超級(jí)電容器在直流電源中的應(yīng)用用畢業(yè)論文

1、 （ 摘 要 由于石油資源日趨短缺，并且燃燒石油的內(nèi)燃機(jī)尾氣排放對(duì)環(huán)境的污染越 來(lái)越嚴(yán)重（尤其是在大、中城市） ，人們都在研究替代內(nèi)燃機(jī)的新型能源裝置。 已經(jīng)進(jìn)行混合動(dòng)力、燃料電池、化學(xué)電池產(chǎn)品及應(yīng)用的研究與開(kāi)發(fā)，取得了一 定的成效。但是由于它們固有的使用壽命短、溫度特性差、化學(xué)電池污染環(huán)境、 系統(tǒng)復(fù)雜、造價(jià)高昂等致命弱點(diǎn)，一直沒(méi)有很好的解決辦法。而超級(jí)電容器以 其優(yōu)異的特性揚(yáng)長(zhǎng)避短，可以部分或全部替代傳統(tǒng)的化學(xué)電池用于車(chē)輛的牽引 電源和啟動(dòng)能源，并且具有比傳統(tǒng)的化學(xué)電池更加廣泛的用途。正因?yàn)槿绱耍?世界各國(guó)（特別是西方發(fā)達(dá)國(guó)家）都不遺余力地對(duì)超級(jí)電容器進(jìn)行研究與開(kāi)發(fā)。 關(guān)鍵詞：日趨短缺 新型

2、能源裝置 超級(jí)電容器 目目 錄錄 緒 論.1 第一章 超級(jí)電容器.2 1.1 超級(jí)電容器的概述.2 1.2 超級(jí)電容器的原理.2 1.3 超級(jí)電容器的特點(diǎn).3 1.4 超級(jí)電容器的發(fā)展前景.4 第二章 超級(jí)電容器的應(yīng)用領(lǐng)域.6 2.1 小功率電子設(shè)備的后備電源、替換電源或主電源.6 2.2 電動(dòng)汽車(chē)和混合電動(dòng)汽車(chē).7 2.3 可再生能源發(fā)電系統(tǒng).7 2.4 變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能量緩沖器.7 2.5 軍事裝備領(lǐng)域.8 第三章 超級(jí)電容器的性能.8 3.1 超級(jí)電容器的電極材料.8 3.2 超級(jí)電容器的充放電性能.11 3.2.1 超級(jí)電容器的充電性能.11 3.2.2 超級(jí)電容器的放電性能.11 第

3、四章超級(jí)電容器在直流電源中的應(yīng)用.12 4.1 直流電源的介紹.12 4.2 直流電源的分類(lèi).13 4.3 超級(jí)電容器應(yīng)用于直流電源問(wèn)題的引出.14 4.4 超級(jí)電容器單獨(dú)儲(chǔ)能的直流電源系統(tǒng)可行性分析.15 4.5 超級(jí)電容器-蓄電池混合儲(chǔ)能直流電源 .15 總結(jié).17 致謝.18 參考文獻(xiàn).19 緒 論 在我國(guó) ，l10kv、35kv、10kv 終端變電站以及廠(chǎng)用 6kv 配電系統(tǒng)，廣泛 采用了蓄電池直流電源和硅整流電容儲(chǔ)能直流電源作為操作、控制以及保護(hù)電 源。由蓄電池組成的直流電源，可以存儲(chǔ)很大的電能從而實(shí)現(xiàn)停電時(shí)長(zhǎng)時(shí)間的 直流供給，在一些重要變電站(如 110kv 及以上級(jí)別的變電站)應(yīng)

4、用廣泛。然 而有些末端站及用戶(hù)站，實(shí)際上并不需要停電后長(zhǎng)時(shí)間的直流供給，只是在分、 合閘操作時(shí)需要直流電能?？紤]到要保證事故分閘的可靠性使用了蓄電池式直 流電源，必然帶來(lái)很高的運(yùn)營(yíng)成本，設(shè)備需要經(jīng)常的維護(hù)保養(yǎng)且使用壽命很短。 另外故障率也因其電池的多節(jié)串聯(lián)而增加，任何一節(jié)電池有問(wèn)題，都將影響整 個(gè)蓄電池組的正常工作，且廢棄蓄電池對(duì)環(huán)境帶來(lái)很大危害。由于上述設(shè)備存 在的問(wèn)題，人們迫切希望有較好的辦法來(lái)解決，超級(jí)電容器的出現(xiàn)及其具備的 優(yōu)良性能為解決這一問(wèn)題帶來(lái)了希望。 當(dāng)前，超級(jí)電容器儲(chǔ)能技術(shù)在國(guó)內(nèi)還處于前沿探索階段，因此對(duì)超級(jí)電容 器儲(chǔ)能及應(yīng)用技術(shù)開(kāi)展深入的研究具有十分重要的意義，可以為解決電

5、力系統(tǒng)、 可再生能源、電動(dòng)汽車(chē)以及沖擊性負(fù)載中出現(xiàn)的問(wèn)題提供一個(gè)新的解決方案。 超級(jí)電容器單獨(dú)儲(chǔ)能和超級(jí)電容器與蓄電池組成混合儲(chǔ)能系統(tǒng)在我國(guó)僅僅 處于理論研究與初步試用階段，而系統(tǒng)的研究超級(jí)電容器直流儲(chǔ)能單元、超級(jí) 電容器充電均壓、混合儲(chǔ)能系統(tǒng)模型及其實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)可以為超級(jí)電容器的產(chǎn) 業(yè)化發(fā)展打開(kāi)市場(chǎng)之門(mén)，意義深遠(yuǎn)。 本文課題是基于包括以上觀(guān)點(diǎn)進(jìn)行開(kāi)展的，主要介紹了超級(jí)電容器的原理 以及發(fā)展前景。作為一種新型的儲(chǔ)能系統(tǒng)，在直流電源中的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛， 因此，論文以直流電源中存在的問(wèn)題為引，介紹了超級(jí)電容器在直流電源中的 應(yīng)用。 第一章 超級(jí)電容器 1.1 超級(jí)電容器的概述 超級(jí)電容器，又叫雙

6、電層電容器、電化學(xué)電容器, 黃金電容、法拉電容， 通過(guò)極化電解質(zhì)來(lái)儲(chǔ)能。它是一種電化學(xué)元件，但在其儲(chǔ)能的過(guò)程并不發(fā)生化 學(xué)反應(yīng)，這種儲(chǔ)能過(guò)程是可逆的，也正因?yàn)榇顺?jí)電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十 萬(wàn)次。超級(jí)電容器可以被視為懸浮在電解質(zhì)中的兩個(gè)無(wú)反應(yīng)活性的多孔電極板， 在極板上加電，正極板吸引電解質(zhì)中的負(fù)離子，負(fù)極板吸引正離子，實(shí)際上形 成兩個(gè)容性存儲(chǔ)層，被分離開(kāi)的正離子在負(fù)極板附近，負(fù)離子在正極板附近。 超級(jí)電容器是建立在德國(guó)物理學(xué)家亥姆霍茲提出的界面雙電層理論基礎(chǔ)上的一 種全新的電容器。眾所周知，插入電解質(zhì)溶液中的金屬電極表面與液面兩側(cè)會(huì) 出現(xiàn)符號(hào)相反的過(guò)剩電荷，從而使相間產(chǎn)生電位差。那么，如果在

7、電解液中同 時(shí)插入兩個(gè)電極，并在其間施加一個(gè)小于電解質(zhì)溶液分解電壓的電壓，這時(shí)電 解液中的正、負(fù)離子在電場(chǎng)的作用下會(huì)迅速向兩極運(yùn)動(dòng)，并分別在兩上電極的 表面形成緊密的電荷層，即雙電層。 它所形成的雙電層和傳統(tǒng)電容器中的電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的極化電荷 相似，從而產(chǎn)生電容效應(yīng)，緊密的雙電層近似于平板電容器，但是，由于緊密 的電荷層間距比普通電容器電荷層間的距離更小得多，因而具有比普通電容器 更大的容量。 雙電層電容器與鋁電解電容器相比內(nèi)阻較大，因此，可在無(wú)負(fù)載電阻情況 下直接充電，如果出現(xiàn)過(guò)電壓充電的情況，雙電層電容器將會(huì)開(kāi)路而不致?lián)p壞。 這一特點(diǎn)與鋁電解電容器的過(guò)電壓擊穿不同。同時(shí)，雙電層電容

8、器與可充電電 池相比，可進(jìn)行不限流充電，且充電次數(shù)可達(dá) 106 次以上，因此雙電層電容不 但具有電容的特性，同時(shí)也具有電池特性，是一種介于電池和電容之間的新型 特殊元器件。 1.2 超級(jí)電容器的原理 超級(jí)電容器是利用雙電層原理的電容器。當(dāng)外加電壓加到超級(jí)電容器的兩個(gè) 極板上時(shí)，與普通電容器一樣，極板的正電極存儲(chǔ)正電荷，負(fù)極板存儲(chǔ)負(fù)電荷， 在超級(jí)電容器的兩極板上電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)作用下，在電解液與電極間的界面上 形成相反的電荷，以平衡電解液的內(nèi)電場(chǎng)，這種正電荷與負(fù)電荷在兩個(gè)不同相 之間的接觸面上，以正負(fù)電荷之間極短間隙排列在相反的位置上，這個(gè)電荷分 布層叫做雙電層，因此電容量非常大。當(dāng)兩極板間電勢(shì)低

9、于電解液的氧化還原 電極電位時(shí)，電解液界面上電荷不會(huì)脫離電解液，超級(jí)電容器為正常工作狀態(tài) （通常為 3v 以下），如電容器兩端電壓超過(guò)電解液的氧化還原電極電位時(shí)，電 解液將分解，為非正常狀態(tài)。由于隨著超級(jí)電容器放電 ，正、負(fù)極板上的電荷 被外電路泄放，電解液的界面上的電荷相應(yīng)減少。由此可以看出：超級(jí)電容器 的充放電過(guò)程始終是物理過(guò)程，沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)。因此性能是穩(wěn)定的，與利用化 學(xué)反應(yīng)的蓄電池是不同的。 1.3 超級(jí)電容器的特點(diǎn) 由于超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)及工作原理使其具有如下特點(diǎn)： 超級(jí)電容器結(jié)構(gòu)框圖 1.電容量大，超級(jí)電容器采用活性炭粉與活性炭纖維作為可極化電極與電 解液接觸的面積大大增加，根據(jù)電容

10、量的計(jì)算公式，那么兩極板的表面積越大， 則電容量越大。因此，一般雙電層電容器容量很容易超過(guò) 1f，它的出現(xiàn)使普通 電容器的容量范圍驟然躍升了 3554 個(gè)數(shù)量級(jí)，目前單體超級(jí)電容器的最大電容 量可達(dá) 5000f。 2.充放電壽命很長(zhǎng)，可達(dá) 500 000 次，或 90 000 小時(shí)，而蓄電池的充放電 壽命很難超過(guò) 1 000 次， 3.可以提供很高的放電電流（如 2700f 的超級(jí)電容器額定放電電流不低于 950a，放電峰值電流可達(dá) 1680a，一般蓄電池通常不能有如此高的放電電流一 些高放電電流的蓄電池在雜如此高的放電電流下的使用壽命將大大縮短。 4.可以數(shù)十秒到書(shū)分鐘內(nèi)快速充電，而蓄電池再

11、如此短的時(shí)間內(nèi)充滿(mǎn)電將 是極危險(xiǎn)的或幾乎不可能。 5.可以在很寬的溫度范圍內(nèi)正常工作（-40+70）而蓄電池很難在高溫 特別是低溫環(huán)境下工作。 6.超級(jí)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。 7.等效串聯(lián)電阻 esr 相對(duì)常規(guī)電容器大（10f/2.5v 的 esr 為 110m）。 8.可以任意并聯(lián)使用一增加電容量，如采取均壓后，還可以串聯(lián)使用 1.4 超級(jí)電容器的發(fā)展前景 從結(jié)構(gòu)上看，超級(jí)電容器主要由電極、電解質(zhì)、隔膜、端板、引線(xiàn)和封裝 材料組成，其中電極、電解質(zhì)和隔膜的組成和質(zhì)量對(duì)超級(jí)電容器的性能起著決 定性的影響，采用何種電極板和電解質(zhì)材料將基本決定最終產(chǎn)

12、品的類(lèi)型與特性。 2007 年 1 月 16 日，美國(guó)得克薩斯州一家研制電動(dòng)汽車(chē)儲(chǔ)能裝置，名為 eestor 的公司打破沉默，對(duì)外宣告了他們“里程碑”式的成果：他們的自動(dòng)生產(chǎn) 線(xiàn)已經(jīng)由獨(dú)立的第三方分析驗(yàn)收，其產(chǎn)品的關(guān)鍵物質(zhì)鋇鈦酸鹽粉末已經(jīng)完成了 最初的純化，純度達(dá)到了 99.9994%。 這一技術(shù)一旦進(jìn)入成熟的工業(yè)生產(chǎn)，他們所研制的新型超級(jí)電容器動(dòng)力系 統(tǒng)將替代包括從電動(dòng)汽車(chē)到筆記本電腦的一切電化學(xué)電池。按照 2006 年 4 月發(fā) 表的專(zhuān)利，eestor 這種能量存儲(chǔ)裝置是用陶瓷粉末涂在鋁氧化物和玻璃的表面。 從技術(shù)上說(shuō)，它并不是電池，而是一種超級(jí)電容器，它在 5 分鐘內(nèi)充的電能可 以讓一個(gè)

13、 電動(dòng)車(chē)走 500 英里，電費(fèi)只有 9 美元。而燒汽油的內(nèi)燃機(jī)車(chē)走相同里 程則要花費(fèi) 60 美元。 與傳統(tǒng)的電化學(xué)電池相比，超級(jí)電容器有很多好處。它可以無(wú)限制地接受 無(wú)數(shù)次放電和充電，超級(jí)電容器沒(méi)有“記憶”。但是，一般的超級(jí)電容器也有 其弱點(diǎn)，就是能量存儲(chǔ)率有限，市場(chǎng)上的高端超級(jí)電容器每 0.4536 千克的存儲(chǔ) 能量只有鋰電池的 1/25。 而 eestor 開(kāi)發(fā)的超級(jí)電容器，由于鋇鈦酸鹽有足夠的純度，存儲(chǔ)能量的能 力大大提高。eestor 公司負(fù)責(zé)人聲稱(chēng)，該超級(jí)電容器每公斤所存儲(chǔ)的能量可達(dá) 0.28 千瓦時(shí)，相比之下，每公斤鋰電池是 0.12 千瓦時(shí)，鉛酸電池只有 0.032 千 瓦時(shí)，這

14、就讓超級(jí)電容器有了可用在從電動(dòng)車(chē)、起搏器到現(xiàn)代化武器等多種領(lǐng) 域的可能。好的鉛酸電池能充電 500700 次，而根據(jù) eestor 的聲明，新的超 級(jí)電容器可反復(fù)充電 100 萬(wàn)次以上，也不會(huì)出現(xiàn)材料降解問(wèn)題。而且，由于它 不是化學(xué)電池，而是一種固體狀態(tài)的能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)，不會(huì)出現(xiàn)鋰電池那種過(guò)熱 甚至爆炸的危險(xiǎn)，沒(méi)有安全隱患。 這一發(fā)明的意義相當(dāng)重大，該突破不僅從根本上改變了電動(dòng)車(chē)在交通運(yùn)輸 中的位置，也將改進(jìn)諸如風(fēng)能、太陽(yáng)能等間歇性能源的利用性能，增進(jìn)了電網(wǎng) 的效率和穩(wěn)定性，滿(mǎn)足人們能源安全的需求，減少對(duì)石油的依賴(lài)。顯然，該突 破也對(duì)下一代鋰電池的研制者造成威脅。eestor 公司負(fù)責(zé)人暗示，他

15、們的技術(shù) 不僅適用于小型旅客電動(dòng)車(chē)，還可能取代 220500 瓦的大型汽車(chē)。 第二章第二章 超級(jí)電容器的應(yīng)用領(lǐng)域超級(jí)電容器的應(yīng)用領(lǐng)域 超級(jí)電容器具有更高的功率密度和循環(huán)壽命，特別適合應(yīng)用于需要高功率 輸出的環(huán)境。例如應(yīng)用超級(jí)電容器可以滿(mǎn)足汽車(chē)在加速、啟動(dòng)、爬坡時(shí)的高功 率要求；或作為燃料電池的啟動(dòng)動(dòng)力、移動(dòng)通訊和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的后備電源等。 電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存可用于需要高能量密度的領(lǐng)域，例如：電機(jī)、數(shù)字通訊系統(tǒng)和 為電腦提高脈沖能量等。具有電池和電容器的性質(zhì)，可用超級(jí)電容器調(diào)節(jié)能量 值。與普通的電容器相比，超級(jí)電容器具有較小的尺寸，因此，它擁有不同尋 常的儲(chǔ)存大量電能的能力。此性質(zhì)對(duì)于混合工具上的自動(dòng)

16、化應(yīng)用程序、電池電 子工具的后備能源、風(fēng)力渦輪機(jī)的電子能量應(yīng)用程序有重大意義。然而由于人 多數(shù)超級(jí)f乜容器都使用有機(jī)電解液，造成單位電容的價(jià)格很高，最初只應(yīng)用于 軍事領(lǐng)域，作潛艇或坦克發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)動(dòng)力。近年來(lái)電極材料的比電容不斷提 高，超級(jí)電容器逐漸走向民用。但是提高現(xiàn)有電極材料的比電容，研制在水相 電解液中具有高能跫密度的超級(jí)電容器依然是研究者面臨的挑戰(zhàn)。只有攻克這 一瓶頸問(wèn)題，超級(jí)電容器才有可能在能最儲(chǔ)存領(lǐng)域占有不可或缺的位置。 2.1 小功率電子設(shè)備的后備電源、替換電源或主電源 1. 后備電源。 當(dāng)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(tǒng)電壓降低 時(shí)，超級(jí)電容器就能夠起后備

17、電源作用。其電量通常在微安或毫安級(jí)。典型的 應(yīng)用有：錄像機(jī)、tv 衛(wèi)星接收器、汽車(chē)音頻系統(tǒng)、出租車(chē)的計(jì)量器、無(wú)線(xiàn)電波 接收器、出租計(jì)費(fèi)器、鬧鐘、控制器、家用面包機(jī)、咖啡機(jī)、照相機(jī)和電視機(jī)、 計(jì)數(shù)器、移動(dòng)電話(huà)、尋呼機(jī)等。 2. 替換電源。 由于超級(jí)電容器具有高充放電次數(shù)、壽命長(zhǎng)、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(duì)超級(jí)電容器充電，晚上則由超級(jí)電容器提供電源。典型的應(yīng)用有太陽(yáng)能手表、 路標(biāo)燈、公共汽車(chē)停車(chē)站時(shí)間表燈、交通信號(hào)燈等，它們能長(zhǎng)時(shí)間使用，不需 要任何維護(hù)。 3. 主電源。 通過(guò)一個(gè)或幾個(gè)超級(jí)電容器釋放持續(xù)幾毫秒到幾秒的大電流。

18、放電之后， 超級(jí)電容器再由低功率的電源充電。其典型的應(yīng)用有玩具車(chē)，其體積小、重量 輕，能很快跑動(dòng)。 2.2 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(zhǎng)，但是存在充電時(shí)間長(zhǎng)、無(wú)法大電流充 電、工作壽命短等不足。與之相比，超級(jí)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(jí)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(hù)，使用超級(jí)電容器作為動(dòng)力源的城市交通電動(dòng)汽車(chē)綜 合運(yùn)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(guó)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） ，

19、用電池為電動(dòng)汽車(chē)的正常運(yùn) 行提供能量，而加速和爬坡時(shí)可以由超級(jí)電容器來(lái)補(bǔ)充能量。另外，用超大容 量電容器存儲(chǔ)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(qiáng)。 2.3 可再生能源發(fā)電系統(tǒng) 在可再生能源發(fā)電或分布式電力系統(tǒng)中，發(fā)電設(shè)備的輸出功率具有不穩(wěn)定 性和不可預(yù)測(cè)性的特點(diǎn)。采用超級(jí)電容器儲(chǔ)能，可以充分發(fā)揮其功率密度大、 循環(huán)壽命長(zhǎng)、儲(chǔ)能密度高、無(wú)需維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，既可以單獨(dú)儲(chǔ)能，也可以與其他 儲(chǔ)能裝置混合儲(chǔ)能。超級(jí)電容器與太陽(yáng)能電池相結(jié)合，可以應(yīng)用于路燈、交通 警示牌、交通標(biāo)志燈等。超級(jí)電容器還應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、燃料電池等分布式發(fā) 電系統(tǒng)，可以對(duì)系統(tǒng)起到瞬間功率補(bǔ)償?shù)淖饔?，并?/p>

20、以在發(fā)電中斷時(shí)作為備用 電源，以提高供電的穩(wěn)定性和可靠性。 2.4 變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能量緩沖器 超級(jí)電容器與功率變換器構(gòu)成能量的緩沖器，可以用于電梯等變頻驅(qū)動(dòng)系 統(tǒng)。當(dāng)電梯上升時(shí)，能量緩沖器向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的直流母線(xiàn)供電，提供電機(jī)所需 的峰值功率；在電梯減速下降過(guò)程中，吸收電機(jī)通過(guò)變頻器向直流母線(xiàn)回饋的 能量。 2.5 軍事裝備領(lǐng)域 軍用裝備，尤其是野戰(zhàn)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(shè)備及儲(chǔ)能裝置。軍用裝備對(duì)儲(chǔ)能單元的要求是可靠、輕便、隱蔽性強(qiáng)。 采用超級(jí)電容器與蓄電池混合儲(chǔ)能，可以大幅度減輕電臺(tái)等背負(fù)設(shè)備的重量； 為軍用運(yùn)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

21、升車(chē) 輛的動(dòng)力性和隱蔽性；解決常規(guī)潛艇中蓄電池失效快、壽命短的問(wèn)題；還可以 為雷達(dá)、通信及電子對(duì)抗系統(tǒng)等提供峰值功率，以減小主供電電源的功率等級(jí)。 第三章第三章 超級(jí)電容器的性能超級(jí)電容器的性能 3.1 超級(jí)電容器的電極材料 目前應(yīng)用于超級(jí)電容器的電極材料有3種：炭基材料、金屬氧化物材料和導(dǎo)電 聚合物材料。炭基材料電化學(xué)電容器能量?jī)?chǔ)存的機(jī)理主要是靠炭表面附近形成 的雙電層，因此通常稱(chēng)為雙電層電容。而金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物主要靠氧化 還原反應(yīng)產(chǎn)生的贗電容：在這里，我們主要介紹炭基材料及金屬氧化物材料。 1. 炭基電極材料 炭材料具有粉末、塊狀、纖維狀、布、氈等多種形態(tài)，具有以下獨(dú)特的物理和 化

22、學(xué)性質(zhì)，包括： (1)高電化學(xué)導(dǎo)電性 (2)高比表面積(3000 m2g-1) (3)很好的防腐性能 (4)高熱穩(wěn)定性 (5)可控的孔結(jié)構(gòu) (6)可調(diào)的表面化學(xué)性質(zhì) (7)復(fù)合材料具有兼容性且易加工 (8)廉價(jià)易得 因?yàn)榫哂幸陨隙喾N形態(tài)及特點(diǎn)，炭材料被廣泛的用作超級(jí)電容器的電極材 料。炭材料能在不同的溶液中(從強(qiáng)酸到強(qiáng)堿)保持化學(xué)性質(zhì)的穩(wěn)定，并且能在 較寬的溫度范圍下工作。通常電容值正比于電極材料的電化學(xué)活性面積和電解 液的相對(duì)介電常數(shù)，而與所形成的雙電層厚度成反比。理論上，多孔炭材料的 比表面積越大，比電容越高。炭材料的多孔結(jié)構(gòu)決定了離子的傳輸，且孔道內(nèi) 電解液離子的遷移率和edlc的性能密

23、切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)炭材料的電化學(xué)導(dǎo)電 性嚴(yán)重影響電化學(xué)雙電層電容器的厚度。由炭材料表面上的官能團(tuán)決定的炭材 料的表面濕度是影響電容器性能的另一個(gè)因素。在這些因素中，最重要的就是 要達(dá)到比表面積積和直徑分布的一個(gè)平衡點(diǎn)。 1. 活性炭粉末 通常認(rèn)為比表面積越大，在電極和電解液表面積累電壓的能力就越高。眾所 周知，微孔(2 nm)在形成電化學(xué)雙電層的過(guò)程中起到很重要的吸附作用。然而， 微孔對(duì)于電解液離子來(lái)說(shuō)必須具有電化學(xué)兼容性，所以中孔的出現(xiàn)(2 nmd50 nm)對(duì)于電荷在大范圍電極材料上的傳播起到重要的作用。因此，孔道的可用 性和可濕性，以及適合電解液陰、陽(yáng)離子傳輸?shù)目壮叽鐚?duì)獲得良好的電容行為

24、至關(guān)重要l引。采用不同的炭源和活化工藝所制成的活性炭已被廣泛的用于超級(jí) 電容器領(lǐng)域。我們很容易在文獻(xiàn)中發(fā)現(xiàn)這樣一個(gè)觀(guān)點(diǎn)：bet表而積越高，電容 值越高。然而，大多數(shù)活性炭并不能完全遵循這一趨勢(shì)。事實(shí)上，由于依附于 電解質(zhì)離子的篩孔效應(yīng)，狹窄的微孔可能對(duì)總雙電層電容沒(méi)有任何貢獻(xiàn)。這一 觀(guān)點(diǎn)與電容值證比于bet比表面積的觀(guān)點(diǎn)相背離。近期的研究發(fā)現(xiàn)，在水相電 解液中，比表面積僅為1300 m2g-1的炭材料其電容值可高達(dá)175 fg-1。一般 的，在水性電解液中，活性炭的電容值為100200 f.g-1：在有機(jī)電解液中為 50150f.g-1。與有機(jī)電解液相比較，水性電解液具有更小的電解液離子和較

25、高的介電常數(shù)，所以在水性電解液中所獲得電容值較高。然而由于有機(jī)電解液 具有較高的電位窗口，使得被存儲(chǔ)的能量比在水性電解液中多的多，因此有機(jī) 電解液更受青睞。為優(yōu)化活性炭在有機(jī)電解液中的電容行為，必須選擇一種具 有適合傳輸電解液離子的孔道的活性炭材料?？紤]到正負(fù)離子的離子半徑不同 而采用不同孔徑的炭材料作為電極的正極和負(fù)極。shi的等人在乙腈(c2h5) 4n+bf4-電解液中研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)正極材料的孔徑小于負(fù)極材料的孔徑時(shí)電容值 高而且電阻低。將電極材料對(duì)換，電容值降低而電阻值顯著增大。此研究結(jié)果 清晰地證明了在離子尺寸和炭材料的孔徑之間必須找到一個(gè)折衷點(diǎn)。 在不同電解液中研究材料的電化學(xué)行為表

26、明：為獲得高的電容值一個(gè)適合 的孔徑比高的表商秋更為重要。在水性電解液和有機(jī)電解液中，達(dá)到孔道最仲 填允度的孔徑分別為07 nm和o8 nm?？茖W(xué)家們用炭化物為炭源得到的炭材 料孔徑小于1 nm，其電容值具有顯著地提高。他們重點(diǎn)研究了在15 m的乙腈 tebf4電解液中，炭材料的孔徑對(duì)電荷儲(chǔ)存的影響。小于1 nm的扭曲孔道使得電 解液離子更容易聚集在電極表面上，與離子尺寸相近的孔徑的利用率最高。 電容值除了與孔徑分布有聯(lián)系之外，炭電極材料的電化學(xué)電導(dǎo)率是電容行 為的另一個(gè)限制因素，尤其對(duì)功率密度。電導(dǎo)率與材料的多孔結(jié)構(gòu)具有密切 的關(guān)系。一般的，孔道越多，電導(dǎo)率就越低?；钚蕴康碾妼?dǎo)率依賴(lài)于材料的

27、類(lèi) 型，電導(dǎo)率高達(dá)looms.cm-1。因此，在電極材料中添加導(dǎo)電物質(zhì)對(duì)其電化學(xué)行 為具有至關(guān)重要的意義。 由此可見(jiàn)，微孔和超微孔在離子吸附上起了重大作用，然而少量介孔的存 在有利于離子在電極材料中的快速傳輸。具有高比表面積、更適宜的小于1 nm 的孔徑以及微孔和中孔率達(dá)到良好平衡的炭材料具有最佳電容行為。 2. 介孔碳電極材料 介孔碳是一類(lèi)新型的非硅基介孔材料，2nm孔徑50nm,具有巨大的比表面 積（可高達(dá)2500m2/g）和孔體積（可高達(dá)2.25cm3/g） ，非常有望在催化劑載體、 儲(chǔ)氫材料、電極材料等方面得到重要應(yīng)用，因此受到人們的高度重視。此外介 孔材料制得的雙電層電容材料的電荷儲(chǔ)

28、量高于金屬氧化物粒子組裝后的電容量， 更遠(yuǎn)高于市售的金屬氧化物雙電層電容器。 與純介孔硅材料相比，介孔碳材料 表現(xiàn)出特殊的性質(zhì)，有高的比表面積，高孔隙率；孔徑尺寸在一定范圍內(nèi)可調(diào)； 介孔形狀多樣，孔壁組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)可調(diào)；通過(guò)優(yōu)化合成條件可以得到高熱 穩(wěn)定性和水熱穩(wěn)定性；合成簡(jiǎn)單、易操作、無(wú)生理毒性。它的誘人之處還在于 其在燃料電池，分子篩，吸附，催化反應(yīng)，電化學(xué)等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價(jià)值。近 年來(lái)，介孔材料科學(xué)已經(jīng)成為國(guó)際上跨化學(xué)、物理、材料、生物等學(xué)科交叉的 熱點(diǎn)研究領(lǐng)域之一，更成為材料科學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要里程碑。 多孔碳材料尤其是活性炭材料由于具有比表面積大、價(jià)格低廉、化學(xué)和物 理穩(wěn)定性好、導(dǎo)電

29、性高、電極制備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的用作超級(jí)電容器的電 極材料。然而，活性炭材料中的微孔占了很大的比重，這部分孔隙無(wú)法被電解 質(zhì)離子潤(rùn)濕形成有效雙電層，從而降低了碳材料的有效比表面積，限制了碳材 料比容量的提高。而有序介孔碳材料不僅具有高比表面積，而且孔徑較大，孔 道排列有序，有利于電解液離子的擴(kuò)散，因此可以成為超級(jí)電容器的優(yōu)良電極 材料。 guterl等人研究發(fā)現(xiàn)離于實(shí)斷上集中在孔徑小與07 nm超微孔中，且電化 學(xué)電容器中，多數(shù)超微孔都加入了誘捕非溶劑化離子的行列。在這些模板法炭 材料中，微孔和介孔被完美的連接在一起介孔在單體硅的孔壁上形成而炭 壁上則形成微孔。在電化學(xué)極化的應(yīng)用過(guò)程中，在被

30、困在超微孔葉形成非溶劑 化離子之前，溶劑化離子很容易擴(kuò)散到介孔中。然而在典型的微孔活性炭中， 這一情況卻完全不同。溶劑離子要傳到活性表面的通道即曲折折又漫長(zhǎng)還有幾 處瓶頸。因此，在這種情況下的極限孔徑大于離子最終積累的孔徑。摸板法炭 材料，盡管不易制備且成本較高，但是卻可以在電化學(xué)電容器充電過(guò)程中提供 孔徑效應(yīng)這一重要信息。 3.2 超級(jí)電容器的充放電性能 3.2.1 超級(jí)電容器的充電性能 目前,高壓開(kāi)關(guān)柜的操作機(jī)構(gòu)大多采用cd2、cd10、cd17等型號(hào),其合閘電流 一般在100a200a,超級(jí)電容器完全可以在短時(shí)間內(nèi)提供這樣大的電流,經(jīng)過(guò)對(duì) 直流屏的簡(jiǎn)單改造,完全可以替代蓄電池對(duì)電磁操作機(jī)

31、構(gòu)供電.下面以直流屏 pzgn10為例,取其電路參數(shù)進(jìn)行分析.電路圖如圖1. 其中r1浮充電流控制開(kāi)關(guān)r限流電位器c超級(jí)電容器 (1.7法)因圖中r1的阻值為15,功率p為100 w,選型較小,而電容器初始電壓為0,內(nèi) 阻只有0.3,如果替代蓄電池其初始充電電流較大,因此須在浮充電器中加一個(gè) 合適的限流電阻,開(kāi)始充電時(shí)將其調(diào)至最大位置,電容器端壓升高后,再把r調(diào)至 最低,保證浮充過(guò)程中電流平穩(wěn),按照以上線(xiàn)路對(duì)電容器進(jìn)行充電,其過(guò)程按rc電 路的零狀態(tài)響應(yīng)進(jìn)行分析計(jì)算,大約需要t=rc為15分鐘左右,電容器端電壓達(dá)額 定值. 3.2.2 超級(jí)電容器的放電性能 考慮直流屏的電源主要是為高壓開(kāi)關(guān)柜提

32、供的,放電過(guò)程主要是通過(guò)合、分 閘線(xiàn)圈完成的.以cd10操作機(jī)構(gòu)為例,其合閘線(xiàn)圈電阻為r=2.22,合閘時(shí)間=0.2 秒,蓄電池組由180節(jié)、1.2 v、20 ah鎘鎳電池組成,充足電后電壓可達(dá)230 v、 內(nèi)阻=0.04/20180=0.36.選用電容器2只220 v260 v、0.85 f的超級(jí)電容 器并聯(lián)組成的電容器組,并聯(lián)后內(nèi)阻r=0.3,電壓為230 v,為便于比較,如圖2所 示,為蓄電池和電容器的放電回路。 合閘時(shí)k閉合,合閘后k斷開(kāi),動(dòng)作時(shí)間為0.2秒. 電磁機(jī)構(gòu)合閘的動(dòng)作完成, 其輔助開(kāi)關(guān)k切斷合線(xiàn)圈回路,在0.2秒內(nèi),電容器的端壓和電流稍有下降,但其平 均值與蓄電池基本相同,

33、表明:在合閘過(guò)程中,電容器能提供與蓄電池同樣大的功 率和能量.由于電容器此時(shí)處在浮充狀態(tài),其充電時(shí)的能量的恢復(fù)要比蓄電池快 得多,能夠及時(shí)滿(mǎn)足下次分、合閘要求,這是電容器優(yōu)于蓄電池的一個(gè)很好的性 能.從以上的分析可以看出,用超級(jí)電容器可以很方便的替代直流屏蓄電池進(jìn)行 分、合閘操作,在電氣線(xiàn)路整改方面,如果充電機(jī)容量足夠大,可調(diào)電位器功率滿(mǎn) 足要求,電氣線(xiàn)路不必做整改,而如果上述條件不能滿(mǎn)足要求,只需對(duì)其充電線(xiàn)路 中加合適的限流電阻即可用電容器替代屏中的蓄電池。 第四章超級(jí)電容器在直流電源中的應(yīng)用 4.1 直流電源的介紹 直流電源中的操作直流電源是保證發(fā)電廠(chǎng)和變電所正常、安全運(yùn)行的電源 設(shè)備亦可

34、以用于石化、冶金、礦山、建筑及電氣化鐵路等需要220v（110v）直 流電源的場(chǎng)合。 在發(fā)電廠(chǎng)和變電所中，直流控制負(fù)荷和動(dòng)力負(fù)荷對(duì)安全性、可靠性和運(yùn)行 定性要求較高。直流控制負(fù)荷包括電氣和熱工系統(tǒng)的控制電路、信號(hào)回路、保 護(hù)路、通信設(shè)備、自動(dòng)裝置、事故照明和某些執(zhí)行機(jī)構(gòu)等，直流動(dòng)力負(fù)荷包括 斷路器合閘的操作機(jī)構(gòu)，火電廠(chǎng)中的汽輪機(jī)潤(rùn)滑油泵、發(fā)電機(jī)氫密封油泵及給 水潤(rùn)滑油的直流電動(dòng)機(jī)等，直流電源系統(tǒng)，作為變電站中不可或缺的二次設(shè)備， 對(duì)發(fā)電廠(chǎng)變電站正常、安全運(yùn)行乃至整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，都起著極為重 要的作用。流電源系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中兼有控制電源和保安電源的雙重作用，電 力操作直流電部分由充電模塊

35、、電池組、調(diào)壓和微機(jī)監(jiān)控等幾部分構(gòu)成。 4.2 直流電源的分類(lèi) 1. 鎘鎳蓄電池直流電源 直流母線(xiàn)輸出 220v電壓時(shí)，一般由180只蓄電池組成。蓄電池在加工生產(chǎn) 中不可能做到每只電池的充放電特性完全一致，雖然生產(chǎn)廠(chǎng)家在出廠(chǎng)時(shí)進(jìn)行匹 配組合，到了用戶(hù)手中就沒(méi)有多少挑選的余地。在使用中用同一個(gè)充電電源， 向同一負(fù)荷放電，久而久之由于個(gè)別電池的特性差別越來(lái)越大，而影響整個(gè)裝 置性能。鎘鎳蓄電池在運(yùn)行中長(zhǎng)期處于浮充狀態(tài)，充電機(jī)性能的好壞直接影響 電池壽命。一般廠(chǎng)家承諾電池壽命大于l0年，但在實(shí)際運(yùn)用中往往只有35年。 這是為了浮充電流如果過(guò)大 ，會(huì)使電解液中的水電解成氫和氧，這兩種氣體 混合是危險(xiǎn)的

36、爆炸氣體，如果通風(fēng)不良就有可能發(fā)生危險(xiǎn)。過(guò)充電會(huì)使電池冒 液，在電池外表及連接片上產(chǎn)生墨綠色氧化物，腐蝕構(gòu)件，降低絕緣，使自放 電增加。過(guò)充電還會(huì)產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)，在負(fù)極板上生成氧化鎘，減少極板有 效面積，容量減小，這就是俗稱(chēng)的“記憶”效應(yīng)。鎘鎳電池有較硬的放電特性， 放電量達(dá)到80時(shí)，電壓下降也不明顯，因此稍有疏忽就會(huì)造成電池過(guò)放電， 導(dǎo)致極性反轉(zhuǎn)而報(bào)廢。由于直流電源是變電站設(shè)備中的重中之重，直接影響到 變電站的安全運(yùn)行，直流電源是日常必檢項(xiàng)目。 2. 密封鉛酸蓄電池直流電源 由于鎘鎳蓄電池維護(hù)量大，一種免維護(hù)密封鉛酸蓄電池 (簡(jiǎn)稱(chēng)閥控蓄電池 或vrla電池)開(kāi)始得到廣泛應(yīng)用。因?yàn)槭侨芊怆?/p>

37、池，無(wú)需加水，這給維護(hù)帶來(lái) 很多好處 ，但同時(shí)也給觀(guān)測(cè)和維護(hù)帶來(lái)困難?！懊饩S護(hù)”這一名詞給使用者 帶來(lái)認(rèn)識(shí)上的錯(cuò)誤，導(dǎo)致使用者放松對(duì)蓄電的日常維護(hù)和管理。由于閥控蓄電 池在我國(guó)問(wèn)世只有10年左右，至今還沒(méi)有特別成熟的制造、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。 2.4超級(jí)電容器在直流電源中的應(yīng)用 4.3 超級(jí)電容器應(yīng)用于直流電源問(wèn)題的引出 我國(guó) 20 世紀(jì) 6080 年代建設(shè)的 35kv 變電站及 10kv 開(kāi)關(guān)站，絕大多數(shù) 高壓開(kāi)關(guān)（斷路器）操動(dòng)機(jī)構(gòu)是 cdx 型電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)。在變電站或配電站的 配電室中專(zhuān)門(mén)配有相應(yīng)的直流系統(tǒng)，作為分、合閘操作、控制和保護(hù)用的直流 電源。這些直流電源設(shè)備，主要是電容儲(chǔ)能式硅整流分合閘裝

38、置和由蓄電池組 構(gòu)成的直流電源。經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行，這些變電站的直流設(shè)備主要存在充電機(jī)不 能正常運(yùn)行，并且無(wú)法修復(fù)，蓄電池?fù)p壞嚴(yán)重等問(wèn)題。由于這些問(wèn)題的存在， 如果發(fā)生站內(nèi)短路事故，所用變電壓將迅速降低，此時(shí)若蓄電池組不能提供足 夠的能量跳開(kāi)斷路器，將發(fā)生越級(jí)跳閘事故；如果當(dāng)交流供電電源停電或直流 穩(wěn)壓器有故障時(shí)，又不能提供足夠的合閘能量。直流系統(tǒng)存在的這些問(wèn)題已經(jīng) 直接影響到變電站的安全可靠運(yùn)行。 由于電容儲(chǔ)能式硅整流分、合閘裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、維護(hù)量小的 特點(diǎn)， 因此在當(dāng)時(shí)的這些末端站得到了廣泛的應(yīng)用，但是這些裝置在實(shí)際使用 中暴露出一個(gè)致命的缺陷：事故分閘的可靠性差，其原因是使用的儲(chǔ)能

39、電解電 容器組的容量有限(只有幾千個(gè)微法)，漏電流較大。有限的儲(chǔ)能及較大的漏電， 使其無(wú)法在任何情況下保證事故分閘所需要的能量，由此造成的嚴(yán)重事故時(shí)有 發(fā)生。有些用戶(hù)不得不將其換成小容量的蓄電池組，其目的就是為了能保障分 閘的能量。拋開(kāi)蓄電池價(jià)格昂貴、壽命有限的不足，單就從必須按規(guī)定對(duì)其進(jìn) 行維護(hù)保養(yǎng)才能正常工作這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，就是讓工作人員頭疼的問(wèn)題，因?yàn)檫@里 的蓄電池組不承擔(dān)合閘任務(wù)，長(zhǎng)時(shí)間處于備用狀態(tài)，有些問(wèn)題（如單個(gè)電池不 良和記憶效應(yīng)等）不象蓄電池組直流電源那樣從合閘操作中發(fā)現(xiàn)，這就要求工 作人員主動(dòng)定期地對(duì)蓄電池進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。由于工作量大，實(shí)際中這些工作在 現(xiàn)場(chǎng)很難做到百分之百落實(shí)，甚

40、至有些工作人員編造工作記錄蒙混過(guò)關(guān)，因此 蓄電池組的內(nèi)部狀態(tài)是否正常已很難保證，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)蓄電池組中有問(wèn)題的 蓄電池并進(jìn)行更換，一旦供電線(xiàn)路出現(xiàn)事故需迅速分閘時(shí)，就有可能提供不了 足夠的能量，有可能造成更大的事故。 由蓄電池組成的直流電源，能存儲(chǔ)很大的電能而實(shí)現(xiàn)停電后的長(zhǎng)時(shí)間的直 流供給。在一些重要變、配電站(如110kv 及以上級(jí)別的變電站)這是必要的功 能，然而有些不重要的末端站及用戶(hù)站，實(shí)際上并不需要停電后長(zhǎng)時(shí)間的直流 供給?？紤]到要保證事故分閘的可靠性而使用了這樣的設(shè)備，然而帶來(lái)的卻是 很高的運(yùn)營(yíng)成本，經(jīng)常的維護(hù)保養(yǎng)以及不長(zhǎng)的使用壽命，另外故障率也因其電 池的多節(jié)串聯(lián)而增加。這些問(wèn)題

41、希望有較好的辦法來(lái)解決，超級(jí)電容器的出現(xiàn) 及其具備的優(yōu)良性能為解決這一問(wèn)題帶來(lái)了希望。 4.4 超級(jí)電容器單獨(dú)儲(chǔ)能的直流電源系統(tǒng)可行性分析 在110kv、35kv、10kv的中小型末端變電站以及企業(yè)內(nèi)部的6kv配電系統(tǒng)中， 經(jīng)常性負(fù)荷通常小于5a。模擬當(dāng)電網(wǎng)失電后，由電容放電來(lái)維持直流母線(xiàn)電壓 的試驗(yàn)。根據(jù)電力工程設(shè)計(jì)手冊(cè)中，關(guān)于直流系統(tǒng)控制母線(xiàn)電壓允許波動(dòng)范圍 為85110un ，額定電壓un =220v時(shí)，控制母線(xiàn)電壓允許波動(dòng)范圍為 187242v。電容維持控制母線(xiàn)電壓實(shí)驗(yàn)采用耐壓280v，容量0.85f的超級(jí)電容 器?？刂颇妇€(xiàn)電流小于2a時(shí)，將保持30s的跳合閘能力，在實(shí)際運(yùn)用中，將配備

42、 多臺(tái)電容互為熱備用，因而在極端的情況下，經(jīng)常性負(fù)荷達(dá)4a，維持母線(xiàn)電壓 能達(dá)數(shù)十秒，對(duì)于任何一種繼電保護(hù)，其動(dòng)作時(shí)間都能在數(shù)秒鐘內(nèi)完成，因?yàn)?留有了充足的跳合閘的能量，所以說(shuō)它非?？煽?。這種超級(jí)電容器直流電源由 于沒(méi)有蓄電池，不需要復(fù)雜的充電電路，真正實(shí)現(xiàn)了免維護(hù)，大大降低了人員 的勞動(dòng)強(qiáng)度。超級(jí)電容器采用物理技術(shù)儲(chǔ)能，對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染，循環(huán)壽命長(zhǎng)， 節(jié)約了成本，符合國(guó)家節(jié)能減排政策。 4.5 超級(jí)電容器-蓄電池混合儲(chǔ)能直流電源 現(xiàn)在運(yùn)行中的少油斷路器中，大都配備的是cdx型電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)，其合閘 沖擊電流高達(dá)120a以上，是變電站經(jīng)常性直流負(fù)荷電流的10倍以上，在分合閘 操作時(shí)就迫使蓄電池組大

43、電流放電，這不僅需要配備大容量的功率型蓄電池組 才能滿(mǎn)足要求，并且對(duì)蓄電池本身造成了極大損害。拋開(kāi)蓄電池組價(jià)格昂貴、 壽命有限的不足，單就從必須按規(guī)定定期對(duì)其進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，就是 讓工作人員頭疼的問(wèn)題，而且大量的蓄電池長(zhǎng)時(shí)間處于備用狀態(tài)，造成了巨大 的人力和物力的浪費(fèi)。如果僅采用超級(jí)電容器儲(chǔ)能組成直流電源，雖滿(mǎn)足分合 閘操作要求，但一些重要的變電站在電網(wǎng)停電后需要24小時(shí)的直流供給，超 級(jí)電容器的能量密度比較低，無(wú)法保證長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)供電。為了解決這一問(wèn)題， 采用超級(jí)電容器-蓄電池混合儲(chǔ)能直流電源方案是最好的選擇。 蓄電池與超級(jí)電容器在技術(shù)性能上具有較強(qiáng)的互補(bǔ)性，蓄電池的能量密度 大，但功率密度小，充放電效率低，循環(huán)壽命短，大功率充放電和頻繁充放電 的適應(yīng)性不強(qiáng)。而超級(jí)電容器則相反，其功率密度大，充放電效率高，循環(huán)壽 命長(zhǎng)，非常適應(yīng)于大功率充放電和循環(huán)充放電的場(chǎng)合。二者