2005年，超级电容器将向传统蓄电池发起挑战

wzgwzg

以180W电机功率计算，28千焦可供车开动156秒，合2分钟半，怎么样？
要想提供1小时行驶，得用24个这样的电容器。重量达500千克。加上电容器。180W的功率，车又行驶不动了！所以超级电容器还是纸上谈兵阶段！

wangshu15

[这个贴子最后由wangshu15在 2005/02/19 06:56pm 第 2 次编辑]

    目前，一些有利于地球环保的，如无废气排出的电动汽车，都很难推广普及，究其原因,就是电池的问题。
    举例来说，电动汽车要达到实用就必须载有总重量为400公斤的电池（铅蓄电池），而且，电池还必须频繁充电和更换。
    超级电容器的问世给电池带来新的生命，它是一种将电能直接进行储存的高效蓄电装置，它要比将电转换成化学能源后进行存储的铅蓄电池要先进得多。
    电容器的历史可以追溯到250多年前发明的莱顿瓶（早期的一种蓄电瓶）。今天，蓄电器也已成为一种重要的电子零件。
    但是，这种蓄电器有它自身的缺点，其单位重量以及单位体积的电能存储量（能量密度）较小，如果要储存较大的电力，整个装置就会变得巨大而沉重。
    从理论上来说，要取代电动汽车所载的400公斤的铅蓄电池，就必须要有八吨重的电容器，其重量竟达铅蓄电池的约二十倍。
    超级电容器也称为"双层电容器"，是指在电极和电解液的边界面上形成的一对正负电极层，这是120年前由德国物理学家赫尔姆霍茨所发现的。在电压超过界限，电分解尚未开始时，双层电起着绝缘膜的作用，而这种双层电的厚度仅相当于一个分子，非常薄，是一般的绝缘膜所远远比不上的。
    所以，从这个意义上来说，它与以往的电容器相比，能够形成远远大得多的能量密度，从而朝小型化的方向发展。不过，即使如此，其能量密度也只有铅蓄电池的二十分之一。
科学工作者从两个方面来解决这一问题，一是牺牲电容器的其他一些参数，来进一步提高其能量密度；二是以提高周边电路功能来对牺牲了的部分进行弥补。
    如果能把电容器的能量密度提高五倍，同时，通过改良，将周边的电路功能提高四倍，这样，五乘四，就能达到二十倍的功能。
    电双层电容器蓄电系统的蓄电量可以与铅蓄电池相媲美，而且，因为是将电直接进行存储，所以，充放电时间较短，并寿命较长。
    目前(2004年末)世界上最先进的超级电容器，其蓄电能力是同样重量的铅蓄电池的二至三倍，超过镍氢电池（以小型和小功率用途而得到普及），就能量密度来说，它已经接近实用化电池中能量密度最高的锂离子电池。
    电双层电容器蓄电系统的开发成功，使电动汽车取代现在的以汽油为燃料的汽车成为可能。

正好

呵呵。有指望了

wangshu15

大容量超级电容器将取代目前各种电池
半永久性使用无需更换
    传统的充电电池由于通过电解液与电极之间发生的化学反应来产生电力，因此充电时需要花费一定的时间。经过多次充电和放电后，电解液逐渐分解、材料变质，性能也随之下降，用上几年后大都需要更换。
    与此相比，电容器不产生化学反应，可以直接将电力贮存起来。不仅充电所需的时间非常短，还能在瞬间释放出大量电流，输出功率很大。由于充电和放电可反复进行数十万次以上，所以基本上无需更换，可以半永久性地使用。
    但原有的电容器存在能量密度低的缺点，如果电流强的话不能长时间保持。因此，像原来钮扣型电容器那样的小型产品，只能作为电子设备内存等部件的备用电源来使用。
    近年来，能量密度得到提高的大容量电容器相继问世，但尺寸也随之增大。因此应用范围被局限于混合动力卡车等对尺寸要求不太严格的产品。前面提到的演示活动使用的电容器就属于这一类，长宽都是20cm，厚度在5cm左右。
    从近来的发展趋势来看，电容器电池大幅度减小尺寸已经指日可待。因为能量密度可望提高到与镍氢充电电池相当的水平。干电池大小的镍氢电池产品已经得到广泛普及。也就是说，可快速充电、半永久性使用的充电电池也已经有望将体积减小到只有干电池的大小。
直接将电力贮存起来
    电双层电容器的原理大致是这样的：在施加电压进行充电时，从正极所使用的碳中释放出带负电的电子。失去电子的部分成为带正电的空间(空穴)，因此可以吸引电解液中的阴离子。
    电子通过集电极流向负极，与电解液中的阳离子相互吸引接合在一起。空穴与阴离子、电子与阳离子都持续保持着数个原子大小的距离(电双层)。这就是电的贮存状态，即使停止充电也不会发生变化。
    当电容器连接到电气设备上供电时，电子就从负极返回正极，离子也离开电极。电子朝着与充电时完全相反的方向移动并形成电流。由于不发生化学反应，所以可在短时间内完成充放电。
    电容器电池的性能之所以能得到大幅度提高，原因就在于改进了可有效发挥电容器性能的电路，以及电极所使用的碳素材料。这项开发工作一直是由动力系统公司会长冈村迪夫主持进行。冈村于1987年创立了冈村研究所(2004年11月与动力系统公司合并)，从1992年开始研究如何将电双层电容器应用于电力的贮存。
    为了有效发挥瞬间释放出很大电流这一优势，当时对如何减小电容器内部的电阻进行了认真研究。因为他们考虑到，如果内部电阻高的话将有更多的能量转化为热能，从而降低充放电效率。但另一方面，减少内部电阻的话又很难提高能量密度。
    于是冈村等人着手开发优先提高能量密度的碳素材料。尽管内部电阻很高，但可以通过电路来抑制能量转化为热能。最终“将性能提高了20倍”(冈村)。冈村将这种由新材料与电路组成的蓄电系统命名为“ECaSS”。
    随后又以冈村创立的研究所为中心，与20家希望将ECaSS投入实用的公司进行了联合开发。电双层电容器的能量密度之所以能接近镍氢电池，主要还是得益于这一过程中诞生的碳素材料。这是由冈村研究所与合作伙伴之一--物理化学仪器厂商日本电子共同开发出来的。
离子潜入碳素材料
    电双层电容器的电极原来使用的是碳经过高温处理后形成的活性炭。由于表面有无数的细小孔穴，所以作为电极使用的话增加了与离子相接触的表面积，可以贮存更多的电量。但孔穴大小不规则则是存在的问题。孔穴太大的话难以充分发挥单位面积的效率，太小的话又和没有孔穴一样。
    在研究增加活性碳接触面积的过程中，研究人员发现了一种特殊现象。如果将经过更长时间高温处理的碳材料作为电极的话，即使没有细小的孔穴也能贮存比以前多出数倍的电量。
    经过调查发现，离子在碳的内部，打开一个与自身大小相符的纳米(1纳米＝10亿分之1米)级的细小孔穴。根据这种现象特意制造出碳素材料，冈村将其命名为“纳米门·碳”。
    随后冈村研究所与日本电子又各自继续进行研究，但率先发表成果的却是日本电子。并实现了利用纳米门·碳技术的独家碳素材料，于2003年10月发表了能量密度大幅提高的电容器。
    日本电子的电容器开发子公司高级电容器技术(ACT)公司经营管理部长江口纯一解释说：“通过采用制造方法与分子结构与原来完全不同的碳，使得单位面积的能量密度达到原来活性碳的10倍左右。”受这一消息的影响，日本电子的股价连续5天涨停。
      动力系统公司也开发利用纳米门·碳技术的电容器，产品性能比原来有所提高。两家公司在2005年就开始量产，日本电子的目标是在2006年度达到50亿日元的业务规模，而动力系统则计划将业务规模到2007年度提高到100亿日元以上。冈村面露微笑地说：“现在终于渡过了试制阶段，开始考虑商业销售的问题了。”
    但面临最大的课题就是成本问题。两家公司都认为“可以通过量产大幅度降低成本”(ACT社长宇佐美享)，但电容器内部的单元至少目前的价格是平均每个数万日元。也就是说，为了增加容量而将单元并排加工成箱形的话，价格将达到数十万日元到数百万日元。
抢占混合动力车市场
    因此各公司都考虑充分发挥输出功率大的优势，希望能形成大批量生产，面向混合动力车等进行销售。由于目前单位体积的能量密度赶不上锂离子电池，所以这种电容器还不适合像手机那样的小型设备。眼下正在以能适用于小型设备为目标进行改进，加紧通过量产效果来降低成本。
    虽说如此，但充电电池已经在从手机到混合动力车的各种领域里得到广泛应用。同时还不断有新技术问世，如NEC开发出的充电时间短的有机快速电池。在充电电池市场上排名首位的三洋电机能量研究所长米津育郎坚持认为：“(电容器)的许多不足之处已经被克服，同时充电电池也在不断发展。”
    一边是成本问题虽然尚未解决、但性能已经提高的电容器，一边是早已投入量产、性价比也已经得到公认的充电电池。电容器终于站在了电池的起跑线上，与遥遥领先的充电电池间的距离逐步缩短。

wangshu15

[这个贴子最后由wangshu15在 2005/02/22 05:34pm 第 2 次编辑]

   供评估用的EcaSS超级电容器
据有关消息透露，这种EcaSS超级电容器的价格目前定位在每个单体为1日元（每个单体是3.3伏1法拉），几大公司从2005月份起，向市场批量供货，在两年内把每单体的价格下降到0.5日元；
    然而社会各界对这种新的储电了解不多，为了应对这一局面，POWER SYSTEM及时推出了供各界作评估用的超级电容样品和充电器套件

wangshu15

供评估用的EcaSS超级电容器充电器

水穷云起

下面引用由wangshu15在 2005/02/22 03:32pm 发表的内容：
供评估用的EcaSS超级电容器
据有关消息透露，这种EcaSS超级电容器的价格将定位在每法拉0.5日元，并且几大公司从2005粘月份起，向市场批量供货；
    然而社会各界对这种新的储电了解不多，为了应对这一局面，POW ...

每法拉0.5日元，是这种54V的吗？那不是极便宜？

wangshu15

下面引用由水穷云起在 2005/02/22 04:42pm 发表的内容：
每法拉0.5日元，是这种54V的吗？那不是极便宜？

是每个单体（3.3伏，1法拉）的价格，目前是1日元

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请专家帮忙算算，要是代替电动车的铅酸电池，需要多少个这样的电容？体积重量和价钱？这个有意思，即使想想也很有意思。

水穷云起

[这个贴子最后由水穷云起在 2005/02/23 12:05pm 第 1 次编辑]

大概需要2000F/36V。或者3.3V22000F10只串联。