超级电容回收再生能源技术.doc

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1、超级电容回收再生能源技术摘要：超级电容器是一种高效、实用、环保的能量存储装置。在轮胎式龙门集装箱起重机（RTG）中，超级电容器能够保存所有机构反馈的能量，避免了反馈能量的损耗，在荷载突增的情况下(起升瞬间)提供补充能量，平稳发动机工作状态，达到节能的目的。在起重机动力系统电路中，工作电压大大超过了单体电容的最大允许值，需要多个单体电容合理连接才能满足电压要求。超级电容器在装备机械、电动汽车、消费类电子电源、军事、工业等高峰值功率场合有着广泛的应用。当前美国、日本、俄罗斯的产品几乎占据了整个超级电容器市场，我国在超级电容器领域的研究与应用水平明显落后于世界先进水平。随着人口的急剧增加和社

2、会经济的飞速发展，资源和能源的日渐短缺，生态环境日渐恶化，人类将更加依赖于清洁和可再生的新能源，超级电容器正是这种储能元件，它对再生能量的回收利用起到关键性作用。目前超级电容器已经在轮胎式龙门集装箱起重机（RTG）中进行了成功的应用。但是由于超级电容器在RTG上的应用，只是最近时期才发展起来的，对其研究和性能分析还不够，所以装备了超级电容器的RTG的性能还不是很稳定，其中的规律还没有掌握透彻，所以有必要对超级电容器在RTG上的应用特性和规律开展研究和分析，为超级电容器在工程机械上的进一步应用奠定基础。1什么是超级电容器超级电容器是介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置,其容量可

3、达几百至上千法拉。与传统电容器相比,它具有较大的容量、较高的能量、较宽的工作温度范围和极长的使用寿命；而与蓄电池相比,它又具有较高的比功率,且对环境无污染。因此可以说,超级电容器是一种高效、实用、环保的能量存储装置。几种能量存储装置的性能比较如表1所示。表1能量存储装置性能比较元器件比能量/Wh·kg-1比功率/W·kg-1充放电次数/次普通电容器<0.210000～1000000>1000000超级电容器0.2～20.0100～10000>100000充电电池20～200<500<10000一般认为超级电容器包括双电层电容器和电化学电容器两大类。（1）双电层电容器双电层电容器是通过电

4、极与电解质之间形成的界面双层来存储能量的新型元器件，当电极与电解液接触时，由于库仑力、分子间力、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，称为界面双层。双电层电容器使用的电极材料多为多孔碳材料，有活性炭（活性炭粉末、活性炭纤维）、碳气凝胶、碳纳米管。双电层电容器的容量大小与电极材料的孔隙率有关。通常，孔隙率越高，电极材料的比表面积越大，双电层电容也越大。但不是孔隙率越高，电容器的容量越大。保持电极材料孔径大小在2～50nm之间提高孔隙率才能提高材料的有效比表面积，从而提高双电层电容。（2）赝电容器原理赝电容，也叫法拉第准电容，是在电极材料表面或体相的二维或准二维空间上，

5、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，产生与电极充电电位有关的电容。由于反应在整个体相中进行，因而这种体系可实现的最大电容值比较大，如吸附型准电容为2000×10–6F/cm2。对氧化还原型电容器而言，可实现的最大容量值则非常大，而碳材料的比容通常被认为是20×10–6F/cm2，因而在相同的体积或重量的情况下，赝电容器的容量是双电层电容器容量的10～100倍。目前赝电容电极材料主要为一些金属氧化物和导电聚合物。金属氧化物超级电容器所用的电极材料主要是一些过渡金属氧化物，如：MnO2、V2O5、RuO2、IrO2、NiO、WO3、PbO2和Co3O4等

6、。金属氧化物作为超级电容器电极材料研究最为成功的是RuO2，在H2SO4电解液中其比容能达到700～760F/g。但RuO2稀有的资源及高昂的价格限制了它的应用。研究人员希望能从MnO2及NiO等贱金属氧化物中找到电化学性能优越的电极材料以代替RuO2。用导电聚合物作为超级电容器的电极材料是近年来发展起来的。聚合物产品具有良好的电子电导率，其典型的数值为1～100S/cm。一般将共轭聚合物的电导性与掺杂半导体进行比较，采用术语“p掺杂”和“n掺杂”分别用于描述电化学氧化和还原的结果。导电聚合物借助于电化学氧化和还原反应在电子共轭聚合物链上引入正电荷和负电荷中心，正、负电荷中心的充电程度

7、取决于电极电势。导电聚合物也是通过法拉第过程大量存储能量。目前仅有有限的导电聚合物可以在较高的还原电位下稳定地进行电化学n型掺杂，如聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩等。现阶段的研究工作主要集中在寻找具有优良的掺杂性能的导电聚合物，提高聚合物电极的充放电性能、循环寿命和热稳定性等方面。2超级电容RTG典型的轮胎式龙门集装箱起重机（RTG）驱动控制系统采用交流变频驱动技术，将来自柴油发电机组的交流电源通过变频器的交直流转换装置，整流成直流电源，挂在直