超级电容器在汽车启动中的应用

　　2.1 超级电容器的原理

　　超级电容器是一种电容量可达数千法拉的极大容量电容器。以美国库柏Cooper公司的超级电容为例，根据电容器的原理，电容量取决于电极间距离和电极表面积，为了得到如此大的电容量，要尽可能缩小超级电容器电极间距离、增加电极表面积，为此，采用双电层原理和活性炭多孔化电极。

　　超级电容器的结构如图3所示。双电层介质在电容器的二个电极上施加电压时，在靠近电极的电介质界面上产生与电极所携带的电荷极性相反的电荷并被束缚在介质界面上，形成事实上的电容器的二个电极。如图3所示，很明显，二个电极的距离非常小，只有几nm.同时活性炭多孔化电极可以获得极大的电极表面积，可以达到200 m2/g。因而这种结构的超级电容器具有极大的电容量并可以存储很大的静电能量。就储能而言，超级电容器的这一特性介于传统电容器与电池之间。当二个电极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上的电荷不会脱离电解液，超级电容器处在正常工作状态(通常在3 V以下)，如果电容器二端电压超过电解液的氧化还原电极电位，那么，电解液将分解，处于非正常状态。随着超级电容器的放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液界面上的电荷响应减少。由此可以看出超级电容器的充放电过程始终是物理过程，没有化学反应，因此性能是稳定的，与利用化学反应的蓄电池不同。

　　2.2 超级电容器的主要特点

　　尽管超级电容器的能量密度是蓄电池的5%或更少，但是这种能量储存方式可以应用在传统蓄电池不足之处与短时高峰值电流中。与电池相比，这种超级电容器具有以下几点优势：

　　一是电容量大，超级电容器采用活性炭粉与活性炭纤维作为可极化电极，与电解液接触的面积大大增加，根据电容量的计算公式，二个极板的表面积越大，电容量就越大，因此，一般双电层电容器容量易于超过1 F，它的出现使普通电容器的容量范围骤然跃升了3~4个数量级，目前单体超级电容器的最大电容量可达5000 F;

　　二是充放电寿命很长，可达500 000次或90000h，而蓄电池的充放电寿命很难超过l 000次;

　　三是可以提供很高的放电电流，如2700 F的超级电容器额定放电电流不低于950 A，放电峰值电流可达1 680 A，一般蓄电池通常不能有如此高的放电电流，一些高放电电流的蓄电池，在如此高的放电电流下，使用寿命大大缩短;

　　四是可以在数十秒到数分钟内快速充电，而蓄电池在如此短的时间内充满电将是极危险或几乎不可能的;

　　五是可以在很宽的温度范围内正常工作(-40℃～+70℃)，而蓄电池很难在高温特别是在低温环境下工作;

　　六是超级电容器的材料是安全和无毒的，而铅酸蓄电池、镍镉蓄电池均具有毒性，而且，超级电容器可以任意并联使用来增加电容量，若采取均压措施后，还可以串联使用。