電能是當(dāng)代社會(huì)不可或缺的重要資源，而儲(chǔ)能設(shè)備的優(yōu)劣直接影響著電力設(shè)備的充分應(yīng)用。近年來(lái)隨著便攜式設(shè)備、不間斷電源系統(tǒng)以及電動(dòng)車的大量開(kāi)發(fā)使用，蓄電池的使用量日益增加?？沙潆娦铍姵?，特別是鉛酸蓄電池憑借其價(jià)格低廉、性能穩(wěn)定、沒(méi)有記憶功能等卓越特點(diǎn)普遍應(yīng)用在各行各業(yè)。但蓄電池受其先天條件的制約，存在著循環(huán)壽命差、高低溫性能差、充放電過(guò)程敏感、深度放電性能容量恢復(fù)困難、環(huán)境污染的問(wèn)題，傳統(tǒng)蓄電池已經(jīng)越來(lái)越無(wú)法滿足人們對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的要求，給超級(jí)電容器電池的發(fā)展提供了廣闊的空間。
超級(jí)電容器的基本原理是利用電極和電解質(zhì)之間形成的界面雙電層來(lái)存儲(chǔ)能量的一種新型電子元件。當(dāng)電極和電解質(zhì)接觸時(shí)，由于庫(kù)侖力、分子間力或原子間力的作用，使固液界面出現(xiàn)穩(wěn)定的、符號(hào)相反的雙層電荷，稱為界面雙電層。贗電容也稱為法拉第準(zhǔn)電容，是在電極表面或體相中的二維或準(zhǔn)二維空間上，電活性物質(zhì)進(jìn)行欠電位沉積，發(fā)生高度可逆的化學(xué)吸附/脫附或氧化/還原反應(yīng)，產(chǎn)生和電極充電電位有關(guān)的電容。
超級(jí)電容器作為產(chǎn)品已趨于成熟，其應(yīng)用范圍也不斷拓展，在工業(yè)、消費(fèi)電子、通訊、醫(yī)療器械、國(guó)防、軍事裝備、交通等領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。從小容量的特殊儲(chǔ)能到大規(guī)模的電力儲(chǔ)能，從單獨(dú)儲(chǔ)能到與蓄電池或燃料電池組成的混合儲(chǔ)能，超級(jí)電容器都展示出了獨(dú)特的優(yōu)越性。美、歐、日、韓等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)對(duì)超級(jí)電容器的應(yīng)用進(jìn)行了卓有成效的研究。概括起來(lái)，有關(guān)超級(jí)電容器的應(yīng)用或應(yīng)用研究可以分為以下幾個(gè)方面。
01小功率電子設(shè)備的后備電源、替換電源或主電源
后備電源
當(dāng)主電源中斷、由于振動(dòng)產(chǎn)生接觸不良或由于其他重載引起系統(tǒng)電壓降低時(shí)，超級(jí)電容器就能夠起后備電源作用。其電量通常在微安或毫安級(jí)。典型的應(yīng)用有：錄像機(jī)、TV衛(wèi)星接收器、汽車音頻系統(tǒng)、出租車的計(jì)量器、無(wú)線電波接收器、出租計(jì)費(fèi)器、鬧鐘、控制器、家用面包機(jī)、咖啡機(jī)、照相機(jī)和電視機(jī)、計(jì)數(shù)器、移動(dòng)電話、尋呼機(jī)等。
替換電源
由于超級(jí)電容器具有高充放電次數(shù)、壽命長(zhǎng)、使用溫度范圍寬、循環(huán)效率高以及低自放電的特點(diǎn)，故很適合做替換電源。例如，白天太陽(yáng)能提供電源并對(duì)超級(jí)電容器充電，晚上則由超級(jí)電容器提供電源。典型的應(yīng)用有太陽(yáng)能手表、路標(biāo)燈、公共汽車停車站時(shí)間表燈、交通信號(hào)燈等，它們能長(zhǎng)時(shí)間使用，不需要任何維護(hù)。
主電源
通過(guò)一個(gè)或幾個(gè)超級(jí)電容器釋放持續(xù)幾毫秒到幾秒的大電流。放電之后，超級(jí)電容器再由低功率的電源充電。其典型的應(yīng)用有玩具車，其體積小、重量輕，能很快跑動(dòng)。
02電動(dòng)汽車和混合電動(dòng)汽車
電動(dòng)汽車的動(dòng)力源有鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池以及燃料電池等。普通電池雖然能量密度高，行駛里程長(zhǎng)，但是存在充電時(shí)間長(zhǎng)、無(wú)法大電流充電、工作壽命短等不足。與之相比，超級(jí)電容器功率大，充電速度快，輸出功率大，剎車再生能量回收效率高。由于超級(jí)電容器的壽命是普通化學(xué)電池的100倍以上且徹底免維護(hù)，使用超級(jí)電容器作為動(dòng)力源的城市交通電動(dòng)汽車綜合運(yùn)營(yíng)成本大大低于采用電池作為動(dòng)力源的電動(dòng)汽車。目前世界各國(guó)都在開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車，主要傾向是開(kāi)發(fā)混合電動(dòng)汽車（HEV），用電池為電動(dòng)汽車的正常運(yùn)行提供能量，而加速和爬坡時(shí)可以由超級(jí)電容器來(lái)補(bǔ)充能量。另外，用超大容量電容器存儲(chǔ)制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的再生能量。在電動(dòng)車輛行駛時(shí)，起步快，加速快，爬坡能力強(qiáng)。
03可再生能源發(fā)電系統(tǒng)/分布式電力系統(tǒng)
在可再生能源發(fā)電或分布式電力系統(tǒng)中，發(fā)電設(shè)備的輸出功率具有不穩(wěn)定性和不可預(yù)測(cè)性的特點(diǎn)。采用超級(jí)電容器儲(chǔ)能，可以充分發(fā)揮其功率密度大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、儲(chǔ)能密度高、無(wú)需維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，既可以單獨(dú)儲(chǔ)能，也可以與其他儲(chǔ)能裝置混合儲(chǔ)能。超級(jí)電容器與太陽(yáng)能電池相結(jié)合，可以應(yīng)用于路燈、交通警示牌、交通標(biāo)志燈等。超級(jí)電容器還應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、燃料電池等分布式發(fā)電系統(tǒng)，可以對(duì)系統(tǒng)起到瞬間功率補(bǔ)償?shù)淖饔?，并可以在發(fā)電中斷時(shí)作為備用電源，以提高供電的穩(wěn)定性和可靠性。
04變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能量緩沖器
超級(jí)電容器與功率變換器構(gòu)成能量的緩沖器，可以用于電梯等變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。當(dāng)電梯上升時(shí)，能量緩沖器向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的直流母線供電，提供電機(jī)所需的峰值功率；在電梯減速下降過(guò)程中，吸收電機(jī)通過(guò)變頻器向直流母線回饋的能量。
05軍事裝備領(lǐng)域
軍用裝備，尤其是野戰(zhàn)裝備，大多不能直接由公共電網(wǎng)供電，而需要配置發(fā)電設(shè)備及儲(chǔ)能裝置。軍用裝備對(duì)儲(chǔ)能單元的要求是可靠、輕便、隱蔽性強(qiáng)。采用超級(jí)電容器與蓄電池混合儲(chǔ)能，可以大幅度減輕電臺(tái)等背負(fù)設(shè)備的重量；為軍用運(yùn)輸車、坦克車、裝甲車等解決車輛低溫啟動(dòng)困難的問(wèn)題，還可提升車輛的動(dòng)力性和隱蔽性；解決常規(guī)潛艇中蓄電池失效快、壽命短的問(wèn)題；還可以為雷達(dá)、通信及電子對(duì)抗系統(tǒng)等提供峰值功率，以減小主供電電源的功率等級(jí)。
1、超級(jí)電容器在其額定電壓范圍內(nèi)可以被充電至任意電位，且可以完全放出。而電池則受自身化學(xué)反應(yīng)限制工作在較窄的電壓范圍，如果過(guò)放可能造成永久性破壞。
2、超級(jí)電容器的荷電狀態(tài)（SOC）與電壓構(gòu)成簡(jiǎn)單的函數(shù)，而電池的荷電狀態(tài)則包括多樣復(fù)雜的換算。
3、超級(jí)電容器與其體積相當(dāng)?shù)膫鹘y(tǒng)電容器相比可以存儲(chǔ)更多的能量，電池與其體積相當(dāng)?shù)某?jí)電容器相比可以存儲(chǔ)更多的能量。在一些功率決定能量存儲(chǔ)器件尺寸的應(yīng)用中，超級(jí)電容器是一種更好的途徑。
4、超級(jí)電容器可以反復(fù)傳輸能量脈沖而無(wú)任何不利影響，相反如果電池反復(fù)傳輸高功率脈沖其壽命大打折扣。
5、超級(jí)電容器可以快速充電而電池快速充電則會(huì)受到損害。
6、超級(jí)電容器可以反復(fù)循環(huán)數(shù)十萬(wàn)次，而電池壽命僅幾百個(gè)循環(huán)
7、超級(jí)電容器用的材料是安全的和無(wú)毒的，而鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池軍具有毒性。
8、可以在很寬的度范圍內(nèi)正常工作（-40至＋70℃）而蓄電池很難在高特別是低環(huán)境下工作。
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