電能是當代社會(huì )不可或缺的重要資源，而儲能設備的優(yōu)劣直接影響著(zhù)電力設備的充分應用。近年來(lái)隨著(zhù)便攜式設備、不間斷電源系統以及電動(dòng)車(chē)的大量開(kāi)發(fā)使用，蓄電池的使用量日益增加?？沙潆娦铍姵?，特別是鉛酸蓄電池憑借其價(jià)格低廉、性能穩定、沒(méi)有記憶功能等卓越特點(diǎn)普遍應用在各行各業(yè)。但蓄電池受其先天條件的制約，存在著(zhù)循環(huán)壽命差、高低溫性能差、充放電過(guò)程敏感、深度放電性能容量恢復困難、環(huán)境污染的問(wèn)題，傳統蓄電池已經(jīng)越來(lái)越無(wú)法滿(mǎn)足人們對儲能系統的要求，給超級電容器電池的發(fā)展提供了廣闊的空間。
超級電容器的基本原理是利用電極和電解質(zhì)之間形成的界面雙電層來(lái)存儲能量的一種新型電子元件。當電極和電解質(zhì)接觸時(shí)，由于庫侖力、分子間力或原子間力的作用，使固液界面出現穩定的、符號相反的雙層電荷，稱(chēng)為界面雙電層。贗電容也稱(chēng)為法拉第準電容，是在電極表面或體相中的二維或準二維空間上，電活性物質(zhì)進(jìn)行欠電位沉積，發(fā)生高度可逆的化學(xué)吸附/脫附或氧化/還原反應，產(chǎn)生和電極充電電位有關(guān)的電容。
超級電容器作為產(chǎn)品已趨于成熟，其應用范圍也不斷拓展，在工業(yè)、消費電子、通訊、醫療器械、國防、軍事裝備、交通等領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應用。從小容量的特殊儲能到大規模的電力儲能，從單獨儲能到與蓄電池或燃料電池組成的混合儲能，超級電容器都展示出了獨特的優(yōu)越性。美、歐、日、韓等發(fā)達國家和地區對超級電容器的應用進(jìn)行了卓有成效的研究。概括起來(lái)，有關(guān)超級電容器的應用或應用研究可以分為以下幾個(gè)方面。
01小功率電子設備的后備電源、替換電源或主電源
后備電源
當主電源中斷、由于振動(dòng)產(chǎn)生接觸不良或由于其他重載引起系統電壓降低時(shí)，超級電容器就能夠起后備電源作用。其電量通常在微安或毫安級。典型的應用有：錄像機、TV衛星接收器、汽車(chē)音頻系統、出租車(chē)的計量器、無(wú)線(xiàn)電波接收器、出租計費器、鬧鐘、控制器、家用面包機、咖啡機、照相機和電視機、計數器、移動(dòng)電話(huà)、尋呼機等。
替換電源
由于超級電容器具有高充放電次數、壽命長(cháng)、使用溫度范圍寬、循環(huán)效率高以及低自放電的特點(diǎn)，故很適合做替換電源。例如，白天太陽(yáng)能提供電源并對超級電容器充電，晚上則由超級電容器提供電源。典型的應用有太陽(yáng)能手表、路標燈、公共汽車(chē)停車(chē)站時(shí)間表燈、交通信號燈等，它們能長(cháng)時(shí)間使用，不需要任何維護。
主電源
通過(guò)一個(gè)或幾個(gè)超級電容器釋放持續幾毫秒到幾秒的大電流。放電之后，超級電容器再由低功率的電源充電。其典型的應用有玩具車(chē)，其體積小、重量輕，能很快跑動(dòng)。
02電動(dòng)汽車(chē)和混合電動(dòng)汽車(chē)
電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力源有鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池以及燃料電池等。普通電池雖然能量密度高，行駛里程長(cháng)，但是存在充電時(shí)間長(cháng)、無(wú)法大電流充電、工作壽命短等不足。與之相比，超級電容器功率大，充電速度快，輸出功率大，剎車(chē)再生能量回收效率高。由于超級電容器的壽命是普通化學(xué)電池的100倍以上且徹底免維護，使用超級電容器作為動(dòng)力源的城市交通電動(dòng)汽車(chē)綜合運營(yíng)成本大大低于采用電池作為動(dòng)力源的電動(dòng)汽車(chē)。目前世界各國都在開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車(chē)，主要傾向是開(kāi)發(fā)混合電動(dòng)汽車(chē)（HEV），用電池為電動(dòng)汽車(chē)的正常運行提供能量，而加速和爬坡時(shí)可以由超級電容器來(lái)補充能量。另外，用超大容量電容器存儲制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的再生能量。在電動(dòng)車(chē)輛行駛時(shí)，起步快，加速快，爬坡能力強。
03可再生能源發(fā)電系統/分布式電力系統
在可再生能源發(fā)電或分布式電力系統中，發(fā)電設備的輸出功率具有不穩定性和不可預測性的特點(diǎn)。采用超級電容器儲能，可以充分發(fā)揮其功率密度大、循環(huán)壽命長(cháng)、儲能密度高、無(wú)需維護等優(yōu)點(diǎn)，既可以單獨儲能，也可以與其他儲能裝置混合儲能。超級電容器與太陽(yáng)能電池相結合，可以應用于路燈、交通警示牌、交通標志燈等。超級電容器還應用于風(fēng)力發(fā)電、燃料電池等分布式發(fā)電系統，可以對系統起到瞬間功率補償的作用，并可以在發(fā)電中斷時(shí)作為備用電源，以提高供電的穩定性和可靠性。
04變頻驅動(dòng)系統的能量緩沖器
超級電容器與功率變換器構成能量的緩沖器，可以用于電梯等變頻驅動(dòng)系統。當電梯上升時(shí)，能量緩沖器向驅動(dòng)系統中的直流母線(xiàn)供電，提供電機所需的峰值功率；在電梯減速下降過(guò)程中，吸收電機通過(guò)變頻器向直流母線(xiàn)回饋的能量。
05軍事裝備領(lǐng)域
軍用裝備，尤其是野戰裝備，大多不能直接由公共電網(wǎng)供電，而需要配置發(fā)電設備及儲能裝置。軍用裝備對儲能單元的要求是可靠、輕便、隱蔽性強。采用超級電容器與蓄電池混合儲能，可以大幅度減輕電臺等背負設備的重量；為軍用運輸車(chē)、坦克車(chē)、裝甲車(chē)等解決車(chē)輛低溫啟動(dòng)困難的問(wèn)題，還可提升車(chē)輛的動(dòng)力性和隱蔽性；解決常規潛艇中蓄電池失效快、壽命短的問(wèn)題；還可以為雷達、通信及電子對抗系統等提供峰值功率，以減小主供電電源的功率等級。
1、超級電容器在其額定電壓范圍內可以被充電至任意電位，且可以完全放出。而電池則受自身化學(xué)反應限制工作在較窄的電壓范圍，如果過(guò)放可能造成永久性破壞。
2、超級電容器的荷電狀態(tài)（SOC）與電壓構成簡(jiǎn)單的函數，而電池的荷電狀態(tài)則包括多樣復雜的換算。
3、超級電容器與其體積相當的傳統電容器相比可以存儲更多的能量，電池與其體積相當的超級電容器相比可以存儲更多的能量。在一些功率決定能量存儲器件尺寸的應用中，超級電容器是一種更好的途徑。
4、超級電容器可以反復傳輸能量脈沖而無(wú)任何不利影響，相反如果電池反復傳輸高功率脈沖其壽命大打折扣。
5、超級電容器可以快速充電而電池快速充電則會(huì )受到損害。
6、超級電容器可以反復循環(huán)數十萬(wàn)次，而電池壽命僅幾百個(gè)循環(huán)
7、超級電容器用的材料是安全的和無(wú)毒的，而鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池軍具有毒性。
8、可以在很寬的度范圍內正常工作（-40至＋70℃）而蓄電池很難在高特別是低環(huán)境下工作。
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