超级电容器的概念是什么？

超级电容器的概念是什么？

超级电容技术介绍

超级电容是一种介于传统电容和蓄电池之间的新型储能器件，其既具有电容器快速充放电的特性，又具备电池的储能特性。超级电容器的电容量达到法拉级别，是传统电容器的数百甚至上百万倍；同时超级电容器继承了传统电容器高功率密度、充放电时间短、宽温度范围、寿命长等优点，可反复循环使用，与其他储能技术相比效率更高、更环保，符合新能源的发展趋势。

二、 超级电容器分类

1、双电层电容器

2、赝电容器

三、 电池、电容与超级电容的区别

电容和电池都是用于储能的，但是电池是通过化学反应来储存和释放能量，它包括正极和负极，当中充斥着电解液，并通过一个微穿孔分隔层隔开，只允许离子通过。当电池充放电的时候，离子在两块金属板之间进行不同方向的位移，在这个移动的过程中，电池热量上升、膨胀、最后收缩，这种化学反应不断减少了电池的寿命。电池的一个优点在于它有非常高的能量密度，因此可以存储大量的能量。

但电容不同，它不依赖于化学反应，因此它是以静电电荷的形式来存储能量。电容内的两块金属板之间安置了一个电介质，或叫绝缘体来分隔正负极区域所形成的正电荷和负电荷。正是这种结构使得其可以存储并迅速地释放能量，也就是静电电荷。它的一个优点是，假如一个3V的电容，在放置了15-20年之后，仍然具有3V的电压。而电池的电压却会逐年衰减。另外一个优点是，电容拥有比电池更高的能量输出能力，所以它能在短时内迅速地充放电。但缺点是，它们的能量密度非常低，因此，比较适合用于瞬时供电。

而超级电容则弥补了电池和电容的缺点。首先，超级电容中电介质的两侧充斥的是电解液，通电时电介质两侧聚集离子，形成双层电子结构。两个金属板之间的距离决定了超级电容的性能比普通电容、甚至电池更优。普通电容中，两个金属板之间的距离约为10-100微米，而超级电容中两个金属板的距离为一万分之一微米。距离的缩小意味着更大的电场，也就意味着更多的能量存储空间。同时，超级电容中金属板的碳涂层又增加了能量存储所需的表面积达10万倍，因此，和普通电容相比，所能存储的能量大大增加。

电池存储的是以瓦时计算的能量，电容存储的是以瓦特计算的功率。

电池以长时间恒定的化学反应来提供电能，充电时间相对较长，对充电电流的特性要求比较苛刻。相反，电容的充电是通过加载在其两端的电压来完成的，充电速度在很大程度上取决于外部电阻。电池能够在较长一段时间内以基本恒定的电压输出电能。而电容的放电速度很快，输出电压呈指数规律衰减。

电池只能够在有限的充/放电次数内保持良好的工作状态，充/放电的次数取决于它们放电的程度。电容，尤其是超电容，可以反复充/放电达数千万次。(这也是超电容不同于电解化学的一个重要方面——它们不像电解化学的工作过程那样具有电极板充放电次数的限制。)电池比较笨重，电容比较轻巧。

四、超级电容的应用领域

超级电容主要用于需要快速充放电循环的场景，而不是需要长期紧凑能量存储的场景，比如在汽车、公交车、有轨列车、起重机、电梯上，主要用于制动能量回收、短期能量存储以及突发情况下的电力传输。小一些的单体主要用于静态随机存储（SRAM）的电源备份。

汽车与风电是超级电容器的两大主要应用领域。汽车方面主要是有轨电车、电动汽车、混动汽车领域；在有轨电车行驶过程中，超级电容器可吸收列车制动产生的能量，避免大量电能的浪费，最多可回收80%的能量，能量利用效率高。超级电容器在电动车与混动车的启停系统中也能起到关键作用。

超级电容器作为一种新兴储能技术，发展也一直备受关注。1、 电力领域在电力领域，超级电容器主要作为馈线终端设备FTU 后备电源，或在微电网及公用电网内提供电压、频率和功率稳定化服务，以及在风光发电领域用于为变桨系统提供动力、平抑短期功率波动等服务。

1.1 FTU 后备电源：

线路有电时，DC/DC 电源模块为FTU 提供工作电源。当线路失电时，超级电容作为FTU 的后备电源，同时也为开关设备的电动分闸机构提供分闸电源。

1.2 微电网及公用电网超级电容储能系统：

（1）微电网功率调节，平稳输出，提高蓄电池使用寿命

用于调整微电网功率，以及提供微电网功率支撑。超级电容可以在负荷低落时储存电源的多余电能，而在负荷高峰时回馈给微电网以调整功率需求。针对系统故障引发的瞬时停电，电压骤升骤降等问题，利用超级电容提供快速功率缓冲，稳定、平滑电网电压波动。风力或太阳能发电构建的微电网非常需要超级电容作为稳定系统。

微电网通常由清洁和可再生能源供电。然而，大部分能源的产生并不是全天持续的，通常与需求不匹配。超级电容器可用于微电网储能，在需求高、电能瞬时下降时瞬间注入电能，在反向条件下进行储能。它们在这种情况下是有用的，因为微电网越来越多地产生直流电力，电容器可以在直流和交流应用中使用。超级电容器与化学电池配合使用效果。由于其高充放电率，它们通过主动控制系统提供了一个即时的电压缓冲器，以补偿快速变化的电力负载。一旦电压被缓冲，它通过逆变器向电网提供交流电源。值得注意的是，超级电容器不能在交流电网中直接以这种形式提供频率校正。

（2）提高储能装置的功率输出能力，降低内部损耗，增加放电时间，延长蓄电池使用寿命，缩小储能装置体积。提高供电系统的可靠性和经济性。

从蓄电池和超级电容器的特点来看，两者在技术性能上有很强的互补性。将超级电容器与蓄电池混合使用，将大大提高储能装置的性能。超级电容器与蓄电池并联，可以提高混合储能装置的功率输出能力、降低内部损耗、增加放电时间；可以减少蓄电池的充放电循环次数，延长使用寿命；还可以缩小储能装置的体积、改善供电系统的可靠性和经济性。

1.3 在风力发电领域用于为变桨系统提供动力：

风力发电变桨用超级电容器的基本工作原理为，平时由风机产生的电能输入充电机，充电机为超级电容器充电。当需要为风力发电机组变桨时，超级电容器储能系统放电，驱动变桨系统工作。风力发电系统的投资加大将有望带动超级电容发展。目前风力发电主要的储能系统有蓄电池和超级电容器两种方案。蓄电池方案的不足体现在充放电特性不好，充电时间长，充电、放电电流不能太大；维护成本大，低温特性不好，循环寿命短，可靠性不强。超级电容器方案具有高效率、大电流放电、宽电压范围、宽温度范围、长循环寿命、免维护的优点，因此极为适合在风力发电机组这样的工况环境中工作。