我永远学 习的榜样。还要感谢我的父母，他们在生活上给予我很大的支柱和鼓励，是他们给予我 努力学习的信心和力

42、量。最后，感谢所有关心我、支持我和帮助过我的同学、朋友、老师和亲人。在 这里，我仅用一句话来表明我无法言语的心情：感谢你们！参考文献：1 夏熙、刘洪涛，一种正在发展的储能装置一超电容器(2)J电池工业，2004, 9 (4)：181-188；2 钟海云，李荐，戴艳阳，等，新型能源器件一超级电容器研究发展最新动态J电源技 术，2004，25(5)：367-370；3 薛洪发，超大容器器在铁路运输生产中的应用J中国铁路2000 (5)： 52.；4 田艳红、付旭涛、吴伯荣。超级电容器用多孔碳材料的研究进展 J .电源技术 ，26 (6)：466-467；5 戴贵平、刘敏、王茂章等.电化学电容器中炭

43、电极的研究及开发I.电化学电容器J. 新型炭材料，2002，17(1)：71-79.毕业设计（论文）成绩评定表、指导教师评分表（总分为70分）序号考核项目满分评分1工作态度与纪律102调研论证103外文翻译54设计（论文）报告文字质量105技术水平与实际能力156基础理论、专业知识与成果价值157思想与方法创新5合计70指导教师综合评语：指导教师签名：年月日二、答辩小组评分表（总分为30分）序号考核项目满分评分1技术水平与实际能力52基础理论、专业知识与成果价值53设计思想与实验方法创新54设计（论文）报告内容的讲述55回答问题的正确性10合计30答辩小组评价意见（建议等第）：答辩小组组长教师签名：年月日三、系答辩委员会审定表1.审定意见2.审定成绩（等第）系主任签字：年月日