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[導(dǎo)讀]個公認的能源解決方案,傳統(tǒng)的雙電層電容器(EDLC)具有與自放電特性,能量密度,可靠性,壽命和散熱設(shè)計許多著名的弊端。太陽誘電鋰離子電容器克服這些問題,并且是一個有效

個公認的能源解決方案,傳統(tǒng)的雙電層電容器(EDLC)具有與自放電特性,能量密度,可靠性,壽命和散熱設(shè)計許多著名的弊端。太陽誘電鋰離子電容器克服這些問題,并且是一個有效的替代品的EDLC。鋰離子電容器是混合電容,顯示了EDLC和鋰離子二次電池(LIB)的最佳特性。雙電層電容器首先在日本20世紀70年代創(chuàng)建的,并開始出現(xiàn)在20世紀90年代各種家電。自2000年代,它們已被用于在移動電話和數(shù)碼相機。雙電層電容器通常用于防止突發(fā)性瞬時下降或電力中斷。他們可以在瞬間輸出大量的功率,而一個電池不能。它們經(jīng)常被用作后備電源在服務(wù)器和存儲設(shè)備的集成電路,處理器,存儲器等等。同時的EDLC旨在是備用電源,常規(guī)的EDLC患有這種現(xiàn)象被稱為自放電,其中該電容器會逐漸失去它的電荷隨著時間的推移。自放電可以在暴露于高溫環(huán)境中發(fā)生得更快。極低的自放電鋰離子電容器,即使在高熱量環(huán)境下,保證了持久的費用。此外,鋰離子電容器具有熱失控的危險。沒有額外的熱設(shè)計的考慮,有一個鋰離子電容器進行設(shè)計時空間或組件是必要的。使用鋰離子電容器的穩(wěn)步增長。他們越來越多地依賴于作為補充電源制造和醫(yī)療設(shè)備,甚至瞬間電壓降可能是至關(guān)重要的。它們用來補償不平衡電壓等級的太陽能電池板,甚至在小型設(shè)備的主要動力源。最顯著,鋰離子電容器正在成為在服務(wù)器和其他設(shè)備電源中斷一個優(yōu)選的備份解決方案。

原理與鋰離子電容器的特點相比,雙電層電容器

鋰離子電容器是使用碳系材料作為能與鋰摻雜在負極混合電容器。正如在常規(guī)的EDLC,他們使用的活性炭用于正極。

 

 

圖1:鋰離子電容器construction.Metallic鋰,電連接到負電極,形成在同一時間作為電解液的浸入局部電池。然后,鋰離子的摻雜開始于在負極的碳基材料。一旦摻雜完成后,鋰離子電容器的初始電壓降低到小于或等于3V作為負電極的電勢幾乎匹配鋰。因此,相對于充電/放電的常規(guī)的EDLC的電勢,一個較高的電壓,可以通過使用鋰離子電容器未經(jīng)高電位在正電極,這導(dǎo)致在鋰離子電容器改進的可靠性得到。

圖2:EDLC VS鋰離子自放電特性。

自放電特性

鋰離子電容器中的一個主要特征是其優(yōu)良'的自放電特性“,由預(yù)嵌入鋰的啟用到負電極以穩(wěn)定負電極的電位。圖3顯示了圓筒式40法拉鋰離子電容器充電24小時,在3.8V時在25℃和一個溫度那些對稱型雙電層電容器,其電容是類似于鋰離子電容器的自放電特性。正如圖2所示,對稱型EDLC具有大的自放電。一個月25℃下后,其電壓下降到80%的初始電壓。與此相反,在鋰離子電容器示出好得多的自放電。它可保持在3.7 V,即使100天電壓后25攝氏度的溫度下。

 

 

圖3:類似40法拉鋰離子電池和超級電容器裝置自放電。

浮充電特性

一個圓柱型的浮動充電特性(連續(xù)充電)鋰離子電容器和對稱的EDLC其電容是70℃的溫度下幾乎類似的鋰離子電容器示于圖4中的一個的鋰離子電容器的特性是即使以高電壓充電的3.8伏,電容器可以降低在正電極的潛力低于常規(guī)對稱的EDLC,其阻止了它們浮動充電的惡化,使它們高度可靠的。

 

 

圖4:浮法類似的鋰離子電池和超級電容器裝置的充電特性在70℃。此外,在充電3.5V,一個圓柱型鋰離子電容器85℃的高溫下的浮動充電特性(連續(xù)充電)示出了具有約80%的保持甚至5,000個小時后,將初始電壓的良好的結(jié)果。[!--empirenews.page--]

 

 

圖5:浮法鋰離子電容器的充電特性,在85°C。

充/放電循環(huán)特性的

不像鋰離子二次電池,鋰離子電容器是化學(xué)穩(wěn)定雇用離子的吸附 - 解吸反應(yīng)的產(chǎn)品,使它們不會導(dǎo)致在正電極的充電 - 放電循環(huán)過程中的結(jié)晶轉(zhuǎn)變。此外,鋰摻雜到負電極的碳基材料預(yù)先與鋰離子電容器可以被設(shè)計為降低在負極鋰離子的可用性。這給出了10萬次以上的鋰離子電容器優(yōu)異的充/放電循環(huán)特性,相當(dāng)于常規(guī)對稱型雙電層電容器的。這些應(yīng)用已經(jīng)在實際使用。

溫度特性

獲得即使在高溫下穩(wěn)定的放電和60%以上的體積維持率是即使在-20℃的低溫下實現(xiàn)的。此外,約50%的強體積維持率在極低的溫度達到,甚至當(dāng)受電解液造成的離子的遷移率較小的電壓降。與,很清楚的是,鋰離子電容器具有良好的溫度特性。

高能量密度

鋰離子電容器,3.8伏,的最大電壓比對稱型雙電層電容器的更高,且電容量的兩倍的EDLC的。因此,鋰離子電容器的能量密度是四倍的EDLC的。作為該鋰離子電容器的電容為約88毫安,在3.8 V至2.2 V的范圍內(nèi),該鋰離子電容器具有1庫侖〜100庫侖強放電速率特性。因為它可以在100庫侖放電速率得到約60%的放電容量的,鋰離子電容器,可以說是與在高輸出的應(yīng)用優(yōu)良的放電特性的電容器。在一個圓柱型的200法拉鋰離子電容器和常規(guī)的對稱的EDLC,其大小是類似于鋰離子電容器的Ragone曲線比較,鋰離子電容器的能量密度為8.6瓦時/千克,大得多(約6.5倍),比1.5瓦時/公斤的常規(guī)EDLC的。

 

 

圖6:比ELDCs結(jié)果節(jié)省空間更高的鋰離子電容器的能量密度。

節(jié)省空間

由于其高能量密度,多個的EDLC可以替換為一個鋰離子電容器。在應(yīng)用中,如服務(wù)器和使用幾十的EDLC的集成電路,這會導(dǎo)致顯著節(jié)省空間,從而允許為每個組件之間的整體減少在空間或更多的空間。使用較少的電容器也有助于通過降低發(fā)熱元件的數(shù)量提高熱設(shè)計。

鋰離子電容器的安全性

用在負極由摻雜鋰離子的碳系材料可以創(chuàng)建有關(guān)的安全性,類似鋰離子電池(LIB)的擔(dān)憂。然而,它們的正極的材料組合物是非常不同:LIB采用金屬氧化物及鋰離子電容器用碳系材料,如活性炭,不含有氧氣。這種區(qū)分他們的反應(yīng),當(dāng)內(nèi)部短路發(fā)生。在LIBS,當(dāng)內(nèi)部短路發(fā)生時,內(nèi)部電池的溫度由短路電流上升。負電極和電解質(zhì)溶液之間的下列反應(yīng)導(dǎo)致增加的電池內(nèi)的壓力,其次是晶體的崩潰在正電極和氧中的正極的氧化產(chǎn)物的釋放。這會導(dǎo)致另一個熱失控,和,在某些情況下,點火或爆炸可能發(fā)生由于進一步上升的電解液的內(nèi)部單元和汽化的壓力。與此相反,電池的內(nèi)部壓力也上升在鋰離子電容器,但在此之后,由于材料在正電極中的不同,熱失控現(xiàn)象不會發(fā)生,將反應(yīng)悄悄與安全的開口完成閥門。因此,鋰離子電容器也不會造成任何嚴重的事故,例如通過即使內(nèi)部短路或其它意外事故發(fā)生時,由于它的正電極相比,LIBS材料的差的熱失控火災(zāi)或爆炸。鋰離子電容器,可以說是邏輯上安全的能量裝置,以往的非水溶劑系的EDLC的。下面是一個釘刺試驗到200法拉圓柱型鋰離子電容器的結(jié)果,假定一個實際的內(nèi)部短路。

 

 

圖7:一個釘刺到200圓柱形結(jié)果法拉鋰離子電容器。這些結(jié)果表明,鋰離子電容器,是一種安全的設(shè)備。即使的細胞的增加的外部壁的溫度短路后100ºC,溫度逐漸降低,所述細胞不導(dǎo)致嚴重的問題,如主要的變形或爆炸。與這些結(jié)果中,該鋰離子電容器等效于對稱型雙電層電容器中的安全性。此外,它具有許多功能,例如,它不會引起熱失控,即使上升內(nèi)部單元溫度,不同于LIBS,并且它不含任何金屬氧化物作為正電極的材料。此外,如果發(fā)生了內(nèi)部短路,從負電極的基體材料的洗脫內(nèi)部短路不可能作為負電極的電勢不超過Cu的洗脫潛力。

鋰離子電容器的應(yīng)用

•在服務(wù)器和存儲設(shè)備的集成電路,處理器,存儲器和更多的備用電源。的鋰離子電容器非常適合緊,高溫的空間,因為它提供了能量密度高達四倍的EDLC,優(yōu)異的熱性能特性,電壓保持時間和浮充電的低劣化。

•電源的小家電,應(yīng)用快速充電,輕量,低自放電特性。

•能源設(shè)備結(jié)合光伏電池或風(fēng)力發(fā)電機(例如凸起的標記,發(fā)光負載標志,街道信號燈,或小的LED照明)。

•輔助功率器件為節(jié)能裝置(如復(fù)印機和在啟動時對投影快速鼓加熱)。

•汽車計算機設(shè)備,如怠速停止裝置,硬盤錄像機和制動器用導(dǎo)線。

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