超級電容器從儲能機理上面分的話,超級電容器分為雙電層電容器和贗電容器。是一種新型儲能裝置,它具有功率密度高、充電時間短、使用壽命長、溫度特性好、節(jié)約能源和綠色環(huán)保等特點。超級電容器用途廣泛。
超級電容器(supercapacitor,ultracapacitor),又叫電化學(xué)電容器(Electrochemical Capacitor, EC)、黃金電容、法拉第電容;包括雙電層電容器(ElectrostaTIc double-layer capacitor)和贗電容器(Electrochemical pseudocapacitor),通過極化電解質(zhì)來儲能。它是儲能過程是可逆的一種電化學(xué)元件,可以反復(fù)充放電數(shù)十萬次。超級電容器可以被視為懸浮在電解質(zhì)中的兩個無反應(yīng)活性的多孔電極板,在極板上加電,正極板吸引電解質(zhì)中的負(fù)離子,負(fù)極板吸引正離子,實際上形成兩個電容性存儲層,被分離開的正離子在負(fù)極板附近,負(fù)離子在正極板附近。
超級電容器是建立在德國物理學(xué)家亥姆霍茲(1821~1894)提出的界面雙電層理論基礎(chǔ)上的一種全新的電容器。眾所周知,插入電解質(zhì)溶液中的金屬電極表面與液面兩側(cè)會出現(xiàn)符號相反的過剩電荷,從而使相間產(chǎn)生電位差。那么,如果在電解液中同時插入兩個電極,并在其間施加一個小于電解質(zhì)溶液分解電壓的電壓,這時電解液中的正、負(fù)離子在電場的作用下會迅速向兩極運動,并分別在兩上電極的表面形成緊密的電荷層,即雙電層。
它所形成的雙電層和傳統(tǒng)電容器中的電介質(zhì)在電場作用下產(chǎn)生的極化電荷相似,從而產(chǎn)生電容效應(yīng),緊密的雙電層近似于平板電容器,但是,由于緊密的電荷層間距比普通電容器電荷層間的距離要小得多,因而具有比普通電容器更大的容量。
雙電層電容器與鋁電解電容器相比內(nèi)阻較大,因此,可在無負(fù)載電阻情況下直接充電,如果出現(xiàn)過電壓充電的情況,雙電層電容器將會開路而不致?lián)p壞器件,這一特點與鋁電解電容器的過電壓擊穿不同。同時,雙電層電容器與可充電電池相比,可進行不限流充電,且充電次數(shù)可達(dá)10^6次以上,因此雙電層電容不但具有電容的特性,同時也具有電池特性,是一種介于電池和電容之間的新型特殊元器件。
電力電容器是一種無功補償裝置。電力系統(tǒng)的負(fù)荷和供電設(shè)備如電動機、變壓器、互感器等,除了消耗有功電力以外,還要“吸收”無功電力。如果這些無功電力都由發(fā)電機供給,必將影響它的有功出力,不但不經(jīng)濟,而且會造成電壓質(zhì)量低劣,影響用戶使用。
電容器在交流電壓作用下能“發(fā)”無功電力(電容電流),如果把電容器并接在負(fù)荷(如電動機)或供電設(shè)備(如變壓器)上運行,那么,負(fù)荷或供電設(shè)備要“吸收”的無功電力,正好由電容器“發(fā)出”的無功電力供給,這就是并聯(lián)補償。并聯(lián)補償減少了線路能量損耗,可改善電壓質(zhì)量,提高功率因數(shù),提高系統(tǒng)供電能力。
如果把電容器串聯(lián)在線路上,補償線路電抗,改變線路參數(shù),這就是串聯(lián)補償。串聯(lián)補償可以減少線路電壓損失,提高線路末端電壓水平,減少電網(wǎng)的功率損失和電能損失,提高輸電能力。
電力電容器包括移相電容器、電熱電容器、均壓電容器、藕合電容器、脈沖電容器等。移相電容器主要用于補償無功功率,以提高系統(tǒng)的功率因數(shù);電熱電容器主要用于提高中頻電力系統(tǒng)的功率因數(shù);均壓電容器一般并聯(lián)在斷路器的斷口上作均壓用;藕合電容器主要用于電力送電線路的通信、測量、控制、保護;脈沖電容器主要用于脈沖電路及直流高壓整流濾波。
隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展,負(fù)荷日益增多,供電容量擴大,無功補償工作必須相應(yīng)跟上去。用電容器作為無功補償時,投資少,損耗小,便于分散安裝,使用較廣。當(dāng)然,由于系統(tǒng)穩(wěn)定的要求,必須配備一定比例的調(diào)相機。那么超級法拉電容工業(yè)方面可以用來做從事哪些方面的應(yīng)用呢?
1、手電筒
在需要使用手電筒的緊急情況下,卻發(fā)現(xiàn)手電筒越來越暗淡無光,是十分令人沮喪的,因為電池的壽命已至。即使是現(xiàn)代的手電筒,也需要數(shù)小時充滿電,而且電池的循環(huán)壽命很短。
電池的所有這一切都可能成為歷史。一種使用超級電容器而不是電池做為儲能元件的手電筒,充電只需90s,循環(huán)壽命可達(dá)50萬次。如果您每天使用一個充放電循環(huán),可使用約135年。
這種戰(zhàn)術(shù)手電筒是為專業(yè)用戶開發(fā)的,主要是如警察和軍隊。
2、直流屏儲能系統(tǒng)
直流屏儲能系統(tǒng)
直流屏作為供電電源,在變電站、發(fā)電廠、大中型廠礦企業(yè)等供電系統(tǒng)中占有很重要的地位,主要用于向控制、保護、通信設(shè)備、自動裝置操作機械和調(diào)節(jié)機械的傳動機構(gòu)供電,同時還可以作為獨立的事故照明電源,所以其性能及可靠性直接影響到整個供電系統(tǒng)的正常安全運行。
由蓄電池組成的直流屏,可以存儲很大的電能從而實現(xiàn)停電時長時間的直流供給,在一些重要變電站(如110kv及以上級別的變電站)應(yīng)用廣泛。然而有些不重要的末端站及用戶站,實際上并不需要停電后長時間的直流供給,只是在分、合閘操作時需要直流電能??紤]到要保證事故分閘的可靠性使用了蓄電池式直流屏,必然帶來很高的運營成本,設(shè)備需要經(jīng)常的維護保養(yǎng)且使用壽命很短。另外故障率也因其電池的多節(jié)串聯(lián)而增加,任何一節(jié)電池有問題,都將影響整個蓄電池組的正常工作,且廢棄蓄電池對環(huán)境帶來很大危害。由于上述設(shè)備存在的問題,人們迫切希望有較好的辦法來解決,超級法拉電容的出現(xiàn)及其具備的優(yōu)良性能為解決這一問題帶來了希望。
超級法拉電容與電池相比,具有許多電池?zé)o法比擬的優(yōu)點。
?。?)具有非常高的功率密度。
?。?)充電速度快。
(3)使用壽命長。
?。?)低溫性能優(yōu)越。
?。?)超級電容器使用的材料安全、無毒、環(huán)保,并且免維護。而蓄電池需要經(jīng)常維護,廢棄的蓄電池對環(huán)境帶來很大危害。