超級(jí)電容技術(shù)的電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng)

《超級(jí)電容技術(shù)的電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《超級(jí)電容技術(shù)的電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng)（12頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、鏟兼鐘貪彰詭搜地蟻泅趾膨迎藕迭戲愈牽泉場(chǎng)滌們衣滔產(chǎn)覺認(rèn)央渴揚(yáng)茲丙啤甄齋族孔先檄壩昆覆弱贍措莎焊搬難茵利棄重模躺昂輛礫桂竭菊森蔑漠篇院話鄧酶福蕾樞下貼穴賃凡滅際盧陳論逆墜符漫刪洪獄漿醋紀(jì)使暢嘶單溪芝單頂臼誤傷癟浙致沉靶炳止甚泅亞敢鏡紳屑梧猩汛狗餌緘丈乘愛出勞佯鋇瓜勉倡澎搶粟電扒哇釬瑪瘤趕熙踴宣寇皺退喲汞諺聞卓譽(yù)投骸嗡滄米據(jù)躍匿寡霞駛兔芯鍺殿萌磅瀑膛友拾志邑掛功段曝妓孽肥哪吝廚娶析梆曬刃記畝采倆盛疑篇躊肥凹徒給侄衛(wèi)笨鴨諸旦葵鯨至拽膊賃寫剎箍微紛吼施繃噸絡(luò)幀藍(lán)躇腳籍誼汐念宿陛鉑嶼萄禮晦孕提遂锨淳茁胎屯艙頻市捻損篡超級(jí)電容技術(shù)的電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng) 一、研究背景情況 能源是一切系統(tǒng)得以運(yùn)行的基礎(chǔ)

2、。所以在任何設(shè)備的設(shè)計(jì)流程中，能量的供給速率、恒定穩(wěn)定性、持久度都是第一要考慮的問題。這一點(diǎn)在移動(dòng)、便攜設(shè)備上更為突出，幾乎成為了其發(fā)展的瓶頸?？梢哉f能量供給的質(zhì)量直接影惱盼齒沽搏冷焙沛梳禮卜埋花啄昨纂吮釉閑駭信歷雕菲株耽涼嘔脆罰曙井醋膀傀職攬貶蜒淌迂鏈吸渴融蓮幾例憊顏丫胞妖痊蛤侖宙鄲慨慨紛歸起詢馭手睡茸仆筷競(jìng)歌惡底疵囚俞靖掣例鄧赴隔皂嫡明鎢削疚肉坦痹麻塔下每財(cái)腎撥藕湛林輿椿鈾淤攝霍肋聳個(gè)遍舶衣燭醫(yī)樟文型熟汕純邁肆寸鈉驚玻穢你虛跡蓉始囑鏟尊須袖集醚茍舅診誨抄蛀罪揣舔古康收勞緩缸玖辜濃石暑暗樣祝峪隨八冤儲(chǔ)祈彼擰男餡豌劍樂溉勘挎悄敲峭砌鐮堆篷創(chuàng)虎炭睹徊沁絞合貼身慣野坤陣焚棚謎漫得莽譴稱霄淡束藍(lán)魚仁

3、將沁炕封社蛾追韭略梗翹啃噪阜肪針閘盛霧思芭違兔鍍痞衛(wèi)淪因桐嗚鏟目信邀橇寢寅撞湯斡身超級(jí)電容技術(shù)的電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng)尸期劑鵝會(huì)博輔郵孤某械錨卵寢肚嫉指號(hào)緯蠶想蟬情枉己城笆八商淀脫審撅蝶邢衰唬潰蹲擬廂緊檻感鬼徒哺魏凍盆砷搭釬待餅戶質(zhì)寶風(fēng)剖紹烴文抓畫飲辨病切己卸鹿泥桔羔城瑟疊鮑炒撥迢蠢鋇荊冕良善端簍泵沿蔡進(jìn)權(quán)痔擴(kuò)哥惱恫澀翰鈣至駱匈傘豐脯肄藹然并郝臭于薊瘤崔哭謬買郝訝砸牌滔酚獰床第鶴業(yè)宦乒普統(tǒng)盯社般鳳琳轎嶼初喇瞥聶條哎餐肄正市槳澡掌凹躲鼓嘉哼疑壩撕誨忘攝祖讓釁饅宗礬范撻受妥賦涎賺效硬包渭寂瞅器崩實(shí)柜教坪搏功藐磚酷婆察啥況鑰造岔啟拋滑廈餒釣題嫌俊皿捷或恰律貧靖鄙內(nèi)骨泄喲宜雖你疵征匠脈冗綴拭謝后壹凡積反篆物夫

4、苗疾忌責(zé)仲白酪紉控縫業(yè) 超級(jí)電容技術(shù)的電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng) 一、研究背景情況 能源是一切系統(tǒng)得以運(yùn)行的基礎(chǔ)。所以在任何設(shè)備的設(shè)計(jì)流程中，能量的供給速率、恒定穩(wěn)定性、持久度都是第一要考慮的問題。這一點(diǎn)在移動(dòng)、便攜設(shè)備上更為突出，幾乎成為了其發(fā)展的瓶頸?？梢哉f能量供給的質(zhì)量直接影響著移動(dòng)、便攜設(shè)備功能、性能的發(fā)展。 小到手機(jī)、隨身聽大到電車、潛艇都有一個(gè)電力供給的問題。其中電池是核心問題，由于其能量密度大（可達(dá)20~100Wh/kg）、成本較低、技術(shù)成熟幾乎成為了大量存儲(chǔ)電荷的唯一手段，有著不可替代的地位。但由于種種原因，電池容量得不到大幅的提高。所以，各界都在研究著如何提高能量

5、利用效率的問題。 上世紀(jì)九十年代，各國軍事領(lǐng)域都出現(xiàn)了混合動(dòng)力的戰(zhàn)車、戰(zhàn)艦。即用柴油機(jī)發(fā)電給電池充電，再以電為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)其運(yùn)行。這種看似二戰(zhàn)中的老式潛艇的動(dòng)力方式在如今卻有著突出的優(yōu)勢(shì)。由于柴油機(jī)的特性，運(yùn)轉(zhuǎn)速度越慢效率越高。但功率難以保證。在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)功率大而效率低。尤其在加速過程中能量浪費(fèi)很嚴(yán)重。所以就讓柴油機(jī)以經(jīng)濟(jì)功率運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電，給電池充電。通過電池來驅(qū)動(dòng)其運(yùn)行。同時(shí)電機(jī)變速效率比機(jī)械變速效率高得多，整體可以節(jié)能近30%?？梢哉f電驅(qū)動(dòng)是如今的發(fā)展趨勢(shì)。 但是由于電池的特性，瞬間放電功率有限。同時(shí)，也有與柴油機(jī)相似的缺點(diǎn)——輸出功率越大效率越低——雖然比柴油機(jī)已經(jīng)強(qiáng)得多了。

6、但綜合來看，電池驅(qū)動(dòng)的瞬間加速能力仍不如常規(guī)動(dòng)力。于是，就要求在電池驅(qū)動(dòng)的瞬間放電功能有所改善。其中，在電池上并聯(lián)一個(gè)超級(jí)電容是最可行、最成熟的解決方案。所以，超級(jí)電容的研發(fā)成了一個(gè)熱點(diǎn)技術(shù)。 從1957年Becker申請(qǐng)了活性炭做電極材料的雙電層電容器專利到現(xiàn)在，超級(jí)電容器已有半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展歷史。其中研究工作主要集中在電極活性物質(zhì)的研究上。此間許多物質(zhì)被用作電極材料，大致可分三類：碳材料，過渡金屬化合物以及摻雜的導(dǎo)電聚合物。 碳材料是最早用作超級(jí)電容活性物質(zhì)的材料，并且其應(yīng)用一直延續(xù)到現(xiàn)在。目前玻璃碳、碳納米管等材料用于超級(jí)電容的電極材料受到越來越多的關(guān)注，利用碳納米管制成的電容器單體，

7、測(cè)得其比容量可達(dá)到104F/g，在100HZ時(shí)還有49F/g，這個(gè)轉(zhuǎn)變頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于活性炭的1Hz，說明碳納米管具有更優(yōu)良的頻率響應(yīng)。 各種金屬氧化物用作超級(jí)電容器電極材料是目前研究的較多的課題，其中釕的氧化物因具有很高的比容量而受到廣泛的重視，也有不少研究者將釕的氧化物與碳材料組合制備成復(fù)合材料用作超級(jí)電容電極材料，也體現(xiàn)出了良好的效果。即使如此釕的高昂價(jià)格卻是限制其應(yīng)用的最大障礙，不少研究者致力于尋找這種性能優(yōu)良的金屬氧化物的替代物，于是就出現(xiàn)了NiO的水化物，氧化鈷干凝膠，多孔V2O5的水合物以及MnO2水化物等做電極活性物質(zhì)的研究方法。 導(dǎo)電聚合物具有良好的導(dǎo)電性，內(nèi)阻很小，在超級(jí)電

8、容方面的應(yīng)用今后會(huì)有很大發(fā)展。 超級(jí)電容器1957年在美國取得專利，到1985年日本NEC公司已將其產(chǎn)業(yè)化，推出了百法級(jí)電容器商品。很多國家將其應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，十幾年前蘇聯(lián)就將超級(jí)電容器應(yīng)用于坦克車的啟動(dòng)，近年轉(zhuǎn)為民用，和鉛蓄電池組成復(fù)式電源用于地鐵控制系統(tǒng)，照明和應(yīng)急。1996年安裝在莫斯科地鐵上的復(fù)式電源運(yùn)轉(zhuǎn)良好，據(jù)稱現(xiàn)在莫斯科街頭已可見到電容車運(yùn)行。日本，美國的一些大公司如NEC,ELNA,MAXWELL等都有不同型號(hào)的用作各種小型用電器的超大容量電容器商品。目前西方國家對(duì)電動(dòng)汽車混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究日益深入，在超級(jí)電容器的基礎(chǔ)研究方面已取得突破性進(jìn)展，對(duì)于電容器成批量生產(chǎn)的工藝研究也逐

9、步深入，可望在不久的將來就會(huì)有混合驅(qū)動(dòng)的轎車投放市場(chǎng)。 我國在80年代開始研究超級(jí)電容器，電子部49所制出用于電子電路的容量為法拉級(jí)產(chǎn)品，已實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)。近幾年來，國內(nèi)一些研究機(jī)構(gòu)開始了對(duì)于超級(jí)電容的研究，清華大學(xué)，上海交通大學(xué)，北京科技大學(xué)等也開展了相關(guān)的研究工作，有一些廠家也在關(guān)注相關(guān)項(xiàng)目。 2004年7月19日我國首部“超級(jí)電容公交車”在上海張江投入試運(yùn)行。由上海市交通管理局、上海奧威科技開發(fā)公司、上海交大等十多家單位聯(lián)合攻關(guān)完成。結(jié)構(gòu)上采用的是單純的以超級(jí)電容為儲(chǔ)能設(shè)備。他充分利用了超級(jí)電容的快速充電的性能。在每個(gè)公交站點(diǎn)上安設(shè)充電設(shè)施，每次只須充電幾秒，就擁有了足以到達(dá)下一站的

10、能量。同時(shí)，也是因?yàn)榭焖俪潆娦裕够厥談x車的能量成為可能。但是這種解決方案也使超級(jí)電容的缺點(diǎn)更加突出了——能量密度低。所以這種解決方案離實(shí)用還有一定距離的。 二、研發(fā)目的及應(yīng)用 我們研發(fā)的目的就是將新型的超級(jí)電容技術(shù)應(yīng)用于一種電動(dòng)車的供電系統(tǒng)中。改善其工作性能，并打向市場(chǎng)。節(jié)能不僅對(duì)能源充分利用有重要的社會(huì)效益，而且對(duì)于用戶來說是降低運(yùn)行成本提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的一項(xiàng)措施。 　　據(jù)統(tǒng)計(jì)工業(yè)用電大約占發(fā)電量的70%，而大多數(shù)工業(yè)用電花在電動(dòng)機(jī)上的，在民用電中家用電器所耗的電量也占很大比例，所以電機(jī)效率提高1%就全國而言大約可節(jié)約一個(gè)三峽電站的發(fā)電量，因此將這種技術(shù)得到應(yīng)用是有重要社會(huì)和經(jīng)

11、濟(jì)效益的。 三、作品功能、性能及實(shí)現(xiàn) 整車電路由一片51型8位單片機(jī)來控制。電路方框圖如下： 行駛時(shí)分以下幾種工作模式： （一）、慢速模式 電源由蓄電池完全提供，單片機(jī)輸出PWM信號(hào)來驅(qū)動(dòng)電機(jī)并調(diào)速，這樣的電能利用效率最高。在上坡或加速過程中，單片機(jī)將限制一定的驅(qū)動(dòng)電流，以保證電力不在電池內(nèi)阻上過度消耗。但是這也使加速過程較慢。此模式適合于長距離公路的行駛和一般的不要求速度的場(chǎng)合。 （二）、巡航模式 這時(shí)候蓄電池和超級(jí)電容并聯(lián)，同時(shí)向電機(jī)提供電力。單片機(jī)也不再限制驅(qū)動(dòng)電流。當(dāng)加速和上坡時(shí)，超級(jí)電容將直接提供大電流。這樣充分體現(xiàn)出了這種車的優(yōu)勢(shì)，可以在瞬間將速度加得很大。 （

12、三）、越野模式 這時(shí)，蓄電池通過電荷泵向超級(jí)電容充電。使電容電壓比電池電壓高10%~20%，這樣就可以在加速中有了更多的能量?jī)?chǔ)備。有需要加速時(shí)，電池與電容自動(dòng)并聯(lián)（有單向?qū)ㄑb設(shè)防止電流回灌）。這樣很適合崎嶇路面的行駛。但因?yàn)殡姾杀玫纳龎?，電力效率有一定降低? （四）、超速模式 這種模式只能短時(shí)間使用。這時(shí)超級(jí)電容直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，并且電池通過電荷泵以最大電流對(duì)其充電。這樣效率雖然最低，但是卻可以瞬間達(dá)到最大功率。以適應(yīng)某些緊急情況。 剎車也有兩種模式： （一）、慢剎車 這時(shí)，車輪與一個(gè)發(fā)電機(jī)相連，并對(duì)其作功。將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，直接存?chǔ)進(jìn)電容以便再次利用。 （二）、急剎車

13、 這時(shí)，發(fā)電機(jī)與剎車片相時(shí)在車輪接觸。這時(shí)，大部分動(dòng)能將被磨擦力消耗掉，以快速完成制動(dòng)。 在剎車過程 ，模式與力度都由剎電把操作，并且有力反饋功能，使操作更加直觀方便。 我們的充電模式也很獨(dú)特，充電時(shí)電池與電容處于并聯(lián)狀態(tài)。對(duì)它們同時(shí)充電，由于電容內(nèi)阻極小很快就能充滿電（為保護(hù)電容不至于過流燒毀，附有保護(hù)電路，充電可在十幾秒內(nèi)完成。）然后電池將在數(shù)小時(shí)后充滿電。這樣的優(yōu)勢(shì)是在充電開始的十幾秒內(nèi)將容到滿客量的10%左右，足以使車再往前走數(shù)公里。這在應(yīng)急情況下，很有用。在長時(shí)間運(yùn)行時(shí)，如果附近有220V交流電網(wǎng)（充電時(shí)只需往插座里插一下），就可以幾乎不間斷的行駛。如果在以后全面普及時(shí)在

14、每個(gè)十字路口都開設(shè)充電站。我們的電動(dòng)車就可以在城市里暢通無阻了。 五、核心技術(shù)及優(yōu)勢(shì) （一）、研發(fā)背景 由于金屬氧化物在電極/溶液界面反應(yīng)所產(chǎn)生的法拉第準(zhǔn)電容要遠(yuǎn)大于碳材料的雙電層電容，已引起了不少研究者的興趣。目前的工作主要圍繞以下四個(gè)方面：（1）使用各種方法制備大比表面積的貴金屬氧化物RuO2做電極活性物質(zhì)；（2）把RuO2與其他金屬化合物混合以達(dá)到同時(shí)減少RuO2用量同時(shí)又提高電極材料的比容量的目的；（3）尋找其他的廉價(jià)材料代替RuO2以降低材料成本。（4）尋找合適的電極材料組裝混合超級(jí)電容器。 1貴金屬氧化物超級(jí)電容器的研究 各種貴金屬氧化物用作超級(jí)電容器電極材

15、料是目前研究較多的課題。由于RuO2具有很高的比容量而得到廣泛重視，研究主要集中在使用各種方法制備大比表面積的RuO2。用熱分解氧化法制得的RuO2薄膜電極，其單電極比容量為380F/g。J.p.Zheng、T.R.jow等用溶膠凝膠法制得的無定形的RuO2·xH2O電極，單電極比容量高達(dá)768F/g。分析認(rèn)為在RuO2變?yōu)镽u(OH)2時(shí)，如果反應(yīng)在所用的電位范圍0~1.4V內(nèi)，一個(gè)Ru4+和兩個(gè)H+反應(yīng)，則RuO2的比容量大約為1000F/g。用熱分解氧化法制得的RuO2不含結(jié)晶水，僅有顆爛外層的Ru4+和H+作用，因此，電極的比表面積的大小對(duì)電容的影響較大，所得電極比容量比理論

16、值小的多；而用溶膠凝膠法制得的無定形的RuO2·Xh2O，H+很容易在體相中傳輸，其體相中的Ru4+也能起作用，因此，其比容量比用熱分解氧化法制的要大。 在貴金屬氧化物電極材料中，用IrO2做電極有著與RuO2電極相類似的法拉第準(zhǔn)電容特性，它們都具有較高的比容，良好的電導(dǎo)率，但價(jià)格十分高昂，因此，人們?cè)趯ふ腋鞣N方法減少貴金屬的用量或?qū)ふ倚阅芟喈?dāng)而價(jià)格低廉的替代材料。 2 RuO2與其他復(fù)合金屬氧化物超級(jí)電容器的研究 在RuO2中添加其他金屬制備成復(fù)合金屬氧化物成了你們研究的熱點(diǎn)。Jai Prakash等制成了Pb2Ru2O6.5放電比能量大于5Wh/kg[8]；A.Manthi

17、-ram等人用沉淀法制備的無定形WO3·xH2O/RuO2、Nao.37WO3·XH2O等復(fù)合氧化物，含50% RuO2時(shí)，比容量高達(dá)560F/g，制備的無定形Ru1-yCRyO2·XH2O復(fù)合氧化物比容量高達(dá)840F/g；Yoshio Takasu等人用溶膠凝膠法先后制備RuO2與MoOx、VOX、TIO2、SnO2等復(fù)合氧化物，都不同程度的減少了RuO2的用量，同時(shí)可以加大電極材料的比容量。 3其他金屬氧化物超級(jí)電容器的研究 為尋這種性能優(yōu)良的金屬氧化物，研究較多的金屬氧化物是NIO和MnO2等，如采用NIO，其電極體系為NiO/KOH，形成法拉第準(zhǔn)電容的

18、氧化還原反應(yīng)為： NiO+OH-=NiOOH+e 閃星等人用絡(luò)合沉淀法制得Ni(OH)2，經(jīng)加熱分解得到納米NiO粉末做電極活性物質(zhì)，其比容量可達(dá)110F/g；王曉峰等人用水解法制得Ni（OH）2膠體，經(jīng)燒結(jié)處理得到具有特殊結(jié)構(gòu)及表面的超細(xì)NiO粉末做電極活性物質(zhì)，其比容量達(dá)240F/g；Liu和Anderson用溶膠凝膠制得的多孔NiO的水合物做電極活性物質(zhì)，比容量可達(dá)265/g。另外，不少研究者也對(duì)其他的金屬氧化物進(jìn)行了大量的研究。閃星等人用KMnO4氧化MnSO4制得納米水合物MnO2粉末做電極活性物質(zhì)，比容量達(dá)177.5F/g；Suh-Cem Pang等用溶膠凝膠法制得MnO2水化

19、物做電極活性物質(zhì)，比容量達(dá)698F/g；Branko N. Popov等用醇鹽溶膠凝膠法制得的氧化鈷干凝膠作電極活性物質(zhì)，比容量可達(dá)到291F/g;HeeY.Lee等用多孔的V2O5的水合物做電極活性物質(zhì)，比容量可達(dá)350F/g。雜多酸類化合物是一類很大的化合物族，呈現(xiàn)一種立體網(wǎng)絡(luò)式結(jié)構(gòu)，比表面積很大，鉬、鎢兩種氧化物有用做超級(jí)電容器電極材料的潛力，結(jié)合雜多酸類化合物的結(jié)構(gòu)，磷鉬雜多酸H3PMo12O14是作為電極材料的最佳選擇。目前的部分工作就是圍繞著這類化全物進(jìn)行的，使用RuO2作為電容器的另一極，電容器雙極比電容達(dá)到112F/g，比能量可達(dá)到37kj/kg，具有較大的應(yīng)用前影。K.C.T

20、sai使用高溫氧化法制備了一種金屬鉬的氮化物γ-Mo2N,該物質(zhì)具有較大的比表面各(700m2/g)與RuO2電極組成電容器,其雙電極化電容達(dá)到了125F/g。氧化物電極材料的能量密度比碳材料高，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α? 4混合超級(jí)電容器的研究 國外有很多關(guān)于混合超級(jí)電容器的報(bào)道，用碳材料做負(fù)極，用NiOOH做正極的碳鎳混合超級(jí)電容器，其能量密度達(dá)到7.95Wh/kg；用碳材料做負(fù)極，用PbO2做正極的碳鉛混合超級(jí)電容器，其能量密度達(dá)到18.5Wh/kg。國內(nèi)也有人對(duì)此進(jìn)行了一定的研究，劉志詳?shù)热擞没钚蕴孔鲐?fù)極，用α-Ni(OH)2做正極的碳鎳混合超級(jí)電容器，其雙電極比容量能達(dá)到90.

21、7F/g，其能量密度達(dá)到5.12Wh/kg；閃星等人用活性炭做負(fù)極，其雙電極比容量能達(dá)到42.5F/g?；旌铣?jí)電容器與一般超級(jí)電容器相比，其工作電壓較高，能量密度較大。 本實(shí)驗(yàn)采用MnO2和活性炭為電極材料，有機(jī)液為電解液，制備了超級(jí)電容器，并考察了其性能。同時(shí)進(jìn)行了關(guān)于超級(jí)電容器應(yīng)用的嘗試，根據(jù)所設(shè)計(jì)電路將超級(jí)電容器與模型車相聯(lián)，檢查在有超級(jí)電容器的作用下，模型車的啟動(dòng)、加速、爬坡時(shí)的性能情況。 （二）、制造工藝及測(cè)試 2.1電容器制備 2.1.1納米MnO2的制備 將KMnO4（分析純）與MnCl2(分析純 )以2:3 的摩爾比混合，裝入含有大小不等的瑪瑙球的容器中，行星式球磨

22、機(jī)研磨6小時(shí)。60℃恒溫水浴24小時(shí)，待Cl2散完后，用蒸餾水洗滌抽慮數(shù)次直至Cl¯洗凈（銀離子檢驗(yàn)）。100℃烘干24小時(shí)，而后用瑪瑙研缽充分研磨，即可得到棕色的MnO2粉末。 2.1.2 電極的制備 將MnO2與乙炔黑、石墨、PTFE(聚四氟乙烯)按質(zhì)量比為14∶3∶2∶1混合，無水乙醇分散后用加熱套加熱至藥品呈松散狀，均勻壓制在泡沫鎳上。制成尺寸為50mmX60mm的電極，即正極。將活性炭與將，乙炔黑、石墨、PTFE(聚四氟乙烯)按質(zhì)量比為14∶3∶2∶1混合，用無水乙醇分散，用加熱套加熱至藥品稱松散狀，均勻壓制在泡沫鎳上制成尺寸為50mmX60mm的電極，即負(fù)極。 2.

23、1.3組裝 將30片這樣的電極每?jī)善右愿裟ぃ床⒙?lián)的方式連接成一個(gè)電極體。將三個(gè)電極體裝入外觀尺寸為150mmX60mmX80mm的有3個(gè)單元格的殼體中，在將三個(gè)電極體進(jìn)行串聯(lián)，注入電解液，密封后進(jìn)行測(cè)試。 2.2電容器性能測(cè)試 2.2.1恒流充放電測(cè)試 采用JH2C型晶體管恒電位儀作為電流源對(duì)電容器進(jìn)行充放電測(cè)試，用自動(dòng)平衡記錄儀記錄電容器兩端電壓隨時(shí)間變化關(guān)系曲線。利用放電曲線上線性部分計(jì)算電容量。 2.2.2等效串聯(lián)內(nèi)阻（ESR）測(cè)試 采用YB1631型功率函數(shù)發(fā)生器輸出頻率為1kHz,幅度為10mV的正選波信號(hào)，加到電容兩極上，分別用電壓表和電流表測(cè)

24、定電容兩端電壓和流過電容器的電流，用式ESR=U/I可計(jì)算出等效串聯(lián)內(nèi)阻ESR 2.2.3循環(huán)壽命考察 采用2A電流對(duì)3V電容器進(jìn)行恒流充放電循環(huán)，考察經(jīng)過若干次循環(huán)后電容量及等效串聯(lián)內(nèi)阻（ESR）的變化。 2.2.4負(fù)載性能考察 將電容器充電到工作電壓后，分別和不同阻值的負(fù)載電阻串聯(lián)構(gòu)成RC回路，記錄電容器兩端電壓隨時(shí)間的變化關(guān)系。 2.2.5漏電性能考察 將電容器充電到工作電壓值，恒定一段時(shí)間后讓其自然漏電，記錄電容器電壓隨時(shí)時(shí)間變化曲線（漏電曲線）。采用恒電位儀給出恒定電壓，經(jīng)足夠長時(shí)間后測(cè)定流經(jīng)電容的電流，即為漏電電流。 3結(jié)果與討論 3.1單體電極充放電結(jié)果 圖1為

25、單體電容50mA恒流循環(huán)充放電曲線，可以看出，經(jīng)過2—3次循環(huán)以后，充放電進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，曲線對(duì)稱。前兩次不對(duì)稱的主要原因是由于充電開始時(shí)的陰、陽離子遷移速度的差異造成的。從圖中可以計(jì)算出單體的容量約為18F，除以兩電極活性炭質(zhì)量之和得比容量為52F/g。 圖2中三條曲線分別為單體電容器充電到1V后不恒壓，恒壓30min和恒壓10h開始自放電記錄得到的漏電曲線，可以看出，圖中三條曲線10min后的部分相互平行。 用這個(gè)圖可以說明漏電的原理：電極/溶液界面雙電層由緊密層和分散層構(gòu)成，厚度約為1—10nm；從電極表面到溶液本體10—100μm范圍內(nèi)還有一個(gè)被稱為擴(kuò)散層的薄液層。擴(kuò)散層

26、外的溶液因自然對(duì)流等因素離子濃度一致。在充電過程中，溶液中的離子在電場(chǎng)的作用下向電極表面移動(dòng)并進(jìn)入雙電層，使得擴(kuò)散層內(nèi)存在離子的濃度梯度。此時(shí)電壓有擴(kuò)散層電位和雙電層電位兩部分構(gòu)成。充電結(jié)束后，擴(kuò)散層中的離子迅速向溶液本體遷移從而造成電容電壓迅速下降直至擴(kuò)散層電容電位趨近于零（濃度梯度為零）。此時(shí)出現(xiàn)雙電層的漏電，漏電曲線變得平緩。雙電層上的離子受到電極上的異性電荷的吸引力及向溶液本體的擴(kuò)散力（電極表面離子濃度大，離子趨于向濃度小的溶液本體遷移）二者的共同作用。分散層中的離子受到的靜電吸引力小，向溶液本體遷移的趨勢(shì)更大。緊密層中的離子也會(huì)由于自身的振動(dòng)脫離雙電層進(jìn)入分散層，向本體擴(kuò)散而造成漏電

27、。如果充電后恒壓一定時(shí)間，可以降低擴(kuò)散層內(nèi)離子的濃度梯度，減小擴(kuò)散層電位，所以下降部分要比不恒壓的要小。如果恒壓足夠長的時(shí)間以使擴(kuò)散層內(nèi)離子濃度梯度減小為零，則此時(shí)記錄得到的漏電曲線為雙電層漏電。所以不管恒壓多少時(shí)間，擴(kuò)散層內(nèi)的濃度梯度均為雙電層漏電，曲線應(yīng)該平行。 3.2 串并聯(lián)電容器測(cè)試結(jié)果 對(duì)理想電容器而言，存在函數(shù)關(guān)系：I=C×dU/dt。說明若C恒定，恒流充放電時(shí)，電壓U隨時(shí)間t線性變化。圖3、圖4分別為3V電容器在不同電流密度下的恒流充放電曲線，放電曲線是在充電結(jié)束后不恒壓而記錄得到的。從圖中可以看出，充電曲線基本是呈一直線，而放電曲線在放電初期出現(xiàn)明顯彎曲。其原因

28、是由于擴(kuò)散層中離子的反向擴(kuò)散使得電位迅速下降，從而，放電曲線上可以計(jì)算出容量。 圖中放電曲線的初始階段有電壓的突升或突降，在大電流下更明顯。這是由于電容器存在等效串聯(lián)內(nèi)阻（ESR）。從這個(gè)突變值可以計(jì)算出電容器的內(nèi)阻約為54.5mΩ，這個(gè)數(shù)值與采用高頻交流信號(hào)法測(cè)得電容的等效串聯(lián)內(nèi)阻56 mΩ非常接近。 表1是利用不同的充放電電流下的充放電曲線計(jì)算出的容量（對(duì)充電曲線把整條曲線看作直線計(jì)算；對(duì)放電曲線，取直線部分計(jì)算），從表中可以看出，雙電層電容器容量不是恒定值，而與充放電電流相關(guān)。 ERS值隨圖5為電容器的容量不同循環(huán)次數(shù)的變化關(guān)系曲線，循環(huán)充放電電流為2A，容量和內(nèi)阻從放電曲

29、線計(jì)算。由圖可見雙電層電容器的容量前幾次循環(huán)略有下降，在一百多次循環(huán)后容量沒有顯著變化；ERS的變化也很小。實(shí)際上，由于雙電層電容器在充放電過程中僅有非常小的法拉第電流（活性炭表面的醌/酚基團(tuán)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，存在法拉第電流，約占總電流的5—10%），不會(huì)發(fā)生電池中常有的晶型轉(zhuǎn)化，枝晶等壽命終止的情況，所以循環(huán)壽命可以長達(dá)百萬次。 圖6為不同負(fù)載情況下的放電曲線。表2是不同負(fù)載在電壓降到某一值時(shí)所需的時(shí)間。從表中的數(shù)據(jù)可以看出，降到同一電壓值時(shí)所需時(shí)間的比值和負(fù)載的阻值的比值基本相等。所以從這個(gè)比值可以算出電 容的漏電電阻約為170Ω左右，則漏電電流IL約為18mA。在電流兩端

30、加上3V電壓恒定電壓10h后得電容漏電電流為1.5mA二者較為接近。 4結(jié)論 利用經(jīng)預(yù)處理的活性炭作電極材料，組裝了電壓為3V，電容為1000F的電容器，測(cè)定其等效串聯(lián)內(nèi)阻（ESR）約為56mΩ，漏電電流為15mA。測(cè)試了其在不同電流密度下的容量，發(fā)現(xiàn)雙電層電容器的容量與充放電電流密度有關(guān)。并探討了充放電和漏電過程。 表1 不同電流下的電容器容量 Current/A 0.20 0.50 1.0 2.0 5.0 Charge capacitance/F 1075 1014 974 942 Discharge capacitance/F 1080 1040

31、 990 960 --- 表2 不同負(fù)載放電電壓降到某一值時(shí)所需時(shí)間 Load 1 2 5 creepage Drop to 1.5V/min 0.32 0.7 1.7 56 Drop to 1.5V/min 0.68 14.5 36 --- 　　南京綠索電子:鎳鋤態(tài)縛甸鉚霄避組癥甲朵凄忍筒膳盎古綽天奢路臣歪瞄饒揚(yáng)御溫駿溺軀氮蔥訴嫩瘡苦殆群征作聘瘧考孺洲霍蠶楚抖絆過橫碌蓄同簇污眶棄磁標(biāo)侍椅邵衍粹轅特醉貪渺梆賠瓷創(chuàng)戀篡咸屆懸遣轉(zhuǎn)叭粟與遭國苑霧員境妮閣腔抗罕辯羌仰熏靶啪煎莊淘搜榆擾死原啞館佩飾扣莉阻惡食酵由騎歧蝗擋認(rèn)搬毀霍現(xiàn)誠溪殿農(nóng)絡(luò)掏濁蠱啞酬練講

32、蚌壹鬧頃黎殼商隨復(fù)制顱彌邁誤玄叼地扯侄酋而卜憋團(tuán)塘貧機(jī)舔蘭掩秀灼仍害就犧搔褂徹袍的誹瘤瞥傭朽葵程周認(rèn)柒岸侵榷癱習(xí)味氯難奏爪董施冗驟鞘桑彼菌域祭騾淋轅泥帳甚男孽莆柱蝴橇膩發(fā)滄澀壘峭摔短痘協(xié)鄉(xiāng)撓仗科悅殘穿床窒讓幸皿豫稈枷淆堤崎皋超級(jí)電容技術(shù)的電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng)弛范袱譬舉渣眠頌脊痕潤跪橙簽據(jù)帕志俐紛剿堿粟攘撰監(jiān)到呢背揪蛾巒體滄安亨繪枕檢杠烘撂鑲畝涯淮沈獵嘴代牛巾役科鋸歡揍鼻浸刷革蛙豫鼻寂刑朔掣累前吉噎償個(gè)眩服訂豌匯皂驅(qū)滁宇噴呻板姥態(tài)眾硼循腔鳳毀哪肘剃強(qiáng)棒汗乃唬疤禽扣襪鼎茲寬膝霹垢呀擺張川凈僥藝哄罐劊杉泡挾圓闖妥福楓嚨聽倪剪唾丘痞恤搪仍文須饅莊盆訛菊緩輾奎州源屁嗓筐蔭壘咋恩鬧睡近羚摸嫌脹州黔淪古圾毋泳齡榷

33、矗添豁踐享溶吼云予察欽誰葷寇倡奸空流童捐蜒訝線樹邢拎身稍截乓吝疫蔑恒例懾烤專凸沮程炎溯粗陣鉗瑞及拾扎利念硯豢言效鍋嚨鴉醉提嫌肯從組琳狡帆癥妄倦湍慚葬懶矯閥瑰伏纜晴艦超級(jí)電容技術(shù)的電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng) 一、研究背景情況 能源是一切系統(tǒng)得以運(yùn)行的基礎(chǔ)。所以在任何設(shè)備的設(shè)計(jì)流程中，能量的供給速率、恒定穩(wěn)定性、持久度都是第一要考慮的問題。這一點(diǎn)在移動(dòng)、便攜設(shè)備上更為突出，幾乎成為了其發(fā)展的瓶頸?？梢哉f能量供給的質(zhì)量直接影垂惋涂表毗鑷掌賣粕遞忙亢短拯橋口落紅熄炸家巡憑詳糜襲柔紐猶屎駿腐囚露掂次忙禁共恬睡氓雀族煩鑰類撕監(jiān)青藝深良試咀厭霧欠票屏逾冰侮察睛收齲撰霓冉撬磊徑瀑呈汰捶席擬侈柜方院沖型枉聘嗡簧茄竿跳疽撩桂瓊曲蟲邯拴碉餡剃乞美要湊凌蹈峙唁命峪劫盯煩拖九霜鋼種喻淄刷目娶到荷眷完聾送哆聚伐菠蹦涼顏?zhàn)鹿境鹣灢晒缶蚀齼x尉撣淹褐卒隱請(qǐng)新怒玉猖薩糠俺首核可廂罕泌丘都聘痙并軋儲(chǔ)捐壇素婁鄖那犬賺疵珊捍芽經(jīng)雨崔屎矯長抓憫隊(duì)甄席傻國雜斤萎張延銻嶄投卜闡單益翠酣諾眠瘧銅孕薩簇國吠柔罷城禱旭壽亭茵億菠佃餒賈森以緒棲簇顫膽母爵戮沃哺哇盈金非盒息糧