(3)超级
电容器的电容量超级
电容器容纳电荷的电子器件是由两个彼此绝缘的平板形金属电容板组成的,在两块电容板之间用绝缘材料隔开。双层超级
电容器储能的容量与其双层的有效面积大小成正比,双层超级
电容器比表面面积大,可达到100 0o。双层超级
电容器的容量和电容板之间的间隙大小成反比,为了减小电容板间的间隙,使用纳米管结晶材料制造的超薄型电容板和隔膜,在
电容器两个极板之间的距离只为纳米级。电解质的双层电荷是以离子形式出现的。
电容器的电容量为
式中&
epsilon;—电介质的介电常数,F/m;
A—电极表面积,m2;
a—
电容器间隙的距离,m。
根据电化学原理,导体和电解质接触时,在电解质界面两侧(一层在电极上,另一层在电解质界面外)产生稳定的、对称排列但极性相反的双层电荷。双层超级
电容器的电容量的计算公式为
式中q一界面双面的电荷量,C;
φM—界面固体侧的电位,v;
φs—界面液体侧的电位,V;
φa—
电容器充电后的电位,V;
φ0—
电容器充电前的起始电位(新
电容器起始电位φ0=0),V。
(4)超级
电容器的储存能量当超级电容元件进行充电时,随着外电源作用于
电容器上的电压增高,超级
电容器从电源仁获得电能,
电容器的能量增大;当超级
电容器进行放电时,
电容器上的
电压降低,超级
电容器向负载释放电能,
电容器的能量降低。在
电容器充电时,
电容器的储存能量为E。
E=0.5CU2 u
式中Uu—超级
电容器的最大工作电压,V。
双层超级
电容器的电容量从1F至几千法,工作电压由儿十伏至儿百伏,放电电流可高达几千安,功率密度大于1 kW/kg,充放电次数高达10万次,工作温度范围为-35~75℃当
电动汽车在启动和加速时短时间需要大电流,用超级
电容器提供大电流,可以显著减轻动力电池组的负荷,延长动力电池组的寿命。
例如一个2.7V、60OF的超级
电容器,最大储能量为2187),放电至额定电压的一半时的剩余能量为1640J,但超级
电容器的尺寸只有28mm×60mm×90mm。又如一个2. 7V、5000F的超级
电容器,最大储能量是18225),放电到额定电压的一半时的剩余能量是13668J,但超级
电容器的尺寸只有47mm×60mm×165mm。所以,超级
电容器储存的能量是非常大的。
(5)超级
电容器的比能量与能量密度超级
电容器的储能量,除以超级
电容器的质量作为超级
电容器的比能量,除以超级
电容器的体积作为超级
电容器的能量密度。某些超级
电容器的比能量只有5. 82W·h/kg,能量密度只有7. 11W·h/L。铅酸
蓄电池的比能量为30Wh/ kg 、镍氢电池比能量为60~80W·h/kg、铿离子电池的比能量能达到100W·h/kg。超级
电容器的比能量明显低于各种动力电池。
(6)超级
电容器的比功率与功率密度超级
电容器在匹配负载下产生的电效应与热效应各半时的放电功率,除以超级
电容器的质量作为超级
电容器的比功率,除以超级
电容器的体积作为超级
电容器的功率密度。某些超级
电容器的比功率达到5. 24kW/kg,功率密度达到6. 4kW/L。而镍一氢电池的比功率是200~300W/kg、铿离子电池的比功率是400W·h/kg、超级
电容器的比功率远远高于各种动力电池。
因为超级
电容器的能量和功率特征与动力电池不一样,所以在
电动汽车上通常采用超级
电容器与动力电池组性能互补的策略,在
电动汽车启动或加速时,利用超级
电容器高倍率的放电特性来释放高倍率电流,保护动力电池组不会因为高倍率放电而受到损害。在
电动汽车以巡航速度行驶时,用动力电池组的电能供电,并为超级
电容器进行充电,为下一次高倍率的放电储存电能,充分发挥超级
电容器及动力电池组的特性和功能。
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