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超级电容让你Power十足
电池掰掰!

【作者: 王岫晨】2010年05月05日 星期三

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超级电容下一步挑战:提高工作电压


超级电容的应用版图不断地持续扩展,因为超级电容能提供比电池更高的瞬间功率。其重要的应用包括在手机上供给闪光灯所需的瞬间功率,并接受电池再充电,能延长通话时间与电池寿命,还能为工程师节省设备空间和成本。另外包括智慧电表、太阳能灯具、玩具、LED显示器、电动车、混合动力车、汽车音响、电动工具、风力发电、工业UPS、峰值功率补偿等设备都可以使用超级电容。



《图一 超级电容体积小,却可大电流放电,放电电流可达1000C,使用寿命长与环保都是其优点。目前在许多电子产品上都可以看到其踪影。 》


超级电容器(supercapacitor),又叫双电层电容器(Electrical Doule-Layer Capacitor),原理是透过极化电解质来储存能量。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,也正因为如此,超级电容可以反复充放电数十万次。



与传统的电池产品相比,超级电容能储存的电量并不多。因此许多家用充电式(Plug-in)设备例如电动汽车,超级电容并不能作为供电设备,而是需要与燃料电池一起搭配使用。超级电容的优势在于具备快速放电的能力。另外,由于充电时间短,只需要几分钟甚至几秒便可以完成充电,而且多次充电后的性能也不会减低。



目前超级电容在消费性电子产品中,已经被应用于数位相机等产品中,例如闪光灯这种需要瞬间输入大量能量的设备。专家表示,超级电容未来面临的主要挑战,包括如何提高工作电压,使其可以在高电压环境下运作。



专家说,超级电容是一种良好的环保能源,搭配电池、燃料电池、太阳能或风力发电等发电方式,将使供电更加完美。同时超级电容所使用的材料不仅相当环保,价格也容易令消费者接受。



《图二 超级电容由于具备快速放电的能力,非常适合用于电动汽车的供电应用,当然目前尚得搭配锂离子电池或燃料电池使用。图为使用超级电容的电动车。 》


超级电容储能将达电池的25%


超级电容能满足许多​​备援供电应用的需求,其需要的供电时间从数秒到数分钟不等。超级电容提供更长的寿命、极少的维护需求、轻巧、环保的解决方案,这些都胜过电池的参数。



麻省理工学院的计算机电子工程师Joel Schindall表示,随着技术的进展,未来几年内,超级电容的能量储存能力将大幅提升。目前超级电容的放电速度是传统电池的10倍,但能量储存能力在相同体积下,却只有电池的5%。



Schindall表示,超级电容在某些经常进行充放电操作的场合用途非常大,例如在制动能回收式刹车系统中,这种电容就很好用。目前唯一的缺点是,超级电容还无法大规模取代电池。



到目前为止,业界仍一致认为锂离子电池才是电动车的主要能源供应来源,不过现在已经有数家公司,开始考虑采用超级电容作为锂离子电池的补充设备。南韩一家电子公司Neescap便计画提高旗下交通、电力系统及消费性电子产品使用超级电容的产能。



超级电容可以储存短暂供应的电力。其中一种应用,就是不间断运转的电路,当在一段短时间内主要电源中断时,备援的电力来源可立即取而代之,让系统继续运作。以往这类应用大多采用电池作为电力来源,但超级电容正快速抢进市场,因为超级电容具有低廉的单位成本、以及尺寸等方面的优势,而且其单位电容串联电阻(ESR/C)也持续下滑当中。



在过去几年,Schindall的研究小组持续研究如何将超级电容中的储能元件,也就是多孔活性碳材料,替换为另一种奈米碳管材料加上导电基体的储能元件。该研究小组甚至为此成立了FastCap公司,以便把相关的研究结果商用化。



Schindall说,超级电容产品的储能能力,最终将达到电池的25%。目前麻省理工学院所研发的奈米材料,已可将储能能力提高到活性碳材料的两倍左右。预计未来不久,该研究团队将进一步展示储能能力达活性碳五倍的材料。



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