永不磨损的超级电容动力电池.docx
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永不磨损的超级电容动力电池
永不磨损的超级电容动力电池
一：
市场规模：
针对未来电动汽车大发展的机遇，现在大家都在拼命研发磷酸铁锂的汽车动力电池，但按照技术发展，由于磷酸铁锂动力电池的固有缺陷，预计在未来2~3年，磷酸铁锂动力电池会被逐渐淘汰。
现在的汽车动力电池主要有以下四种：
A：
最低档：
铅酸电池 能量密度0.03~0.05度/kg，太低，污染重，只能用在现在的电瓶自行车。
B：
低档：
镍氢电池，0.1~0.2度/kg,价格昂贵，行驶很短60~80km，电动汽车上没前途。
C：
高档：
磷酸铁锂电池，0.4~0.5度/kg,价格较贵，2000~3000次循环寿命，深圳比亚迪电动汽车已经能实现一次充电行驶80~100km.需要启动汽油机的混合动力来延长里程，但安全风险较大。
D：
超高档：
超级电容动力电池，1.0~1.5度/kg，价格便宜，免维护，10~50万次的充放电循环寿命，会成为动力电池的主流。
（1）高耐压超级电容动力电池：
和镍氢电池/磷酸铁锂动力电池相比，超级电容动力电池更具有优势，
①能量密度高：
1.0~2.0度/kg，是镍氢电池的5~10倍，磷酸铁锂的3~5倍
②不经过电能/化学能的转化损耗，电能利用率高达95％
③安全：
不存在易燃易爆物质，不会爆
④经久耐用：
预计10~50万次的充电循环，确保使用寿命≥10年
⑤价格便宜：
预计只有镍氢电池的20％，磷酸铁锂的30％~40％。
（2）高密度随机存储器DRAM：
大幅提高的介电常数，能大幅提高现有容量。
（3）风力发电/小规模太阳能发电的电力储存电池
（4）变电设备的意外启动电源
2-2：
市场：
（1）汽车动力电池：
尽管行驶里程只有80~100km，但现在的动力电池很昂贵，接近50000元/辆，只有大幅降低电池成本，电动汽车才会大规模普及，镍氢电池和磷酸铁锂电池的原料成本很高，是很难普及的。
国内市场：
从2011年，按纯电动汽车国内销量200万量计算，每辆40000元的动力电池，总计
2,000,000辆* 40,000元= 8.0* 1010元= 800亿元
出口国外汽车公司：
（2）电动自行车：
和现有的48V/20Ah铅酸电瓶的40~50km路程相比，存储5度电的超级电容动力电池可以使一次充电的行程达到≥200km，和铅酸电瓶竞争优势太强了，完全淘汰摩托车，但需要研发配套的稳压稳流电路，使电机转速稳定。
电动自行车存储5度电的超级电容动力电池很小，预计在2000元左右，估计市场规模：
300万辆* 2000元/辆= 60亿元
（3）太阳能LED照明灯：
需要1-2kWh的长寿命动力电池，要求使用寿命超过15年。
（4）计算机不间断电源：
（5） 家用屋顶太阳能发电系统储能电池：
建立一个太阳能家用发电系统，屋顶太阳能发电后被储存到超级电容电池，储存的电能经过稳压装置供应家庭独立的供电。
现在太阳能光伏电池较贵，一旦技术进步后价格大幅下降，家用太阳能发电系统就会向太阳能热水器一样普及。
（6）家用省电器：
一般家用耗电在5~10度/天，利用分时电表差价，在下半夜半价时充电储存5~10度电，白天放电使用，节省一半的电费。
市场需求应该很大。
我们正在发展一种高电压的超级电容动力电池，性能远远比磷酸铁锂动力电池优异。
由于采用了全球独创的新型固体功能材料，实现了超级电容的超高容量和高耐压。
这种高耐压超级电容电池具有如下的技术优势
（1）充电速度快：
由于不存在电能转化化学能的化学反应，充电10分钟～1h可达其额定容量的95％以上；
（2）循环使用寿命长，预计深度充放电循环使用次数可达10万次~50万次，没有“记忆效应”；
（3）大电流放电能力超强，能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率≥90％；
（4）功率密度高，可达1.0~2.0度/kg，相当于磷酸铁锂电池的3~5倍；
（5）产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染，是理想的绿色环保电源；使用的原料都是廉价金属。
（6）充放电线路简单，无需充电电池那样的充电电路，安全系数高，长期使用免维护；
（7）超低特性好，度范围宽-50℃～＋120℃；
（8）检测方便，剩余电量可直接读出；
（9）单节容量范围：
200F~600F/kg。
（10）高耐压：
能耐电压≥300V。
（11）只要稳定电压，没有过充电损害电池。
一：
超级电容动力电池的储存能量：
我们可以如下计算超级电容动力电池的储存电量功率：
1-1：
永不磨损超级电容动力电池的技术标准：
充入电压：
220v
电容量：
≥200F/kg
1-2：
单节满容存储电能：
储能公式Q=1/2*CU2
Q= 1/2*CU2=1/2* 200F * 220V 2 = 4.84*106J= 1.3度/kg
实际放电量90％，到开路电压60V
Q= 4.84*106* 90％ * =~1.2度/kg电。
按照现在电动汽车耗电量测试结果15度电/100公里，50kg电池电芯（~100kg总重）的电池组一次充满电可以行驶≥400公里。
二：
和现有超级电容的比较：
国内锦州百纳也生产超级电容，但他们都是电解电容器，由于电解电容器容易击穿，电解质有腐蚀性，容易老化，耐压很低仅仅2.7V，无法实用于汽车动力电池。
2008年上海张江开行了国内第一辆超级电容公交车，由于他们采用的是超级电解电容，存在的优点和问题很多。
2-1：
缺点：
（1）超级电容耐电压太低，储电量不够：
电池组只有≤10度的电量储存，公交车测试耗电量1.4度/km，行驶里程太短。
（2）可靠性很差：
现有的水溶液超级电容动力电池漏电流很高，夏天经常故障，因为高温下漏电流大幅增加，容量下降。
冬天低会结冰，难以使用。
按照漏电流度曲线，水溶液超级电容已经接近技术极限，很难再提高了。
（3）单个电容量不大：
≤4000F
（4）耐压太低：
国内全部是0.9V~2.7V，根据电量公式Q=1/2*CU2，电容的充电量和充电电压最显著，提高充电耐压能大幅提高电容储电量。
一个200F/220V的超级电容存储的电能比5000F/2.7V多260多倍。
（5）需要专用的充电设备，使用成本很高。
2-2：
优点：
（1）电容汽车制动性能优异
（2）使用寿命超长，维护成本很少。
（3）安全环保
2-3：
永不磨损超级电容动力电池特点：
（1）没有电解质，采用新型固体功能材料，由于介电常数达到≥30000，比电解电容大幅提高电容量。
（2）高耐压：
可以基本实现220V电压充电，击穿电压更高。
（3）不磨损：
在电动汽车报废前，基本不需要更换。
（4）安全：
内部没有易燃易爆物质和侵蚀性物质。
电容电池的特点、注意事项及发展前景
电池的特点
（1）充电速度快，只要充电几十秒到几分钟就可达到其额定容量的95％以上；而现在使用面积最大的铅酸电池充电通常需要几个小时。
（2）循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达50万次，如果对超级电容每天充放电20次，连续使用可达68年如果相应地和铅酸电池比较, 它的使用寿命可达68年, 且没有“记忆效应”。
（3）大电流放电能力超强，能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率≥90%；
（4）功率密度高，可达300W/kg~5000W/kg，相当于普通电池的数十倍；比能量大大提高，铅酸电池一般只能达到0.02kWh/kg，而超级电容电池目前研发已可达10 kWh/kg，
（5）产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染，是理想的绿色环保电源；
（6）充放电线路简单，无需充电电池那样的充电电路，安全系数高，长期使用免维护；
（7）超低温特性好，使用环境温度范围宽达-40℃～+70℃；
（8）检测方便，剩余电量可直接读出；
（9）单体容量范围通常0.1F--1000F 。
使用注意事项
1、超级电容器具有固定的极性。
在使用前，应确认极性。
2、超级电容器应在标称电压下使用：
当电容器电压超过标称电压时，将会导致电解液分解，同时电容器会发热，容量下降，而且内阻增加，寿命缩短，在某些情况下，可导致电容器性能崩溃。
3、超级电容器不可应用于高频率充放电的电路中，高频率的快速充放电会导致电容器内部发热，容量衰减，内阻增加，在某些情况下会导致电容器性能崩溃。
4、安装超级电容器后，不可强行倾斜或扭动电容器，这样会导致电容器引线松动，导致性能劣化。
5、在焊接过程中避免使电容器过热：
若在焊接中使电容器出现过热现象，会降低电容器的使用寿命，例如：
如果使用厚度为1.6mm的印刷线路板，焊接过程应为260℃，时间不超过5s。
6、将电容器串联使用时：
当超级电容器进行串联使用时，存在单体间的电压均衡问题，单纯的串联会导致某个或几个单体电容器过压，从而损坏这些电容器，整体性能受到影响，故在电容器进行串联使用时，需得到厂家的技术支持。
超级电容电池的目前市场
随着各国对超级电容电池紧锣密鼓的研发，技术日趋成熟，超级电容电池已进入应用阶段，渐趋市场化、商业化。
极具代表意义的是2006年8月28日，由奥威科技等单位参与的上海科技创新登山行动计划超级电容公交电车示范线11路正式开通，标志着我国乃至世界首条超级电容电动公交车线路迈出了商业化运行的步伐。
这10辆“零污染”超级电容公交车和10个智能充电站，这种超级电容车看上去是一辆无轨电车，所不同的是“剪”掉了头顶上累赘的两根大“辫子”，在车底部安装了一种超级电容器。
车进站后趁着上下客的间隙，车顶充电设备会自动垂直升起，搭到隐藏在候车站“屋檐”下的电缆上，30秒钟即完成充电，能平稳行驶3-8公里，最高速度则可达每小时44公里。
与有轨、无轨电车相比，超级电容公交车没有地面轨道和空中触线网，有利于“净化”城市空间。
据了解，在开启空调的情况下，超级电容公交车每公里带空调耗能仅为1.4度电，能耗费用仅为燃油汽车的33%，在刹车制动时能量回收率达到40%。
虽然这种车的技术还不够完美，加上驾驶员的操纵还不到位，会有这样那样的小问题，但其运行前景不容置疑。
另外，超级电容器在变配电站直流系统中、税控机、税控收款机上、摇晃式手电筒上（免换电池，只要摇晃30秒钟，即可发光5分钟；照射距离1公尺）、智能表类（如智能水表和煤气表）上、计算机UPS电源方面亦多有应用。
打开淘宝网，已能找到几家出售这种新电源的商铺，足以说明它的市场化程度。
目前超级电容电池的研发情况
超级电容器是上世纪80年代后发展起来的新型储能器件，在欧洲、美国、日本已经开始形成新兴的产业。
国外研发情况
从1990年开始，世界各国开始成立专门机构开发和生产超级电容器，目前，在该技术领域中处于领先地位的国家有俄罗斯、日本、德国和美国，这些发达国家已把超级电容器项目作为国家重点研究和开发项目，并提出了近期和中长期发展计划。
在超级电容器的实用性方面，俄罗斯走在世界的前列。
国内研发情况
我国从九十年代开始研制超级双电层电容器，与国外先进水平还有一定的差距。
据有关资料表明，国内有些单位已经研制出比能量为10Wh/kg、比功率为600W/kg的高能量型及比能量为5Wh/kg、比功率为2500W/kg的高功率型超级电容器样品，循环使用次数可达50,000次以上。
性能指标已经达到国际先进水平，成本较国际平均价格有大幅度下降，初步具备应用水平。
我们相信，在创新精神的鼓励下，我国超级电容将很快赶上、超过世界先进水平。
超级电容电池 充电只需几分钟
沸石矿模板炭带有直径1.2纳米的纳米孔阵列，可提供最佳平衡，实现高速性能与高容量电容，
物理学家组织网站ROMan">2011年1月26日报道，为了开发新一代电动汽车、太阳能系统和其他清洁能源技术，研究人员需要一种有效的途径来存储能量。
有一种关键的能量存储设备适用于这些应用和其他应用，就是超级电容器，也称为电双层电容器（electric double-layer capacitor）。
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///C:
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独特的三维阵列纳米孔刻在沸石矿模板炭中，使它能够用作电极，以制备高性能超级电容器，这种电容器具有高容量和快速充电时间
来源：
美国化学学会
在最近的一项研究中，科学家们已经考察了可能使用的一种材料，这种材料叫做沸石矿模板碳（zeolite-templated carbon），可作为电极，用于这种类型的电容器，他们发现，这种材料独特的孔状结构大大提高了电容器的整体性能。
研究人员博之福华（Hiroyuki Itoi），西原博友（Hirotomo Nishihara），太极小暮（Taichi Kogure），京谷隆（Takashi Kyotani）来自日本仙台（Sendai）东北大学（Tohoku University），他们已经发表的成果就是研究高性能电双层电容器，发表在最近一期的美国化学学会杂志（Journal of the American Chemical Society）。
为了储存能量，电双层电容器充电要使用离子，这些离子从本体溶液（bulk solution）迁移到电极，在那里它们被吸附。
在到达电极表面之前，这些离子必须穿过狭窄的纳米孔，而且要尽可能快速高效。
基本上可以说，离子穿过这些路径越快，电容器充电就越快，就会带来高速度性能。
此外，电极吸附离子密度越大，电容器可以存储的电荷量就越大，就会带来高容量电容。
最近，科学家们一直在测试材料，他们使这些孔具有各种不同的大小和结构，努力实现既有快速的离子传输，又有很高的吸附离子密度。
但是这两个要求是有点矛盾的，因为离子穿过较大的纳米孔会更迅速，但大纳米孔会使电极密度低，从而降低吸附离子密度。
“在这项工作中，我们成功地表明，有可能满足这两个看似矛盾的要求，就是满足高功率密度和高容量电容，采用沸石矿模板炭就可以，”西原对物理学家组织网站说。
这种沸石矿模板炭包含的纳米孔直径是1.2纳米，小于大多数电极材料，而且有一种非常有序的结构，而其他的孔可能就是无序的和随机的。
这种纳米孔的小尺寸就使得吸附离子密度很高，而这种有序的结构被描述为钻石般的框架，就使离子可以快速穿过纳米孔。
在先前的研究中，研究人员发现，沸石矿模板炭上面的纳米孔小于1.2纳米，就无法实现快速离子传输，这表明这一尺度可提供最佳平衡，就是平衡高速性能与高容量电容。
在测试中，沸石矿模板炭的性能超过了其他材料，表明它可被用作一种电极，用于高性能电双层电容器。
“我们现在正在试图进一步提高沸石矿模板炭的能量密度，使它达到和充电电池相同的水平，”西原说。
“如果这样的电双层电容器被开发出来，用于移动设备比如手机，充电时间就可缩短到只有几分钟。
还有另一个重要的应用前景，就是电双层电容器可以支持电动汽车的充电电池，延长电池使用寿命。
也为了这种目的，实现更高的能量密度就是一个关键问题。
”
最新超级电容器动力电池电动车进入市场
新型超级电容动力电池 新型超级电容动力电池电动车（全国独家首推）
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1，新型超级电容器动力电池（重量和体积均比同容量规格的锂电池轻小1/4， 比铅酸电池更小）
价格：
12元/ah
工作温度（℃）：
-45～55
循环寿命（次）：
10000（10年不换电池，20年容量不低于百分之90）
最大充电电流（A）：
20c
最大放电电流（A）：
30c
规格型号：
（12v/14ah,?
24v/14ah,?
48v/14ah,?
48v/28ah）
2，新型超级电容器动力电池迷你轻便型电动自行车
电池：
24v/14ah
电池的重量和体积均比同容量规格的锂电池轻小1/4，比铅酸电池就更轻小
电机功率：
300w
具有能量回收功能
续航里程：
30_50公里（耗电1度）
最大时速：
30公里
工作温度（℃）：
-45～55
循环寿命（次）：
10000（10年不换电池，20年电池容量不低于百分之90）
最大充电电流（A）：
4c（可20c充电）
最大放电电流（A）：
10c（可30c法典）
单价：
5700元
3,新型超级电容器动力电池载重型电动车
电池：
48v/28ah
电池的重量和体积均比同容量规格的锂电池轻小1/4，比铅酸电池就更轻小
电机功率：
800w
具有能量回收功能
续航里程：
100_120公里（耗电3度）
最大时速：
50公里
工作温度（℃）：
-45～55
循环寿命（次）：
10000（10年不换电池，20年电池容量不低于百分之90）
最大充电电流（A）：
4c（可20c充电）
最大放电电流（A）：
10c（可30c放电）
单价：
8300元
超级电容电池又叫黄金电容、法拉电容，它通过极化电解质来储能，属于双层电容的一种。
由于其储能的过程并不发生化学反应，因此这种储能过程是可逆的，正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。
超级电容一般使用活性碳电极材料，具有吸附面积大，静电储存多的特点，在新能源汽车中有广泛使用。
超级电容器电池又叫双电层电容器（Electrical Double-Layer Capacitor）是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。
超级电容器用途广泛。
用作起重装置的电力平衡电源，可提供超大电流的电力；用作车辆启动电源，启动效率和可靠性都比传统的蓄电池高，可以全部或部分替代传统的蓄电池；用作车辆的牵引能源可以生产电动汽车、替代传统的内燃机、改造现有的无轨电车；用在军事上可保证坦克车、装甲车等战车的顺利启动（尤其是在寒冷的冬季）、作为激光武器的脉冲能源。
此外还可用于其他机电设备的储能能源
超级电容器由于石油资源日趋短缺，并且燃烧石油的内燃机尾气排放对环境的污染越来越严重（尤其是在大、中城市），人们都在研究替代内燃机的新型能源装置。
已经进行混合动力、燃料电池、化学电池产品及应用的研究与开发，取得了一定的成效。
但是由于它们固有的使用寿命短、温度特性差、化学电池污染环境、系统复杂、造价高昂等致命弱点，一直没有很好的解决办法。
而超级电容器以其优异的特性扬长避短，可以部分或全部替代传统的化学电池用于车辆的牵引电源和启动能源，并且具有比传统的化学电池更加广泛的用途。
正因为如此，世界各国（特别是西方发达国家）都不遗余力地对超级电容器进行研究与开发。
其中美国、日本和俄罗斯等国家不仅在研发生产上走在前面，而且还建立了专门的国家管理机构（如：
美国的USABC、日本的SUN、俄罗斯的REVA等），制定国家发展计划，由国家投入巨资和人力，积极推进。
就超级电容器技术水平而言，目前俄罗斯走在世界前面，其产品已经进行商业化生产和应用，并被第17届国际电动车年会（EVS—17）评为最先进产品，日本、德国、法国、英国、澳大利亚等国家也在急起直追，目前各国推广应用超级电容器的领域已相当广泛。
在我国推广使用超级电容器，能够减少石油消耗，减轻对石油进口的依赖，有利于国家石油安全；有效地解决城市尾气污染和铅酸电池污染问题；有利于解决战车的低温启动问题。
目前，国内主要有10余家企业在进行超级电容器的研发
超级电容器是建立在德国物理学家亥姆霍兹提出的界面双电层理论基础上的一种全新的电容器。
众所周知，插入电解质溶液中的金属电极表面与液面两侧会出现符号相反的过剩电荷，从而使相间产生电位差。
那么，如果在电解液中同时插入两个电极，并在其间施加一个小于电解质溶液分解电压的电压，这时电解液中的正、负离子在电场的作用下会迅速向两极运动，并分别在两上电极的表面形成紧密的电荷层，即双电层，它所形成的双电层和传统电容器中的电介质在电场作用下产生的极化电荷相似，从而产生电容效应，紧密的双电层近似于平板电容器，但是，由于紧密的电荷层间距比普通电容器电荷层间的距离更小得多，因而具有比普通电容器更大的容量。
双电层电容器与铝电解电容器相比内阻较大，因此，可在无负载电阻情况下直接充电，如果出现过电压充电的情况，双电层电容器将会开路而不致损坏器件，这一特点与铝电解电容器的过电压击穿不同。
同时，双电层电容器与可充电电池相比，可进行不限流充电，且充电次数可达10E6次以上，因此双电层电容不但具有电容的特性，同时也具有电池特性，是一种介于电池和电容之间的新型特殊元器件。
市场前景编辑超级电容器产品虽然问世不久，但由于它具有特殊的优点，已在许多领域
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