超级电容是一种通过极化电解质来储能的一种电化学元件,又名电化学电容,双电层电容器。和其它同样体积大小的电容相比,超级电容容量要大很多,普通电容容量为微法级,而超级电容容量达到法拉级。因此,超级电容被誉为“容量王者”、“黄金电容”。
除了容量大,超级电容还具有多种优势,包括瞬时打开、快速充电等能力,不需要太复杂的充电电路等,因此被应用在多个领域中。
1、公共交通工具/电动汽车
由于采用了特殊的工艺,超级电容的等效电阻很低,电容量大且内阻小。超级电容和其他储能元件组成的复合电源系统兼顾了其他储能元件的高比能量和超级电容的高比功率的优点,可以更好地满足电动车启动和加速性能的要求,并能提高电动车制动能量的回收效率。增加续驶里程。目前,超级电容可以和蓄电池、燃料电池、飞轮电池等组成复合电源系统。在纯电动车和混合动力电动车上采用超级电容一蓄电池复合电源系统,将是电动车领域未来发展的重要方向之一。
2、风力发电
风力发电是当前发展最快的可再生能源发电技术。但是,风能是一种随机变化的能源,风速变会导致风电机组输出功率的波动,对电网的电能质量产生影响。因此,研究并网风电场的输出功率调节成为风力发电技术中的重要问题。附加储能设备既可以调节无功功率、稳定风电场母线电压,又能在较宽范围内调节有功功率,是当前的一个研究热点。随着制造技术的发展,超级电容器的能量密度有了很大提高,在一些短时电力储能场合已经进入了商业化应用阶段。利用超级电容器存储能量,平抑风电场输出功率重要频段的风电波动具有良好的应用前景。
3、微网/电网
网运行中,针对总发电容量小于总负荷需求,同时因外部故障而进入孤岛运行时,为了保护重要负荷必须切除次要负荷,如果外部故障为瞬时性故障,则在短时间内微网又会因瞬时故障消失而重合到主网,并重启次要负荷。从供电稳定性和经济性的角度来看,对次要负荷不利,因此在外部故障后,可以采用超级电容器向孤岛运行的微网提供短时功率缺额,维持所有负荷并等待故障修复。
4、建筑/电梯节能
我国建筑物的能耗约占全国总能耗的28%左右。其中电梯的用电量仅次于空调,远高于照明、供水等的用电量,电梯的能耗已经引起业界高度重视,因此电梯的节能具有非常重要的现实意义。因此研究开发高效能的电机拖动系统,是电梯节能的关键。能量回馈型节能电梯已有较为成熟的技术,但因其价格因素以及对电网的影响,推广尚有一定难度。超级电容器与直流母线直接相连吸收回馈能量超级电容器直接与变频器的直流母线连接。超级电容在大功率电器电子产品尤其是电梯产品中具有良好的应用效果和优势,其应用前景无可限量。
结语
近年来,超级电容器的技术发展迅速,其电极材料从活性炭也不断更新迭代,发展为碳纳米管和石墨烯等新型碳纳米材料体系;器件的结构由原先的对称型不断朝着非对称和电池、电容混合型等多体系发展;器件的形态也从刚性、不透明向着柔性、透明化发展。科技改变未来,相信超级电容的出现与发展,将会持续不断地革新现代工业技术,改变我们生活的世界。