1.1 Историческое развитие Cупер конденсатор

Cупер конденсатор впервые появился в середине 18 века. Питер Ван Мусшенброк из Лейденского университета в Нидерландах и Эвальд Георги фон Клейст из Германии разработали лейденскую бутылку, которая признана прототипом всех конденсаторов. В 1879 году Герман Людвиг Фердинанд фон Гельмгольц открыл явление двойного электрического слоя на границе раздела. В 1957 году Беккер получил патент на двухслойный электрический конденсатор, что сделало новый прорыв в производстве конденсаторов. В конце 1960-х годов появление супер конденсатор привело к быстрому развитию исследований и применения конденсатор. Исследования супер конденсатор в основном сосредоточены на разработке новых электродных материалов, выборе подходящего электролита и оптимизации технологии сборки конденсатор.

В настоящее время электродные материалы можно разделить на три категории: углеродные материалы, оксиды переходных металлов и проводящие полимерные материалы. На самом деле характеристики последних двух материалов в качестве электродов лучше, чем у углеродных материалов, но высокая цена материалов из драгоценных металлов и нестабильность легирования проводящего полимера делают исследования последних двух типов супер конденсатор в основном ограниченными лабораторными исследованиями. стадии, и он вряд ли будет коммерциализирован в краткосрочной перспективе. Кроме того, асимметричные супер конденсатор (также известные как гибридные суперконденсаторы или гибридные суперконденсаторы) собираются из различных материалов положительного и отрицательного электродов, что значительно улучшает емкость накопления энергии.

🌷В 1969 году компания SOHIO впервые осуществила коммерциализацию углеродных электрохимических конденсаторов; В 1979 году японская компания NEC начала производить суперконденсаторы; NEC/Tokin и Panasonic Mitsubishi возглавили коммерческое производство супер конденсатор в 1980 и 1987 годах. В 1990-х Econd и Elit представили электрохимические конденсаторы, подходящие для мощных пусковых устройств. Сегодня Panasonic, NEC, EPCOS, Maxwell, PowerStor, Evans, Saft, Cap XX, Ness и другие компании очень активно занимаются исследованиями суперконденсаторов. В настоящее время продукция из США, Японии и России практически полностью занимает рынок суперконденсаторов.

1.2 Определение и характеристики супер конденсатор

1.2.1 Определение супер конденсатор

🌹Суперконденсатор, также известный как электрохимический конденсатор (ЭК), золотой конденсатор и конденсатор Фарадея, представляет собой новое устройство хранения энергии между батареей и плоским конденсатором. В отличие от аккумуляторов суперконденсаторы не вступают в химические реакции при зарядке/разрядке. Хранение или высвобождение электрической энергии представляет собой физический процесс, определяемый электростатическим полем. Электроды и электролит почти не стареют, поэтому имеют длительный срок службы, могут реализовывать быструю зарядку и большой ток разряда. Кроме того, его емкость хранения заряда почти на 3-4 порядка выше, чем у обычных конденсаторов, поэтому его называют «супер» конденсатором.

1.2.2 Характеристики супер конденсатор

В качестве нового накопителя экологически чистой энергии между традиционными конденсаторами и перезаряжаемыми батареями суперконденсаторы имеют следующие преимущества:

🌺(1)Сверхвысокая электрическая емкость (0,1~6000F). Емкость традиционных конденсаторов невелика, в то время как емкость суперконденсаторов достигает 6000F, что в тысячи раз больше, чем у танталовых, алюминиевых и других электролитических конденсаторов, которые могут удовлетворить эксплуатационные требования сложного оборудования.

(2) Высокая плотность мощности. Плотность выходной мощности суперконденсаторов может достигать 10 кВт · кг-1, что в сотни раз больше, чем у химической батареи. Он может излучать ток силой от сотен до тысяч ампер за очень короткое время и может использоваться для оборудования высокой выходной мощности.

🌸(3)Быстрая скорость зарядки. Поскольку зарядка/разрядка суперконденсаторов представляет собой физический процесс или быстрый обратимый химический процесс на поверхности электрода, его можно заряжать большим током и выполнять в течение от десятков секунд до нескольких минут, чтобы добиться реального ощущения быстрой зарядки.

(4)Ультра длительный срок службы. Суперконденсатор основан на сильно обратимом механизме адсорбции/десорбции ионов. Нелегко иметь явления, влияющие на срок службы, такие как кристаллическое превращение и выделение активных веществ. Теоретический срок службы углеродных конденсаторов бесконечен, что на самом деле может достигать более 100 000 раз, что в 100 раз выше, чем у химических батарей.

🌼(5)Широкий диапазон температур. На обратимый процесс адсорбции/десорбции поверхности электродного материала суперконденсаторов мало влияет температура, поэтому его можно использовать в широком диапазоне температур (-40~+70 ℃).

(6) Высокая эффективность зарядки/разрядки. Благодаря высокой обратимости эффективность заряда/разряда суперконденсаторов может достигать 98%, что явно выше, чем у химических батарей.

🌻(7) Легкий вес, не требует обслуживания, меньше загрязняет окружающую среду, безопасность и защита окружающей среды.

1.3 Состав супер конденсатора

1.3.1 Электродные материалы

🌞Электрод является основным компонентом суперконденсаторов, который в основном генерирует двойные электрические слои и накапливает заряды. Поэтому электродные материалы должны иметь большую удельную поверхность, отсутствие реакции с электролитом, хорошую электропроводность и другие эксплуатационные характеристики. Распространены углеродные материалы, оксиды металлов и проводящие полимеры.

1.3.1.1 Материалы угольных электродов

🌝Углеродный материал является наиболее часто используемым электродным материалом для суперконденсаторов, а также электродным материалом, который в настоящее время успешно коммерциализируется. Углеродные материалы имеют большую удельную поверхность и хорошую электронную проводимость. Кроме того, они богаты содержанием, имеют низкую стоимость, просты в обработке, нетоксичны и обладают высокой химической стабильностью. В настоящее время широко используемые углеродные материалы в основном включают активированный уголь, углеродный аэрогель, углеродные нанотрубки и графен. Хотя углеродные материалы имеют большую удельную площадь поверхности, характеристики суперконденсаторов на основе углерода не очень идеальны, а удельная массовая емкость составляет всего 40-200F. Важными факторами, влияющими на характеристики суперконденсаторов на основе углерода, являются их удельная площадь поверхности, распределение пор по размерам, форма и структура пор, функциональные группы поверхности и проводимость, из которых удельная площадь поверхности и распределение пор по размерам являются наиболее важными двумя факторами. В настоящее время методы повышения удельной емкости углеродных материалов в основном включают активационную модификацию, введение функциональных групп или гетероатомов, таких как кислород, азот и сера, на поверхность материалов.

1.3.1.2 Электродные материалы из оксида металла

🌛В целом оксиды переходных металлов имеют более высокую плотность энергии, чем традиционные углеродные материалы, и более стабильные электрохимические свойства, чем проводящие полимеры. Он может не только создавать двойные электрические слои, такие как углеродные материалы, для накопления зарядов, но также генерировать псевдоемкость за счет реакции Фарадея с ионами электролита. В настоящее время оксидные материалы металлов, используемые в конденсаторах, представляют собой оксиды Ru, Co, Ni, Mn, Zn, Fe и других элементов. Оксид рутения, обладающий отличной окислительно-восстановительной обратимостью, высокой проводимостью, широким электрохимическим окном, имеет высокую плотность энергии, удельную мощность и циклическую стабильность. Однако высокая стоимость и вредность рутения для окружающей среды ограничивают его применение в коммерческих суперконденсаторах.

В последние годы все большее внимание исследователей привлекают дешевые и экологически безопасные электродные материалы из оксидов металлов, такие как MnO2, NiO, Co3O4 и Fe3O4. Среди них наибольшее внимание привлек MnO2 из-за его относительно низкой стоимости, малой токсичности, экологичности и высокой теоретической емкости (1100~1300F). В последние годы, с постепенным развитием графена, углеродных нанотрубок и других материалов, внедрение графена, углеродных нанотрубок в оксиды переходных металлов для получения композиционных материалов стало горячей точкой исследований. По сравнению с одноэлектродными материалами композитные материалы обладают лучшими электрохимическими характеристиками.

1.3.1.3 Проводящие полимерные электродные материалы

🌜Токопроводящий полимер – это вид полимерного материала с собственной проводимостью, который имеет характеристики низкой стоимости, высокой проводимости, широкого электрохимического окна и высокой теоретической емкости. Он особенно подходит для текущего процесса производства батарей для подготовки суперконденсаторов. В настоящее время наиболее изученными проводящими полимерами являются полианилин (ПАНи), полипиррол (ППи), политиофен (ПТ) и их производные. Проводящий полимер накапливает энергию за счет окислительно-восстановительной реакции. При протекании реакции окисления ионы электролита переносятся на полимерный каркас; Когда происходит реакция восстановления, ионы высвобождаются из полимерного скелета в электролит.

Эти окислительно-восстановительные реакции происходят во всем материале проводящего полимера, а не только на поверхности материала, но также не связаны с изменением структуры материала в течение всего процесса зарядки/разрядки, поэтому реакция является в высокой степени обратимой. Однако в процессе внедрения и деинтерлейсинга объем проводящего полимера будет увеличиваться и уменьшаться, что приводит к снижению электрохимических характеристик и циклической стабильности, что ограничивает использование проводящего полимера в качестве электродного материала суперконденсаторов. В настоящее время основными методами решения проблемы плохой стабильности цикла являются:

🌕(1)Улучшить его структуру и морфологию, например, подготовить нанопроволоки, наностержни и нанотрубки, чтобы уменьшить объемное расширение во время цикла.

(2) Поскольку состояние проводящего полимера, легированное p-типом, более стабильно, чем состояние, легированное n-типом, использование углеродных материалов в качестве отрицательного электрода вместо легированного полимера n-типа может эффективно улучшить циклическую стабильность конденсатора.

🌖(3) Подготовка композитного электрода может улучшить его цепную структуру, проводимость, механическую стабильность, обрабатываемость и рассеивание напряжения, чтобы улучшить его электрохимическую стабильность.

1.3.2 Электролит

🪐Электролит является важной частью суперконденсатор, который обычно состоит из растворителя, электролита и добавок. Вместе с материалами электродов он определяет характеристики конденсатора. В настоящее время электролит суперконденсатора в основном делится на водную систему, органическую систему, ионную жидкость и твердый электролит.

1.3.2.1 Водный электролит

💫Водный электролит — самый ранний электролит, используемый в суперконденсатор. Водный электролит широко используется в суперконденсаторах. Он имеет характеристики высокой проводимости, небольшого диаметра частиц электролита, легкости полной пропитки микропорами, легкости полного использования площади поверхности материала и низкой цены. Обычно используемый водный электролит в основном включает кислый электролит, щелочной электролит и нейтральный электролит. Водный раствор H2SO4 является наиболее часто используемым кислотным электролитом, который обладает такими преимуществами, как высокая проводимость, высокая концентрация ионов и низкое сопротивление. Водный раствор KOH является наиболее часто используемым щелочным электролитом, который также имеет преимущества высокой проводимости и низкого внутреннего сопротивления.

Хотя проводимость нейтрального электролита ниже, чем у двух, он менее агрессивен и безопасен. Основными недостатками водных электролитов являются узкое электрохимическое окно, низкое напряжение окислительного разложения, низкая плотность энергии и плохие низкотемпературные характеристики. Изученная ранее смешанная система C/PbO2 является типичной кислотной системой. Его положительный электрод использует положительный электрод тонкой свинцово-кислотной батареи, окислительно-восстановительную реакцию электрической пары PbSO4/PbO2, отрицательный электрод использует активированный уголь с покрытием или ткань из активированного углеродного волокна, а водный раствор серной кислоты используется в качестве раствора электролита. .

⭐️Кроме того, широко изучался щелочной электрохимический гибридный конденсатор с NiO или NiOOH/Ni (OH) 2 в качестве положительного электрода и активированным углем в качестве отрицательного электрода, а также водный раствор KOH в качестве электролита. Зарядное напряжение системы составляет около 1,5 В. YG Wang также сообщил, что интеркалированное соединение ионов лития использовалось в качестве положительного электрода, активированный уголь в качестве отрицательного электрода и смешанная конденсаторная система Li2SO4 waterNeutral с раствором электролита. Несмотря на широкое применение конденсаторов с водной смесью, напряжение разложения водного электролита низкое (теоретическое напряжение разложения воды составляет 1,23 В). Диапазон температур от точки замерзания воды до точки кипения ухудшает низкотемпературные характеристики конденсатора, а сильная кислота или щелочь обладают сильной коррозионной активностью, что неблагоприятно для эксплуатации и упаковки.

1.3.2.2 Органический электролит

🌟По сравнению с водными электролитами органические электролиты имеют преимущества широкого и стабильного электрохимического окна, высокого напряжения разложения, слабой коррозионной активности и широкого диапазона рабочих температур. Катионы обычно используемых органических электролитов в основном включают соли четвертичного аммония, такие как тетраметиламмоний, тетраэтиламмоний, триметилэтиламмоний и т. д. Кроме того, сообщалось также о литиевых солях и четвертичных солях. Обычно используемые анионы в основном включают анионы тетрафторбората, анионы хлорной кислоты и анионы гексафторфосфата. По сравнению с водными электролитами недостатками органических электролитов являются низкая электропроводность, большое внутреннее сопротивление и плохие характеристики при высокой скорости заряда/разряда. В то же время из-за ограниченного количества растворимых электролитных солей в органических растворителях концентрация проводящих ионов в органических электролитах низка, и, вероятно, на поздней стадии процесса высоковольтной зарядки возникает «эффект ионного дефицита».

В настоящее время исследования органического электролита в основном сосредоточены на разработке новых солей электролита и оптимизации системы органических растворителей для улучшения проводимости органического электролита, снижения вязкости электролита и т. д., чтобы электролит имел отличные электрохимические характеристики при высоком напряжении и низкотемпературные поля

✨Тетрафторборат дипирролидина привлек большое внимание благодаря своим превосходным электрохимическим характеристикам. Растворимость электролитных солей во многих органических растворителях выше, чем растворимость электролитных солей традиционных солей четвертичного аммония (тетрафторборат тетраэтиламмония, тетрафторборат триэтилметиламмония). В той же концентрации электролита.

Электролит SBPBF4/PC обладает высокой электропроводностью и широким электрохимическим окном. К. Чиба и др. показали, что SBPBF4/PC обладает высокой проводимостью, хорошим увеличением и отличными низкотемпературными характеристиками. Naoi et al.] установили, что электролит, приготовленный растворением SBPBF4 в смешанном растворителе пропиленкарбоната и диметилкарбоната, выдерживает напряжение до 3В. При использовании в электролите алкилированного циклического карбоната и линейного органического растворителя выдерживаемое напряжение электролита SBPBF4 может достигать 3,2 В.

⚡️Низкотемпературные и циклические характеристики суперконденсаторов можно эффективно улучшить, добавив метоксипропионитриловый растворитель с низкой вязкостью и средней диэлектрической проницаемостью к винилкарбонату и этилацетатному растворителю и заменив TEABF4 на SBPBF4. Когда рабочее напряжение составляет 2,3 В, использование смешанного растворителя из винилкарбоната и этилацетата может значительно улучшить характеристики цикла электрического двухслойного конденсатора. Поскольку электролит двухслойного конденсатора Используемый растворитель имеет температуру замерзания. Когда температура замерзания ниже, чем у растворителя, производительность конденсатора быстро снижается. Самая низкая рабочая температура электролита двухслойного конденсатора в обычно используемой системе растворителей на основе ацетонитрила и системы растворителей на основе пропиленкарбоната составляет -45 ℃ и 25 ℃ соответственно, что значительно ограничивает применение этих электролитов при более низких температурах.

Чтобы расширить область применения конденсатор с двойным электрическим слоем при низких температурах, необходимо разработать новые низкотемпературные электролитные системы. Тетрафторборат тетраэтиламмония и тетрафторборат триэтилметиламмония являются наиболее часто используемыми органическими электролитами для конденсаторов с двойным электрическим слоем. Многие исследователи изучают модификацию или оптимизацию этой электролитной системы. J добавил тетрафторборат/винилкарбонат тетраэтиламмония в органические растворители метилацетата, этилацетата и метилформиата, и проводимость электролита смешанного растворителя при низкой температуре была значительно выше, чем проводимость электролита с одним растворителем PC.

💥Брэндон и др. добавление EA, MA, MF или 1 в соответствующей пропорции в электролит TEABF4 / AN. Растворители с низкой температурой плавления, низкой вязкостью и средней диэлектрической проницаемостью, такие как диоксолан, могут получить электролит смешанной системы растворителей, тем самым расширяя диапазон применения суперконденсаторов. при низких температурах. Результаты показали, что соль электролита SBPBF4 использовалась вместо соли электролита TEABF4 для растворения в различных органических растворителях, и приготовленный электролит по-прежнему демонстрировал отличные электрохимические характеристики в условиях экстремально низких температур.

Чиба и др. обнаружили, что электролит, полученный путем растворения SBPBF4 в бинарной системе растворителей DMC+PC, все еще может достигать удельной емкости разряда 15,7 F при -40 ℃ (на основе двухэлектродной системы). Когда объемное содержание DMC составляет 30%, удельная разрядная емкость электролита с двойным растворителем как минимум на 10% выше, чем у электролита с одним растворителем PC. Коренблит и др. обнаружили, что плотность энергии электролита SBPBF4/AN+MF и углеродного темплата цеолита все еще может достигать 86% плотности энергии при комнатной температуре при -70 ℃. Перриконе и др. показали, что метоксипропиононитрил был добавлен к 1 моль SBPBF4/EC. Смешанный растворитель, полученный из электролита, имеет проводимость 5,2 мСм при -25 ℃.

1.3.2.3 Электролит системы ионной жидкости

🔥Ионные жидкости при комнатной температуре (или расплавы солей при комнатной температуре, расплавы солей при комнатной температуре, органические ионные жидкости) называются ионными жидкостями. Это вещество, состоящее из анионов и катионов, жидкое при комнатной температуре или близкой к ней. Поскольку анионы и катионы могут быть разработаны в соответствии с потребностями исследователей для приготовления ионных жидкостей с определенными особыми свойствами, некоторые исследователи также называют ионные жидкости «дизайнерскими растворителями». Ионная жидкость — это разновидность жидкого вещества с наименьшей активной частицей в виде иона. Его анион и катион имеют большую разницу в размерах и асимметричную структуру, что приводит к небольшим стерическим затруднениям и свободному движению. Ионные жидкости с хорошими комплексными характеристиками, используемые в электролите суперконденсатора, в основном включают соль имидазола, соль четвертичного алкиламмония, соль пирролидина, соль алкилпиперидина, соль алкилпиридина и т. Д. В целом проводимость соли этилимидазолия высока, около 10 мСм, и проводимость других электролитов немного ниже, 0,1~5мкм. Из-за высокой вязкости и низкой электропроводности чистые ионные жидкости не подходят для прямого использования в качестве электролитов. Однако при добавлении соответствующих растворителей вязкость электролита значительно снижается, а электропроводность быстро увеличивается, что больше соответствует требованиям применения электролита суперконденсатора.

1.3.2.4 Твердый электролит

🌈Твердый электролит объединяет электролит и диафрагму в один и тот же материал, и при повреждении конденсатора не происходит утечки электролита. Он имеет хорошую безопасность и надежность в процессе применения. Твердые полимерные электролиты обладают преимуществами легкого веса, хорошей вязкоупругости и хорошей стабильности, что может способствовать развитию миниатюризации и сверхтонких конденсаторов. Однако из-за плохих механических свойств мембраны из твердого электролита, осаждения жидкого электролита, низкой растворимости электролита и низкой проводимости она все еще не может соответствовать стандартам практического применения. Большая часть текущих исследований не вышла за пределы лаборатории, и до крупномасштабного коммерческого производства и применения еще далеко.

1.4 Классификация конденсаторов

☀️По разным стандартам суперконденсаторы можно разделить на разные категории, как показано ниже.В соответствии с различными механизмами накопления энергии его можно разделить на три типа: двухслойный электрический суперконденсатор, электрический псевдоконденсатор и гибридный суперконденсатор. Среди них гибридный суперконденсатор представляет собой гибридный конденсатор, полученный путем сборки и комбинирования электродных материалов двойного электрического слоя и псевдоконденсатора Фарадея. Механизм накопления энергии относительно сложен. Обычно считается, что существуют как механизмы двойного электрического слоя, так и фарадеевские псевдоконденсаторные механизмы. В процессе сборки необходимо учитывать соответствующие значения емкости материалов положительного и отрицательного электродов и соотношение масс между ними.

🍏В соответствии с различными материалами электродов его можно разделить на электродный конденсатор на основе углерода, конденсатор с электродом из оксида металла, конденсатор с проводящим полимером и конденсатор с композитным электродом.

В соответствии с различными электролитами его можно разделить на суперконденсатор с жидким электролитом и суперконденсатор с твердым электролитом. В соответствии с различными растворителями конденсаторы с жидким электролитом можно разделить на водные суперконденсаторы и органические суперконденсаторы.

🍎В соответствии с разницей между составом положительного и отрицательного электрода и реакцией на электроде его можно разделить на симметричный суперконденсатор и асимметричный суперконденсатор. Симметричный конденсатор относится к двум электродам с одинаковым составом, одинаковой электродной реакцией и противоположным направлением реакции, например, конденсатор с двойным электрическим слоем на угольном электроде, конденсатор на основе оксида драгоценного металла и т. д. Кроме того, существует несколько асимметричных супер конденсатор, которые используют разные положительные и материалы отрицательного электрода, также известные как гибридные супер конденсатор или гибридные супер конденсатор. Они используют разные электродные материалы на двух полюсах, такие как углеродные материалы, которые образуют двухслойные конденсаторы на одном полюсе, и электроды из оксида металла, которые используют квазиконденсаторы Фарадея для хранения энергии на другом полюсе. На основе сохранения напряжения неизменным или незначительного увеличения с использованием эффективного отношения сверхудельной энергии металлооксидного супер конденсатор к электрическому двухслойному супер конденсатор удельная энергия в раз выше, чем у электрического двухслойного супер конденсатор. При работе этот тип конденсатора не только выполняет роль конденсатора с двойным электрическим слоем, но также выполняет роль квазиконденсатора, поэтому его удельная энергия значительно выше по сравнению с простым конденсатором с двойным электрическим слоем, а также он может иметь более высокую удельную мощность. мощность и срок службы.

1.5 Применение

🍐Супер конденсатор с его многочисленными преимуществами вызвал широкий интерес у людей после его появления и успешно применяется во многих областях. Он служит в качестве резервного источника питания для электронных продуктов, таких как память, компьютеры, таймеры и т. д. Он используется в качестве вспомогательного источника питания для электромобилей и гибридных электромобилей, устройств для выработки солнечной и ветровой энергии, а также может использоваться в военных целях. , аэрокосмической и других областях.

1.5.1 Электронная промышленность

🍊Супер конденсатор может быть заряжен за короткое время и может обеспечить относительно большую энергию, которую можно использовать в качестве резервного источника питания для памяти, микрокомпьютера, материнской платы системы, часов и т. д. Когда основной источник питания прерывается или система напряжение снижается из-за плохого контакта, супер конденсатор может играть роль резерва, чтобы избежать воздействия на прибор, вызванного внезапным отключением питания. Супер конденсатор могут заменить батареи в качестве источника питания для небольших электроприборов, таких как электрические игрушки, часы, камеры, записывающие устройства, портативные камеры и т. д. Супер конденсатор также идеально подходят для цифровых беспроводных приложений. Ультраконденсатор также можно использовать в оборудовании для записи данных, работающем в довольно суровых условиях, например, в счетном оборудовании или детекторе пакетов. В настоящее время новый цилиндрический импульсный супер конденсатор малого объема и малой высоты находится на стадии практического применения.

1.5.2 Электромобиль и гибридный автомобиль

🍋Требования электромобилей к электроснабжению привлекли внимание всего мира к супер конденсатор – накопителям энергии нового типа. Вторичные батареи, включая топливные элементы, имеют некоторые ограничения с точки зрения высокой выходной мощности, быстрой зарядки, использования в широком диапазоне температур и т. Д. Супер конденсатор могут лучше соответствовать требованиям к мощности электромобилей, особенно гибридных электромобилей при трогании с места, ускорении и наборе высоты. . Если он используется вместе с силовой батареей, он может действовать как буферная зона с большим током или энергией, чтобы уменьшить повреждение батареи от зарядки / разрядки с большим током и продлить срок службы батареи. В то же время мгновенная энергия может быть возвращена в супер конденсатор через систему рекуперативного торможения для повышения коэффициента использования энергии. Ультраконденсатор, разработанный американской компанией Maxwell Company, нашел широкое применение в различных типах электромобилей. Honda использовала супер конденсатор собственной разработки для замены вторичных батарей в своих электромобилях на топливных элементах третьего и четвертого поколений FCX-V3 и FCX-V4, уменьшая вес и объем автомобиля, повышая эффективность системы и рекуперируя энергию при торможении.

В августе 2006 года супер конденсатор трамвай, совместно разработанный Shanghai Aowei Technology Development Co., Ltd. и Shanghai Bus Tram, успешно начал коммерческую эксплуатацию в центре Шанхая, предложив новую идею для развития городского общественного транспорта. Супер конденсатор автобусы и трамваи № 11 в Шанхае эксплуатируются уже более 3 лет. Суммарный пробег 17 автобусов превышает 1,5 млн километров, на них перевозится 6,8 млн пассажиров, а среднее энергопотребление составляет всего 0,98 кВт (эксплуатационная стоимость энергопотребления составляет 0,7 юаня/км). Именно благодаря этим преимуществам количество автобусов с супер конденсатор увеличится до 36 во время Всемирной выставки в Шанхае в 2010 году.

1.5.3 Вспомогательное питание солнечных и ветряных электростанций

🍉Супер конденсатор можно использовать в качестве вспомогательного источника питания устройств солнечной или ветровой энергетики. Он может накапливать мгновенный большой ток, генерируемый устройством для выработки электроэнергии из-за нестабильности источника ветра и интенсивности источника света на высокой скорости, и высвобождать его в соответствии с проектными требованиями, что значительно повышает стабильность энергосистемы. Кроме того, характеристики супер конденсатор, такие как длительный срок службы, отсутствие обслуживания и защита окружающей среды, также удобны для длительной работы без обслуживания в полевых условиях и становятся настоящей зеленой энергией. Например, в дневное время солнечная энергия обеспечивает питание и заряжает супер конденсатор, а вечером ультраконденсатор обеспечивает питание. Поскольку требования к использованию и техническому обслуживанию супер конденсатор чрезвычайно низки, а срок службы может достигать 10 лет, этот новый тип маяка может значительно снизить интенсивность ежедневных работ по техническому обслуживанию и обеспечить долгосрочную надежную работу.

1.5.4 Военные, аэрокосмические-Супер конденсатор

🍇В дополнение к обычной батарее с высокой удельной энергией космический корабль нового поколения должен быть объединен с супер конденсатор для формирования «компактного импульсного источника сверхвысокой мощности» на этапе запуска. Путем регулировки скорости высвобождения импульсов, плотности импульсов и пиковой мощности импульсный электрический взлетный ускоритель, дуговой реактивный двигатель и другие устройства могут достигать любого среднего уровня мощности в импульсном режиме. Компания Evans разработала большой супер конденсатор с рабочим напряжением 120 В, запасенной энергией более 35 кДж и мощностью более 20 кВт.

Как новый тип элемента хранения энергии, супер конденсатор имеет большой потенциал в электромобилях, электромагнитном оружии и источниках бесперебойного питания благодаря своей сверхмощности и высокой плотности хранения энергии. В практическом процессе, особенно при более широком применении технологии импульсного питания, необходимо решить проблемы низкого рабочего напряжения и большого внутреннего сопротивления. Двумя основными областями применения супер конденсатор являются применение импульсов высокой мощности и применение мгновенного удержания мощности. Импульсные устройства большой мощности характеризуются мгновенным протеканием больших токов в нагрузку. Для приложений с мгновенным удержанием мощности характерно требование непрерывной подачи питания на нагрузку. Типичным применением мгновенного удержания питания, которое обычно длится несколько секунд или минут, является сброс головки дисковода при отключении питания. Различные приложения требуют различных параметров ультраконденсатора. В приложениях с импульсами высокой мощности используется малое внутреннее сопротивление (R) ультраконденсатора, в то время как в приложениях с мгновенным сохранением мощности используется большая электростатическая емкость (C) ультраконденсатора.

🍓В будущем исследования супер конденсатор по-прежнему будут сосредоточены на разработке и дизайне новых материалов для получения идеальных электродных материалов и систем, улучшения характеристик конденсаторов и подготовки новых источников питания с хорошими характеристиками, низкой ценой и удобным использованием для удовлетворить спрос рынка.