[超级电容]专辑

ICE · 发表于 2009-10-18 08:54:42

超级电容

超级电容的容量比通常的电容器大得多。由于其容量很大，对外表现和电池相同，因此也有称作“电容电池”。
　　超级电容属于双电层电容器，它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种，其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。
　　超级电容的特点：
　　（1）充电速度快，充电10秒～10分钟可达到其额定容量的95％以上；
　　（2）循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达1~50万次，没有“记忆效应”；
　　（3）大电流放电能力超强，能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率≥90%；
　　（4）功率密度高，可达300W/KG~5000W/KG，相当于电池的5~10倍；
　　（5）产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染，是理想的绿色环保电源；
　　（6）充放电线路简单，无需充电电池那样的充电电路，安全系数高，长期使用免维护；
　　（7）超低温特性好，温度范围宽-40℃～+70℃；
　　（8）检测方便，剩余电量可直接读出；
　　（9）容量范围通常0.1F--1000F 。
　　法拉（farad），简称“法”，符号是F
　　1法拉是电容存储1库仑电量时，两极板间电势差是1伏特1F=1C/1V
　　1库仑是1A电流在1s内输运的电量，即1C=1A?S。
　　1库仑=1安培?秒
　　1法拉=1安培?秒/伏特
　　做一下类比：
　　电瓶（蓄电池）12伏14安时的放电量=14*3600/12=4200 法拉(F)
　　地球的电容值仅有1-2F左右
　　超级电容与电池比较，有如下特性：
　　a.超低串联等效电阻（LOW ESR），功率密度(Power Density)是锂离子电池的数十倍以上，适合大电流放电，（一枚4.7F电容能释放瞬间电流18A以上）。
　　b. 超长寿命，充放电大于50万次，是Li-Ion电池的500倍，是Ni-MH和Ni-Cd电池的1000倍，如果对超级电容每天充放电20次，连续使用可达68年。
　　c. 可以大电流充电，充放电时间短，对充电电路要求简单，无记忆效应。
　　d. 免维护，可密封。
　　e.温度范围宽-40℃～+70℃，一般电池是-20℃～60℃。［此帖子已被 ICE 在 2009-10-18 9:01:31 编辑过］

ICE · 发表于 2009-10-18 09:18:03

美国研制出超级电容器 将对传统电池构成冲击？

这一新技术如果最终得到实际应用，它将解决诸多的能源问题

2007年1月16日，美国得州一家研制电动汽车储能装置、名为EEStor的公司打破沉默，对外宣告了他们“里程碑”式的成果：他们的自动生产线已经由独立的第三方分析验收，其产品的关键物质钡钛酸盐粉末已经完成了最初的纯化，纯度已经达到了99.9994%。

　　这一技术一旦进入成熟的工业生产，他们所研制的新型超级电容器动力系统将替代包括从电动汽车到笔记本电脑的一切电化学电池；他们的发明今年就可能应用在电动车上。

　　人们最初怀疑EEStor公司这一扬言的可信度，但现在看来，他们还真不太像是在“吹牛”。

　　超级电容器的诞生

　　按照2006年 4月发表的专利，EEStor这种能量存储装置是用陶瓷粉末涂在铝氧化物和玻璃的表面。从技术上说，它并不是电池，而是一种超级电容器，它在5分钟内充的电能可以让一个电动车走500英里，电费只有9美元??而烧汽油内燃机的车走相同里程则要花费60美元。

　　与传统的电化学电池相比，超级电容器有很多好处。它可以无限制地接受无数次放电和充电，换句话说，超级电容器没有“记忆”。但是，一般的超级电容器也有其弱点，就是能量存储率有限，今天市场上的高端超级电容器每磅的存储能量只有锂电池的1/25。

　　而EEStor 开发的超级电容器，由于钡钛酸盐有足够的纯度，存储能量的能力大大提高。EEStor公司负责人声称，该超级电容器每公斤所存储的能量可达0.28千瓦时，相比之下，每公斤锂电池是0.12千瓦时，铅酸电池只有0.032千瓦时，这就让超级电容器有了用在从电动车、起搏器到武器等其他领域的可能。

　　好的铅酸电池能充电500～700次，而根据EEStor的声明，新的超级电容器可反复充电100万次以上，也不会出现材料降解问题。而且，由于它不是化学电池，而是一种固体状态的能量储存系统，不会出现锂电池那种过热甚至爆炸的危险，没有安全隐患。

　　对传统电池构成冲击？

　　早在2004年 5月，EEStor公司就声称，他们已经制造出一种每千瓦时的成本价格是铅酸电池的一半、能量储存率是铅酸电池10倍的超级电容器。这种产品重约336磅 (153公斤)，可以储存52千瓦时的能量，这种系统将戏剧性地从能量密度、价格到充电时间和安全性上都超过目前市场的锂电池。这种技术是以钡钛酸盐为电介质的一个基本平行板电容器，制造这种陶瓷电池-超级电容器技术系统不需要有毒材料和化学物质。

　　EEStor的雄心来自其“替代电气化学电池”的专利。EEStor在2004年就开始计划建造自己的装配线，进而获得批量生产的技术许可。从他们的计划看，其装置在生产成本上也有可能比传统锂电池更具有优势。

　　有评论说，这一发明的意义相当重大，该突破不仅从根本上改变了电动车在交通运输中的位置，也将改进诸如风能、太阳能等间歇性能源的利用性能，更增进了电网的效率和稳定性，也将满足人们能源安全的需求，减少对石油的依赖。

　　显然，该突破也对下一代锂电池的研制者造成威胁。EEStor公司负责人暗示，他们的技术不仅适用于小型旅客电动车，还可能取代300马力的大型汽车。

　　质疑的声音

　　加州大学戴维斯分校的安德鲁(Andrew Burke)是运输能量系统的专家，他对EEStor的发明依然有些怀疑，认为这种发明与现实有距离。他说：“假如这项技术最后比我想象的结果好，我不会难过，只会高兴。”

　　另一位专家、曾在福特汽车公司做了18年工程研究的超级电容专家吉姆?米勒(Jim Miller)也觉得这种说法不太可信。“我们怀疑的第一点就是泄漏，因为高压电容器有一个快速自我放电的趋势，这就是说，如果你把电池放一夜，它就没有电了，那么早上用的时候，你还是要充电。”

　　他也不相信陶瓷结构，认为这种物质的性质很脆，使用这种材料需要控制好温度和压力，使得陶瓷不会发生微裂并最终破损。而EEStor公司回答说他们的系统可以在-20℃??而不是以前所说的-40℃??条件下工作。

　　米勒说：“对自动推进的汽车，-20℃是不够好的，-40℃比较合适，而相比之下，一些锂电池可以在-30℃使用。”

　　安全性是另外一个值得关心的话题。如果一个车载的3500伏电能装置破损了，会发生怎么样的灾难？

　　EEStor公司对这一问题回答说，电压将由一个双向转化器逐渐降低，整个系统将被安置在一个接地的金属盒子里。

　　“让保险商实验室出具安全证明一点儿都不困难。即使你在两极之间放一根小棍儿，我们也有办法让这个东西融化而不会让它短路，这将是世界上你所看到的最安全的电池。”

　　但对于温度、泄漏和陶瓷脆度等问题，大概与专利技术有关，EEStor公司没有解释他们是如何解决这些问题的。

这一新技术如果最终得到实际应用，它将解决诸多的能源问题 　　★ 文/吕静 <OBJECT codeBase=http://download.macromedia.com/pub/shockwave/cabs/flash/swflash.cab#version=6,0,29,0 height=250 width=350 align=left classid=clsid:D27CDB6E-AE6D-11cf-96B8-444553540000><PARAM NAME="_cx" VALUE="9260"><PARAM NAME="_cy" VALUE="6615"><PARAM NAME="FlashVars" VALUE=""><PARAM NAME="Movie" VALUE="/fileftp/2007/04/2007-04-02/U88P4T47D6020F971DT20070402163441.swf"><PARAM NAME="Src" VALUE="/fileftp/2007/04/2007-04-02/U88P4T47D6020F971DT20070402163441.swf"><PARAM NAME="WMode" VALUE="Window"><PARAM NAME="Play" VALUE="-1"><PARAM NAME="Loop" VALUE="-1"><PARAM NAME="Quality" VALUE="High"><PARAM NAME="SAlign" VALUE=""><PARAM NAME="Menu" VALUE="-1"><PARAM NAME="Base" VALUE=""><PARAM NAME="AllowScriptAccess" VALUE=""><PARAM NAME="Scale" VALUE="ShowAll"><PARAM NAME="DeviceFont" VALUE="0"><PARAM NAME="EmbedMovie" VALUE="0"><PARAM NAME="BGColor" VALUE=""><PARAM NAME="SWRemote" VALUE=""><PARAM NAME="MovieData" VALUE=""><PARAM NAME="SeamlessTabbing" VALUE="1"><PARAM NAME="Profile" VALUE="0"><PARAM NAME="ProfileAddress" VALUE=""><PARAM NAME="ProfilePort" VALUE="0"><PARAM NAME="AllowNetworking" VALUE="all"><PARAM NAME="AllowFullScreen" VALUE="false"> <embed src="http://www.chinanews.com.cn/fileftp/2007/04/2007-04-02/U88P4T47D6020F971DT20070402163441.swf" quality="high" pluginspage="http://www.macromedia.com/go/getflashplayer" type="application/x-shockwave-flash" height="250" width="350"> </OBJECT> 　　2007年1月16日，美国得州一家研制电动汽车储能装置、名为EEStor的公司打破沉默，对外宣告了他们“里程碑”式的成果：他们的自动生产线已经由独立的第三方分析验收，其产品的关键物质钡钛酸盐粉末已经完成了最初的纯化，纯度已经达到了99.9994%。 　　这一技术一旦进入成熟的工业生产，他们所研制的新型超级电容器动力系统将替代包括从电动汽车到笔记本电脑的一切电化学电池；他们的发明今年就可能应用在电动车上。 　　人们最初怀疑EEStor公司这一扬言的可信度，但现在看来，他们还真不太像是在“吹牛”。 　　超级电容器的诞生 　　按照2006年 4月发表的专利，EEStor这种能量存储装置是用陶瓷粉末涂在铝氧化物和玻璃的表面。从技术上说，它并不是电池，而是一种超级电容器，它在5分钟内充的电能可以让一个电动车走500英里，电费只有9美元??而烧汽油内燃机的车走相同里程则要花费60美元。 　　与传统的电化学电池相比，超级电容器有很多好处。它可以无限制地接受无数次放电和充电，换句话说，超级电容器没有“记忆”。但是，一般的超级电容器也有其弱点，就是能量存储率有限，今天市场上的高端超级电容器每磅的存储能量只有锂电池的1/25。 　　而EEStor 开发的超级电容器，由于钡钛酸盐有足够的纯度，存储能量的能力大大提高。EEStor公司负责人声称，该超级电容器每公斤所存储的能量可达0.28千瓦时，相比之下，每公斤锂电池是0.12千瓦时，铅酸电池只有0.032千瓦时，这就让超级电容器有了用在从电动车、起搏器到武器等其他领域的可能。 　　好的铅酸电池能充电500～700次，而根据EEStor的声明，新的超级电容器可反复充电100万次以上，也不会出现材料降解问题。而且，由于它不是化学电池，而是一种固体状态的能量储存系统，不会出现锂电池那种过热甚至爆炸的危险，没有安全隐患。 　　对传统电池构成冲击？ 　　早在2004年 5月，EEStor公司就声称，他们已经制造出一种每千瓦时的成本价格是铅酸电池的一半、能量储存率是铅酸电池10倍的超级电容器。这种产品重约336磅 (153公斤)，可以储存52千瓦时的能量，这种系统将戏剧性地从能量密度、价格到充电时间和安全性上都超过目前市场的锂电池。这种技术是以钡钛酸盐为电介质的一个基本平行板电容器，制造这种陶瓷电池-超级电容器技术系统不需要有毒材料和化学物质。 　　EEStor的雄心来自其“替代电气化学电池”的专利。EEStor在2004年就开始计划建造自己的装配线，进而获得批量生产的技术许可。从他们的计划看，其装置在生产成本上也有可能比传统锂电池更具有优势。 　　有评论说，这一发明的意义相当重大，该突破不仅从根本上改变了电动车在交通运输中的位置，也将改进诸如风能、太阳能等间歇性能源的利用性能，更增进了电网的效率和稳定性，也将满足人们能源安全的需求，减少对石油的依赖。 　　显然，该突破也对下一代锂电池的研制者造成威胁。EEStor公司负责人暗示，他们的技术不仅适用于小型旅客电动车，还可能取代300马力的大型汽车。 　　质疑的声音 　　加州大学戴维斯分校的安德鲁(Andrew Burke)是运输能量系统的专家，他对EEStor的发明依然有些怀疑，认为这种发明与现实有距离。他说：“假如这项技术最后比我想象的结果好，我不会难过，只会高兴。” 　　另一位专家、曾在福特汽车公司做了18年工程研究的超级电容专家吉姆?米勒(Jim Miller)也觉得这种说法不太可信。“我们怀疑的第一点就是泄漏，因为高压电容器有一个快速自我放电的趋势，这就是说，如果你把电池放一夜，它就没有电了，那么早上用的时候，你还是要充电。” 　　他也不相信陶瓷结构，认为这种物质的性质很脆，使用这种材料需要控制好温度和压力，使得陶瓷不会发生微裂并最终破损。而EEStor公司回答说他们的系统可以在-20℃??而不是以前所说的-40℃??条件下工作。 　　米勒说：“对自动推进的汽车，-20℃是不够好的，-40℃比较合适，而相比之下，一些锂电池可以在-30℃使用。” 　　安全性是另外一个值得关心的话题。如果一个车载的3500伏电能装置破损了，会发生怎么样的灾难？ 　　EEStor公司对这一问题回答说，电压将由一个双向转化器逐渐降低，整个系统将被安置在一个接地的金属盒子里。 　　“让保险商实验室出具安全证明一点儿都不困难。即使你在两极之间放一根小棍儿，我们也有办法让这个东西融化而不会让它短路，这将是世界上你所看到的最安全的电池。” 　　但对于温度、泄漏和陶瓷脆度等问题，大概与专利技术有关，EEStor公司没有解释他们是如何解决这些问题的。

［此帖子已被 ICE 在 2009-10-18 9:18:51 编辑过］

ICE · 发表于 2009-10-18 08:58:17

储能界新兵超级电容技术开始崭露头角

目前为止，业界一致认为锂离子电池仍是电动汽车的主要能源储备方式，不过眼下已经有数家公司开始考虑采用超级电容(ultracapacitor)产品作为锂离子电池的一种良好补充设备。南韩一家电子公司Neescap周二便声称将出资900万美元拓展旗下交通，电力系统及消费电子产品用超级电容 (ultracapacitor)产品的产能。

在美国，有能力设计制造超级电容产品所需材料和电解质的公司有Graphene Energy, EnerG2以及Ioxus三家。另有一家EEStor公司则由风投公司Kleiner Perkins Caufield & Byers为后台，目前这家公司已经与电动车公司Zenn签署了超级电容的供货协议。

　　比较传统的电池产品，超级电容能存储的电量并不多。因此在家中充电式(Plug-in)电动汽车上，这种电容并不能作为供电设备而单独使用，而需要与燃料电池一起配合使用。另一方面，超级电容又具备快速泻放所存电能的能力。另外，这种电容的充电时间也很短，只需要几秒或几分钟时间便可以完成充电，而且多次充电后的性能也不会有降低。

　　目前这种电容在消费电子产品中已经被应用在数码相机等场合中，为闪光灯这种需要瞬间大能量输入的设备提供能源供应。据有关专家表示，超级电容未来面临的主要课题是如何增加这种电容的工作电压，使其可以在高电压环境下工作。

　　据Ioxus公司的工程师表示，超级电容是环保能源的一种良好补充，能使电池，燃料电池，太阳能或风能发电等供电方式更为完美。同时这种电容所用的制作材料也相当环保，价格部分也较为容易令人接受。

　　超级电容技术的未来发展方向：

　　麻省理工学院的计算机电子工程师Joel Schindall表示，在未来几年内，超级电容的能量储存能力将出现质的飞跃。目前的超级电容产品放电速度是传统电池的10倍，而能量储存能力在体积相同的条件下则只有后者的5%。

　　他表示：”超级电容在某些经常进行充放电操作的场合用途甚大，比如在制动能回收式刹车系统中(就是CCAV五套F1节目里主持人整天唠叨的什么科尔斯系统)，这种电容就很好用。当然目前这种产品还无法大规模取代电池。“

　　过去五年内，Schindall带领的研究小组一直在研究将超级电容中的储能元件--多孔活性炭材料，替换为另一种碳纳米管材料+导电基体的储能元件。今年初他们还为此成立了FastCap公司，以便把有关的研究结果商业化。

　　Schindall表示超级电容产品的储能能力最终将达到电池的25%左右。而目前麻省理工学院研制出来的纳米材料，储能能力已经达到活性炭材料两倍的水平。而未来几个月内，他所领导的研究团队还将展示一种储能能力为活性炭5倍的产品。

ICE · 发表于 2009-10-18 09:04:31

IDF:Intel发力智能电网关注未来能源技术

2009年9月24日，英特尔信息技术峰会，美国旧金山??2009英特尔信息技术峰会于9月22日至24日在美国旧金山举行。英特尔研究院(Intel Labs)举行媒体发布会，介绍了正在进行的研究工作，探讨了它对未来能源技术的看法。

　　钱安达(Andrew Chien)：“智能电网”

　　英特尔研究院副总裁兼未来技术研究总监

　　钱安达介绍了英特尔研究院的一项全新研究工作，那就是为未来的家庭、建筑物和机动车创建可自我持续、易于使用、经济实用并且十分安全的智能微电网。英特尔的研究人员正在探索新的传感、计算、通信与蓄电技术，以实现高效、灵活、可扩展的微电网架构。这些技术简介如下：

　　?电能传感器：目前的电力监测需要部署复杂的、耗费大量人力的传感器。英特尔研究院演示了一款来自实验室的的原型设计，其电压传感器可以自动探测哪些设备处于开启状态，消耗的电量是多少。

　　?智能控制：利用密集部署的电能传感器提供数据，英特尔研究院构建了一个“测量?推理?控制?驱动”的系统

　　框架。该系统框架的主要特性包括单个建筑物内的载荷与配电的闭环控制，以及均衡的发电与用电等，从而可减少能源浪费。

　　?安全通信：在目前的技术下，用电数据没有加密，因此不能很好地保护隐私并提高安全性。英特尔研究院正在研究新的通信协议，利用新型无线和有线通信标准，在智能端点之间传输经过认证的、加密的个人用电数据。

　　?蓄电：目前的电网蓄电成本极其高昂。纳米技术为蓄电带来了新的材料和方法，与目前的电池相比，该技术使成本大幅降低而蓄电密度却大幅提升。

　　?智能电网演示：该原型系统演示了如何使用简单的电压传感器推断哪些设备在运行，以及相应的耗电量。传统上，这种监测采用的是由电工安装、价格昂贵且结构复杂的室内监测器，或者根据用户对在线服务的复杂交互过程和电力公司的数据进行粗略估算。英特尔实验室正在开发的这种新方法，避免了入室等昂贵的监测方法，让用户拥有数据的控制权。

　　王文汉：“关于电能与能效的创新研究”

　　英特尔研究院电路与系统实验室总监

　　英特尔正在努力大幅提高计算设备的能效。英特尔研究院的许多研究项目，都致力于扩展到英特尔的硅技术之外，寻求平台层面的创新。王文汉着重介绍了英特尔在电路、架构与平台等关键领域的研究工作。

　　?弹性电路??在常规运行条件下，处理器会定期出现难于检测的动态变化，从而可能导致运行故障。为了防止出现这些潜在故障，一般是设置保护带(guard band)有意地减慢处理器，但也因此造成运行功耗提升。英特尔研究人员已经开发了一种称作弹性电路的新技术，让系统能够在更低的功耗下更快速地运行。

　　?这些电路可检测临界时钟路径上的潜在问题，在必要的时候，暂时以更低的速度重新执行，确保在重返常规运行状态之前获得正确的结果。

　　?初始测试表明，吞吐量可增加21%或者能耗降低37%。

　　?超级电容器??英特尔研究人员展示了超级电容器如何在短时的指令高峰周期提供额外电量。笔记本电脑的平均功耗是17.5瓦特，而在常规运行中，间歇的峰值用电可达到该功耗的两倍以上。这些用电峰值迫使我们在电池或电源供电之间做折衷选择，以确保在必要的时候可提供稳定的65瓦供电量。王文汉解释了超级电容器如何实现更高效的电池和电源供电，同时针对2010年的酷睿系列处理器的新特性(如睿频加速技术)，实现70瓦的峰值功率。

　　?能源收集??英特尔研究院的研究人员在进行一项长期研究，探索利用替代能源的可行性与潜力。替代能源(例如太阳能和动能)有助于扩展计算活动的范围。

　　?低功率网络Agent代理??英特尔研究人员已经开发了一种低功率网络Agent代理(low-power network agent)，让计算机或消费电子设备能够在保持联网的情况下进入休眠状态，从而大幅降低能源消耗。这个低功率网络Agent代理会监控网络流量，仅在重要数据包出现时唤醒机器。

　　?平台电源管理??为有效提升能效，英特尔研究人员不仅优化单个组件或设备，而且考虑整个平台的活动状况来制定解决方案。如要较好地管理平台电源，则要对软件、外围设备、核心逻辑电路与遥测组件等方面进行大量改进。英特尔正在采用全新的平台电源管理方法，让操作系统基系统的整体状况提供指导性指令，通过硬件在整个平台上进行精细的电源管理，从而实现最高的能效。这项技术将用于“Moo restown”平台，相比“Menlow”平台可将闲置状态的功耗降低50倍。

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