CN202025655U - 一种双电层电容器储能结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种双电层电容器储能结构，尤其涉及一种电动叉车用双电层电容器储能结构。双电层电容器俗称超级电容器，它是一介于物理电源和化学电源间的新型绿色储能能源，所述双电层电容器在固体和液体不同相态时接触，在接触面上，正负电荷为相对排列，形成电双层的结构；所述的双电层电容器没有电介质。本实用新型由于在充放电的时候不发生化学反应，因此使大量电流快速充放电成为可能；充放电操作可在高的温度范围内稳定进行；即使短路也不会发生故障；使用寿命长；不含铅、镉等重金属，较为环保等优点。

Description

一种双电层电容器储能结构

技术领域

本实用新型涉及一种双电层电容器储能结构，尤其涉及一种电动叉车用双电层电容器储能结构，属于电气器件技术领域。 

背景技术

目前，市场用Li离子、NiMH、蓄电池等新型电池可以提供一个可靠的能量储存方案，并且已经在很多领域中广泛使用。但是，众所周知，化学电池是通过电化学反应，产生法拉第电荷转移来储存电荷的，使用寿命较短，并且受温度影响较大，容易短路，这也同样是采用铅酸电池(蓄电池)的设计者所面临的困难；还含有大量的铅、镉等重金属，污染环境。同时，大电流会直接影响这些电池的寿命，因此，对于要求长寿命、高可靠性的某些应用，这些基于化学反应的电池存在着种种不足。 

发明内容

为了解决上述存在的问题，本实用新型为一种双电层电容器储能结构，尤其涉及一种电动叉车用双电层电容器储能结构。 

双电层电容器俗称超级电容器，它是一介于物理电源和化学电源间的新型绿色储能能源，因其具有优越的性能而在现代科技中得到广泛应用。 

电动叉车中的储能源所要求的性能指标： 

1、放电性能：比能量，比功率，放电效率； 

2、充电性能：充电效率，充电时间； 

3、寿命：循环使用次数，总放电量，使用时间； 

4、维护保养：自放电，补水，均衡充电； 

5、环境：再循环利用，污染物的废弃，爆炸火灾，工作温度； 

6、成本：制造成本，维护成本，再循环利用成本。 

就电动叉车配置而言，比能量是首要的技术条件，因为它约束了车辆的行程。另一方面，对于混合动力电动叉车，则比能量的重要性较次，而比功率成为首要的技术条件，这是因为所有的能量来自于能源(发动机或燃料电池)，且为保证车辆制动期间的性能，需要足够的功率。本实用新型公开了一种双电层电容器储能结构，其特征在于，所述双电层电容器在固体和液体不同相态时接触，在接触面上，正负电荷为相对排列，形成电双层的结构； 

所述的双电层电容器没有电介质； 

所述的双电层结构的比容量为8-12uF/cm³； 

所述的双电层电容器是由多个单体电容201组成； 

所述的单体电容201还包括集电体(202、205)、电极(203、206)、隔离层204； 

所述的集电体(202、205)位于所述单体电容201的最外层；所述电极203、206)位于所述集电体(202、205)内侧；所述电极(203、206)夹有隔离层204； 

所述隔离层204的材质为活性炭； 

所述的隔离层204还包括活性炭孔205； 

所述的活性炭孔205平均孔径1.15nm；总孔容积1.13cm3/g。 

一般情况下电容器是在两个相对电极之间用电介质隔开而构成的，例如在铝电解电容器中采用了铝氧化腊，在钽电解电容器中采用了钽氧化膜，作为各自的电介质。 

同一般的电容器相比，超级电容没有电介质，而是利用所谓的电双层结构取代其实现电解质的机能。当固体和液体这两个不同相态接触的时候，在接触的界面上，正负电荷为相对排列，形成电双层的结构。超级电容就是利用了这个原理，其模型的表示如图1所示。 

由于界面中形成的电双层结构的比容量一般都为数十uF/cm²，所以超级电容的比表面积很大，导电率也很高，即使在电解液中，电化学性质稳定的活性炭也作为电极材料被广泛的采用。由于超级电容在充放电时伴随着离子的移动，而且是直流电，因此适合在低频率下工作。 

为了防止由电极的接触引起的短路，两活性炭电极间有隔离层，同时将两个集电体面对面置于活性炭电极外侧就构成了单体电容，而它基本上是不分极性的。 

超级电容是通过电极上正负电荷的物理性的吸咐和脱落而进行充放电操作，它同利用氧化还原反应进行充放电的蓄电池相比较，有以下的特点： 

1、由于在充放电的时候不发生化学反应，因此使大量电流快速充放电成为可能； 

2、充放电操作可在高的温度范围内稳定进行； 

3、即使短路也不会发生故障； 

4、使用寿命长； 

5、不含铅、镉等重金属，较为环保。 

超级电容根据采用的电解液的不同，可以被分为有机物电解质超级电容和水基溶液电解质超级电容，其中有机物电解质超级电容的单体电压是很高的。电容中被储存的电能公式为： 

E(J＝W·s)可以表示为：E＝(1/2)CV²

其中，电容电压为V，电容容量为C。 

因此，从比能量这点上来看，有机物电解质超级电容是非常优越的，但是，其电解液的成本却相对较高。 

图3，超级电容的电容量介于铝电解电容器和化学蓄电池之间，然而对蓄电池的利用仍是主要的。同铝电解电容器相比，由于超级电容小型且容量大，所以在录像机、传真、电话、电阻器等的电源断时，或者在摄影机、立体声耳机等的主电源更换电池的时候，利用其作为备用电源使用。 

图4，当叉车制动时，发动机城制动中仍有运转过程。为了使能源快速回收，一般用蓄电池来回收它，但由于频繁的快速充电降低了蓄电池的使用寿命。而使用双电层电容器几乎能够将能源近乎100％地快速回收，然后再向负载及电池输送电能，以实现能源的有效利用。同时，由于双电层电容器具较大的放电功率，因此在叉车起动和加速过程中可使蓄电池的寿命延长，并使组数减少，从 而减轻车体自身重量。 

双电层电容器静电容量是同体积普通电容器的10⁵-10⁶倍^[2]，与二次电池相比，它具有容量大、充放电速度快、循环寿命长、功率密度高、漏电流小、电压保持性能好、充放电过程简单以及循环寿命长，制造成本低。可以广泛应用于电动叉车、电动汽车、动车组等众多车业。 

附图说明

图1是由充放电引起的电双层结构的变化； 

图2是单体电容截面图； 

图3是超级电容的电容量； 

图4是电动叉车在叉车能源再生系统中的应用图。 

具体实施方式

按照本实用新型的技术方案，开发一种双电层电容器储能结构，该双电层电容器在固体和液体不同相态时接触，在接触面上，正负电荷为相对排列，形成电双层的结构； 

该双电层电容器没有电介质； 

该双电层结构的比容量为8-12uF/cm³； 

该双电层电容器是由多个单体电容(201)组成； 

该单体电容(201)还包括集电体(202、205)、电极(203、206)、隔离层(204)； 

该集电体(202、205)位于所述单体电容(201)的最外层；所述电极(203、206)位于所述集电体(202、205)内侧；所述电极(203、206)夹有隔离层(204)； 

该隔离层(204)的材质为活性炭； 

该隔离层(204)还包括活性炭孔(205)； 

该活性炭孔(205)平均孔径1.15nm；总孔容积1.13cm3/g。 

Claims (4)

1.一种双电层电容器储能结构，其特征在于，所述双电层电容器在固体和液体不同相态时接触，在接触面上，正负电荷为相对排列，形成电双层的结构，所述的双电层电容器没有电介质，所述的双电层结构的比容量为8-12uF/cm³，所述的双电层电容器是由多个单体电容(201)组成，所述的单体电容(201)还包括集电体(202、205)、电极(203、206)、隔离层(204)。

2.根据权利要求1所述的双电层电容器储能结构，其特征在于，所述的集电体(202、205)位于所述单体电容(201)的最外层；所述电极(203、206)位于所述集电体(202、205)内侧；所述电极(203、206)夹有隔离层(204)。

3.根据权利要求1所述的双电层电容器储能结构，其特征在于，所述隔离层(204)的材质为活性炭；所述的隔离层(204)还包括活性炭孔(205)。

4.根据权利要求1所述的双电层电容器储能结构，其特征在于，所述的活性炭孔(205)平均孔径1.15nm；总孔容积1.13cm3/g。 

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