超级电容器专利技术现状及其发展趋势分析.pdf

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超级电容器专利技术现状及其发展趋势分析

超级 电容器专利技术现状及其发展趋势分析 刘红梅 王志宇 张 颖 黄丹萍 (国家知识产权局专利局 电学发 明审查部) 一 、引言 随着信息技术 、电子产 品、车用能源等领域 中新技术 的迅速产生和发展 ,人们更 加关注新颖 的超级 电容器 的研究与开发 。超级 电容器 也(称作 电化学 电容器 )是近几 年发展起来 的一种能够大容量存储 电能 ,并且具有大功率放 电特性 的电容器 ,是一种 介于 电容器与 电池之 间的新型储能器件 。超级 电容器与传统 电容器不 同,它们通过 电 极和 电解液之间的界面和/或 电极表面或 内部的可逆氧化还原反应储存 电荷 的,它们 的性能与作用介于传统 电容器和二次 电池之间。它们 的这种特点与它们 的电极材料和 电解质 的特殊性密切相关 。本文通过专利技术分析 ,阐述超级 电容器 的专利技术现状 及其发展趋 势 。 一()超级 电容器 的发展历史 早在 1879 年 ,H elm holz 发现 了双层 电容性质 ,提 出了双 电层 的概念 ,但是双 电 层用于能量 的储存仅仅是近几十年 的事 。1957 年 B cker 首先提 出了可 以将较小 的电 容器用做储 能器件 ,其具有接近于 电池 的 比能量 。1968 年标准石油公 司 Sohio 首先 提 出了利用高 比表面积碳材料制作双层 电容器 的专利 ,并将该专利技术转让给 N E C 公司。N E C 公司在 1979 年开始生产超级 电容器用于 电动汽车 的启动系统 。几乎 同 时,松下公司研究 了以活性炭为 电极材料 ,以有机溶液为电解质 的超级 电容器 ,此后 超级 电容器开始大规模 的产业化 ,之后又推 出了各种各样 的超级 电容器 。 (二)超级 电容器 的原理与分类 超级 电容器按照其储能原理可分为两类 :双层 电容器和赝 电容器 。双层 电容器 的 基本原理是利用 电极和 电解质之 间形成 的界面双 电层来存储能量 的一种 电子元件 。当 电极和 电解质接触时,由于库仑力 、分子间力或原子间力的作用 ,使 固液界面 出现稳 定 的、符号相反 的双层 电荷 ,称为界面双 电层 。赝 电容也称为法拉第准 电容 ,是在 电 极表面或体相 中的二维或准二维空间上 ,电活性物质进行欠 电位沉积 ,发生高度可逆 的化学吸附/脱 附或氧化/还原反应 ,产生和 电极充 电电位有关 的电容 。 按正负极材料是否相 同可分为对称 电容器和非对称 电容器 。 按充放 电反应是否包含法拉第过程可分 为双层 电容器 、赝 电容器和混合型 电容 器 。 三()超级 电容器与 电池和传统 电容器 的比较 超级 电容器兼有 电池高 比能量和传统 电容器高 比功率 的优点 ,填补 了电池和传统 电容器之间的空 白,如表 1所示 。超级 电容器存储 的能量可达传统 电容器 的 100 倍 以 上 ,与传统 电容器相 比,超级 电容器 的能量密度非常高 ,容量可达到数千法拉 ,但是 它耐压较低 ,受制于 电解质 的分解 电压 ,漏 电流也 比较大 ,容量随频率显著降低 ,所 以适合用做低频容性元件 。与电池相 比,超级 电容器具有非常高的功率密度 、充 电速 度快 ,使用寿命长 。 目前超级 电容器 已经开始部分取代 电池 ,越来越受到人们 的重 视 。 表 1 几种 电化学储 能器件 的性能 比较 (四)超级 电容器 的主要应用领域 超级 电容器作为产 品已趋于成熟 ,其应用范 围也不断拓展 ,在工业 、消费 电子 、 通讯 、医疗器械 、国防、军事装备 、交通等领域得到越来越广泛 的应用 。从小容量 的 特殊储能到大规模 的电力储能 ,从单独储能到与蓄 电池或燃料 电池组成 的混合储能 , 超级 电容器都展示 出了独特 的优越性 。美 、欧 、 日、韩等发达 国家和地 区对超级 电容 器 的应用进行 了卓有成效 的研究 。概括起来 ,有关超级 电容器 的应用或应用研究可 以 分 为 以下几个 方面 。 1. 小功 率 电子设备 的后备 电源 、替换 电源或主 电源 1)后备 电源 。当主 电源 中

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