超级蓄电池

超级电容器是一种电容量可达数千法拉的电容量极大的电容器。根据上述电容器的原理，电容量取决于电极间的距离、介质、电极表面积。为了获得如此巨大的电容量，超级电容器尽可能地缩短电极间的距离，增大电极表面积，为此根据双电层原理与采用椰壳活性碳多孔化高表面积电极。双电层介质在电容器两电极间施加电压时，在靠近电极的电介质界面上产生与电极所携带的电荷相反的电荷并被束缚在介质界面上，形成真正义意上的电容器的两个电极。由于两电极间距离极小，电极表面积极大，从而这类电容器具有极大的电容，可以储存极大的静电能量。当两极间电势低于电液的氧化还原电位时，电液界面上的电荷不会脱离电液，超级电容器正常工作，若电容器两端电位高于电液的氧化还原电位时，电液会分解，这是异常现象。由于随着超极电容器放电，正、负极板上的电荷向外电路释放，电液界面上电荷相应减少，这里看出：超级电容器放电充电过程始终是物理过程，没有化学反应。 2、超极电容器的种类：  目前国内外的超级电容器大致分为三类： A、碳—碳结构双电层电容器  正、负电极都采用超大比表面的活性碳等材料的碳电极。这种超级电容器的储能方式属于静电储能，能量的储存与释放不涉及到伴随质量转移的氧化还原反应过程，能量的储存与释放速度极快，功率密度大，充放电次数可高达50万次以上，是所有超级电容器中寿命最长的一类。 B、金属氧化物及导电聚合物超级电容器  电极采用过渡金属氧化物和导电高聚物，电极反应是以快速法拉弟氧化还原反应为基础，绝大多数电荷转移发生在固体电极表面或表面附近的薄膜层内这种反应包含许多个电化学过程，综合表现出一个电容特性，蓄电池电容器属于这类。金属氧化物电极RbO2、PbO2等都可以，铅蓄电池正极是PbO2，这类电容器的电容比双电层电容大得多，能量密度也很高，充放电次数达10000次以上，这类电容器极具发展潜力。 C、混合型超级电容器      这类电容器是利用氧化物超级电容器的超大比能量与双电荷层超级电容器的有效综合与配比，获得比双电荷层超级电容器高出几倍的比能量，而且循环
寿命高达10万次以上。      从上看出：混合型超级电容器在比能量、工作温度、价格等诸多方面有极大优势。  3、超级蓄电池是利用综合型超级电容器的改进，将蓄电池的正极（PbO2）作超级电池与超级电容的一个电极，符合金属氧化物类型要求，再将蓄电池的负极作成双性电极（即电容性与电池性），经过无数次的研究试验，作了换代性的研究，其过程如下：  第一代双性负极                作成电池负极与电容负极并联作负极，正极用PbO2。  第二代双性负极            将原来电池的负极分成两半，一半为电池板，一半为电容板，这是一次大的改进，确具电池电容双性，但加工困难，不适合于工业规模生产。  第三代双性负极（又名双层极板）        
    这种双性负板在原有极板基础上表面电渗析一层薄炭（C），作为电容电极，内层为Pb，作电池电极，这样兼具两性（电容、电池），而且在现有电池工厂不要进行额外投资就可以大规模生产，只是工艺配方进行重新制定，因此可以立即投产，能为现电池厂普遍接受。为超级电池快速进入市场奠定生产基础，能抢先进入市场，作为现有电池的升级替代产品，潜力巨大，前景广阔。 超级蓄电池水平分析，可行性和可靠性评估，使用方式与范围： 1、水平分析      超级蓄电池是近年来超级电容器问世后的又一次突破，单纯使用超级电容器对于其电源系统的功与能要求尚存不足，这种介于电池与普通电容之间的无源器件，只有与蓄电池并联使用才具有真正意义的使用价值，它具有极优异的大电流放电特性，低温性能好，很好的充放电循环性能与很长的寿命，是一种当前乃至今作为电动车辆最具魅力的动力电源。超级蓄电池兼有电池特性与电容特性，利用电容特性在放电时以移动储存的电荷放去电子（不是化学反应）释放电流，又利用电池提供化学反应产生的电能，因而这个超级蓄电池是一类新型储能装置，它既靠极化电液来储存静电能量，又靠电化学反应储蓄能量的双重储能的电化学装置，又称电化学—金属氧化物双层电池电容器。在储能机理上，它具有高度可逆性，反复上万次充放电，而且可以大电流放电，又能快速充电，工作温度范围广（-40～ +50℃）。超级蓄电池外形尺寸具有与原来电池一样的大小，且电容量高，电压记忆特性好，可靠性高。      超级蓄电池内有超级电容器，既可看作是悬挂在电液中的两个不起化学反应的多孔板，板的两端施加一个电压，正极板上的电位吸引负离子，而负极板上电位吸引正离子，产生两个电容储能层。这是基于利用电子导体的C膜与离子导体的电液之间形成感应双电荷层的原理作成。超级电容器是由两个起电装置并联装在原来的电池中而成的电源供能系统。     现将超级蓄电池设计、工艺关键技术作一论述：  设计：超级蓄电池是将电池与电容并联安装在原来流行的电动车电池槽内     ①正极为PbO2，既是电池正极又是电容的正极，也叫双性正极。  ②负极是双性的，既是电池负极活物质为海绵状铅，同时又具电容电极即炭电极，特殊之点也是关键技术之一，即在电池负极板之上表面电渗析一层均
匀分布的炭膜，它具电容器电极特性。  ③电液吸附在AGM内。  工艺：正极制造按特殊工艺进行，配方特异（已申报专利）并有袋装专用正极配合剂，已有批量生产，可大量供应市场。负极制造按双性极板配方料并添加有混合碳料，通过电化成（电渗析）在极板表面生成均匀的薄膜——碳膜。（专用袋装料）      生产工艺成熟，生产设备可利用原来电池厂的生产设施，无需特别改造就完全可以生产具有电容电池双性的超级蓄电池极板。 2、生产可行，产品性能可靠      生产可行：利用原有生产设备，采用成熟电池生产工艺，只有电容性电极需要采用增加关键工艺，目前已经小批量生产验证。生产流程简单，产品质量稳定，正品率很高。     产品性能可靠：已有检验结果（见附表）    超级电容器性能：  电容是将电荷分隔开来的方式储存能量，储存电荷的面积越大（多孔性好Pb-C电极）电荷隔离的距离越小AGM隔膜（电介质）紧压缩，这样电容就很大。这比传统电容器（薄膜用纸质（纸质电容）用陶瓷等电荷板隔开，不可能作得很薄）的电容要大得非常多。要求超级蓄电池的内阻非常小，作为动力储能的超级蓄电池方取得高率充放电情况下有极大的功率储存能力。  超级电池性能突显容量饱足，循环衰减极小，充电接受极佳，适于大电流放电。 3、使用方法与范围      目前用作电动轻型车辆（电动单车、电动摩托）的动力电源，使用超级蓄电池是当前在用电池的升级品，它使用寿命长，动力强劲，能大电流放电，又能快充电（充电接受能力强）是当前在用的电动车电池无可伦比的不可替代的一代新产品。另外，目前的超级蓄电池比以往用蓄电池并联另一个超级电容器的组合体系要安装方便，使用、维护简单。使用超级蓄电池不需再另外并联超级电容器，其使用范围更广，目前只在轻型电动车作动力电源。其实可以作起动用，牵引用。目前已批量用于无轨电车，使用达8年之久。至于其他领域完全可以使用超级蓄电池，只是要按需设计罢了。
超级蓄电池潜在优势  1、寿命长；2、安全可靠；3、储能量大；4、适应温度宽；5、可以大放快充；6、绿色环保；7、在车辆起步、爬坡时的尖锋功率要求能缓解电池的负担 尚待解决的问题：自放电较大，正极腐蚀加剧。  综观以上，超级蓄电池是驱动电力车辆的理想电源，可以从根本上解决当前现行电池质量水平较低而制约电动车发展的瓶颈。 超级蓄电池比飞轮电池更胜一筹。是一次电源技术的革命。 结论：  ①基本理论正确，生产技术可行、可靠。科技含量很高，产品带有前瞻性，是当前动力电池的重大突破，应用前景广阔。  ②可以批量投产。   参考文献：略。