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儲能器的研究方法

發布時間:2022-09-27 05:43:35

❶ 旋轉電機的工作原理是什麼

能量守恆原理是物理學的一條基本原理。這條原理的含意為:在質量不變的物理系統內,能量總是守恆的;即能量既不會憑空產生,也不會憑空消滅,而僅能變換其存在形式。
在傳統的旋轉電機機電系統中,機械繫統是原動機(對發電機來講)或生產機械(對電動機來講),電系統是用電的負載或電源,旋轉電機把電系統和機械繫統聯系在一起。旋轉電機內部在進行能量轉換的過程中,主要存在著電能、機械能、磁場儲能和熱能四種形態的能量。在能量轉換過程中產生了損耗,即電阻損耗、機械損耗、鐵芯損耗及附加損耗等。
對旋轉電機來說,損耗消耗,使其全部轉化為熱量,引起電機發熱,溫度升高,影響電機的出力,使其效率降低:發熱和冷卻是所有電機的共同問題。電機損耗與溫升的問題,提供了研究與開發新型旋轉電磁裝置的思路,即將電能、機械能、磁場儲能和熱能構成新的旋轉電機機電系統,使該系統不輸出機械能或電能,而是利用電磁理論和旋轉電機中損耗與溫升的概念,將輸入的能量(電能、風能、水能、其他機械能等)完全、充分、有效地轉換為熱能,即將輸入的能量全部作為「損耗」轉化為有效熱能輸出。
基於上述思路,作者提出一種基於旋轉電磁理論的機電熱換能器,其旋轉磁場的產生與旋轉電機類似,可以是由多相通電的對稱繞組產生,也可以由多極旋轉的永磁體產生,採用適當的材料、結構和方法,利用磁滯、渦流和閉合迴路的二次感應電流綜合效應,將輸入的能量完全充分地轉換為熱能,即將旋轉電機傳統意義上的「損耗」轉化為有效熱能。它將電、磁、熱系統和以流體為媒質的熱交換系統有機地組合在一起。該新型的機電熱換能器既具有逆問題的研究價值,又拓寬了傳統旋轉電機的功能和應用。

❷ 大學電路 一階響應 復頻域分析

因為如果你想知道電路的全響應,可以根據疊加定理把全響應拆為零狀態響應和儲能器件激勵下響應之和。而儲能器件初始儲能的數值是沒辦法知道的,所以不適合用全響應結果與激勵的比值作為研究對象。零狀態相應則不同,一旦電路結構確定下來,零狀態響應就確定下來了,所以這樣計算出來的傳遞函數是只與電路結構相關的結果。

如何解決電能危機從探索新型發電形式角度分析

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本文為《國家科學評論》(National Science Review)Forum文章「A forum on batteries: from lithium-ion to the next generation」的中文版本,英文原文鏈接:https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa068。
2019年,諾貝爾化學獎授予了三位鋰離子電池領域的先驅者:美國德克薩斯大學奧斯汀分校的約翰·古迪納夫(John Goodenough)教授、美國紐約州立大學賓漢姆頓分校的斯坦利·惠廷厄姆(Stanley Whittlingham)教授以及日本旭化成公司的吉野彰(Akira Yoshino)先生。
經過幾十年的發展,鋰離子電池能量密度的提升速度已明顯放緩,並逐漸接近理論極限。與此同時,固態電池、鈉離子電池、鋰硫電池、燃料電池等新型儲電和發電體系快速發展,開始為各種應用場景提供更多選項。
在此次由《國家科學評論》(National Science Review, NSR)編委成會明主持的論壇中,幾位電池領域的專家充分探討了鋰離子電池面臨的瓶頸和發展方向,分析和暢想了下一代電池的前景與應用,並對我國電池研究與產業的現狀進行了梳理。
鋰離子電池:極限未至

成會明: 有觀點認為,鋰離子電池的發展已接近極限,大家認同這種說法嗎?
李泓: 我個人不認同這種看法。鋰離子電池的性能包括多個方面:質量能量密度、體積能量密度、循環性、充放電速率、高低溫適應性、安全性等。在這些性能中,只有質量能量密度和體積能量密度存在可以定量的理論極限。
僅以這兩個指標而論,我認為也至少還需要十年的研究,才有可能達到極限。具體來說,鋰離子電池的正極材料目前主要有四大類:鈷酸鋰(LiCoO2)、三元材料(Li(NiCoMn)O2)、磷酸鐵鋰(LiFePO4)和錳酸鋰(LiMn2O4)。
其中磷酸鐵鋰和錳酸鋰的實際能量密度已經接近理論極限,而鈷酸鋰和三元材料還有發展空間。
鈷酸鋰和三元材料的理論容量極限是274 mAh/g,而目前已經達到的最高水平分別在205 mAh/g和210 mAh/g左右。通過優化,比如開發高鎳、低鈷或者無鈷的三元材料,還可以進一步提升性能、降低成本。
在這四大類之外,還有富鋰錳基正極材料,如xLiMO2-(1-x)Li2MnO3等。它的理論容量極限更高,在x=0時可以達到480 mAh/g。北京大學夏定國團隊的研究結果已達到400 mAh/g,在工業上則可以做到300 mAh/g,都還可以進一步提升。
負極也同樣還有發展空間。目前常用的是石墨負極,此外還有硅負極、納米硅碳負極等。眾所周知,硅負極的理論容量很高,可以達到4200 mAh/g,但它存在一個主要問題,就是體積膨脹較大。如果能適度控制體積膨脹,硅負極將進一步發展並獲得更多的實際應用。
此外,如果開發出含鋰的負極,那麼正極就可以不含鋰,正極材料的選擇范圍就會更寬,又可以創造出新的發展空間。
對於鋰離子電池的其他指標,如循環性、充放電動力學性質、高低溫適應性、安全性等,我們或者還不知道極限在哪裡,或者現有水平距離極限還十分遙遠,所以更不能說已經接近極限。
總之,鋰離子電池是一個開放可拓展的體系,我們可以不斷探索和優化新的材料、電極設計和加工工藝,從而不斷提升它的能量密度和其它各項性能。這其中需要解決的問題還有很多,仍需要創造性的深入細致的研究。
陳軍: 鋰離子電池是一個相對復雜的體系,主要由正極、負極、電解液、隔膜構成。其中部分商業化的正負極活性材料,如鈷酸鋰正極、石墨負極等在容量、倍率性能等方面都已接近發展極限。但隨著新型電極材料的開發和發展, 材料的更新換代將為鋰離子電池提供更大的發展空間。
目前,鋰離子電池發展的主要方向是正極、負極材料容量的提升和電池綜合性能的提高。其中,決定電池容量等性能的高容量正極是核心,與之相匹配的負極、電解液及電池制備工藝技術是關鍵。
綜合來看,近期的具體目標應該是:能量密度達到300~350 Wh/kg、較快速的充放電、滿足-30~60℃的使用要求、常溫循環壽命超過1500次、成本0.6元/Wh(Pack)。
孫世剛: 多年以來,鈷酸鋰、三元材料等體系不斷發展,已經相當成熟。但是應該注意到,在這些體系逐漸接近極限的過程中,其性能提高的速度其實是越來越慢的,也就是說,我們遇到的問題是越來越難的。
要解決目前面臨的問題,我們或許應該回過頭來,重新對這些體系中的基本科學問題和科學規律進行梳理和研究。如果能夠更好地用數學、物理模型來描述電池的運行機制,將有助於我們解決這些問題,進一步接近極限。
同時在工業上,電池是一個系統性的產品。有了更好的基本理論,就可以更好地預測能量密度的提升會對整個系統,包括電池的其他性能以及電池的成本,帶來怎樣的影響。
成會明: 我也同意鋰離子電池還有很多發展和完善的空間。進一步的發展可以從三個層面來展開:首先,不斷改進已有的材料;其次,不斷發現新的材料;第三,還可以開發新的體系,從傳統的液態電池,逐漸向半固態、固態,甚至其他的電池體系發展。
鋰離子電池:問題與方向

成會明: 實驗室中的研究成果常常無法在工業上順利實現,所以從工業應用的角度來看,鋰離子電池的發展空間還會更大一些。
張宏立: 確實如此。從工業生產角度看,現有體系中還有很多需要解決的實際問題。
首先,是剛才李泓老師提到的硅基負極的膨脹問題。硅基負極在循環過程中的膨脹會導致在電池的生命周期中,模組的預緊力會越來越大,如果預緊力最終突破了模組的設計強度,將會給產品帶來災難性的後果,這是電動汽車廠商和電池企業所不希望看到的。
第二,是高鎳三元體系的安全性問題。高鎳材料具有很高的能量密度和綜合性能,但是它不如磷酸鐵鋰或低鎳三元材料穩定,其安全性是急需解決的重大挑戰。
第三,是磷酸鐵鋰技術的進一步突破。過去,很多人都認為磷酸鐵鋰的性能不夠高,但是作為一種無鈷的正極材料,磷酸鐵鋰具有低成本、高安全性、長壽命等優點,而且其發展尚未達到極限,所以最近它重新得到了整個產業鏈的關注。我所在的國軒高科也從2006年創立之初就布局磷酸鐵鋰,目前已經突破了鐵鋰單體電芯200 Wh/kg的技術水平,並仍在進一步探索提升。
第四,我們希望寬溫層電解液能夠有所突破。在實際工作中,很多客戶要求電池能夠在廣闊的地域中使用,即要求電池在從-40℃到80℃的區間內都具有優異的性能,而不是只能適用於低溫或者高溫。從電解液添加劑到溶劑體系都還有很大的進步空間。
最後,電池的輔助材料仍需優化。除正極、負極、電解液、隔膜四大主材之外,集流體、導電劑、粘結劑等附屬材料技術同樣對電池整體性能的突破非常重要。
李泓: 張院長提到的幾個問題都非常關鍵。首先是硅負極的體積膨脹問題。插入鋰離子之後,硅原子的本徵體積膨脹是320%,這一點是無法改變的。所以要控制體積膨脹,通常只能在顆粒層面和電極層面去調整。
其次是三元材料的安全性。我認為從本質上講,安全問題的發生是由於液態電解質與正、負極材料發生化學反應,進而導致熱失控的結果。所以,要解決安全性問題,關鍵在於電解質的升級換代,逐漸向固態電解質發展。
當然,對於液態電解質的電池,也可以通過調控添加劑和電解質組分,或者對電極材料進行表麵包覆,來使電極表面更加穩定。
此外我認為,對於三元材料,我們還需要進行更系統的機理研究,需要在分子、顆粒、電極、電芯等各個層面上,將熱、電、體積變化等因素耦合在一起,做出更清晰的解釋。
此外,張院長還提到磷酸鐵鋰正極。近年來磷酸鐵鋰電池技術的發展很好,已經可以在某些方面與三元材料相匹敵。
下一步的發展,我想一方面是材料的調整,比如向磷酸鐵錳鋰發展,另一方面也要對其中的科學問題,比如鐵錳比例對離子輸運和動力學的影響做進一步的闡明。
預鋰化、新負極材料、固態電解質的應用也會進一步提升磷酸鐵鋰電池的電化學性能、安全性和單體的最大容量。
最後是輔助材料。其中,粘結劑對於電池的循環性能有很大影響。電池中粘結劑的用量較少,所以要對它進行定量的表徵分析比較困難,要在真實體系中研究粘結劑與活性材料、導電添加劑、集流體、隔膜等的相互作用也很困難。
隨著下一代新型電池的發展,粘結劑的形式也可能發生改變。目前對它的理論和實驗研究都還相對較少。
黃雲輝: 在實際應用中,需要對各種性能進行綜合考慮和協同提升。這其中,安全性以及相關的熱量管理和電池管理系統都非常重要,但在基礎研究中還沒有得到足夠的重視。
關於電池的熱量管理,除了材料本身,還可以通過輔助手段,藉助熱量管理系統和循環系統,來調節材料所處的實際溫度環境,由此來拓展電池整體的溫度適用范圍。
孫世剛: 電池研究一定要考慮實際應用場景,以滿足實際需求為目標開展。黃老師剛剛講到的,通過輔助系統來拓展電池的溫度極限就是這樣一個例子,只有充分考慮不限於電池本身的各方面要素,才能讓電池在深空、深海等極端環境中有效工作。
科學研究和產業實踐的考慮常常是不一樣的。我們做研究,主要目標就是不斷提升能量密度,但是做產業應用的人需要考慮更多方面,追求綜合性能。所以,我們在基礎研究中,也應該更多地考慮需求。
陳軍:
電池的實驗室研究和產業應用在研究方法和關注維度等方面都存在很大差異。另外,我國高校科研經費大部分來源於政府資金資助,極少部分來源於工業企業,有些工業企業雖然有自身的研發機構,但還亟待完善。將高校的優勢和企業的優勢進行有機結合,也是將來要重視的工作。
成會明:
研究的思路和產業化的思路確實有很大不同。我想請張院長講一講,產業界對電池技術的期望是怎樣的?
張宏立: 對於新的電池技術方案,產業界的期望主要有三點,高性能、易製造,以及面向全生命周期的設計。
首先是高性能,具體來講,要有優異的電化學性能、出色的安全性能、好的機械性能,以及優秀的熱學性能。在工業界,我們評價產品不是只看單一指標,而是圍繞綜合的雷達圖,來追求綜合維度上的最優解。
其次是易製造。首先,無論一種材料多麼優秀,它必須要在工藝上易實現才能真正用於工業生產。第二,要成本可接受,除了航天航空等特殊領域,我們的產品一定要追求物美價廉,盡量降低成本。
第三,我們希望新的技術最好可以兼容現有的工藝設備體系,讓已有投資盡量不浪費。第四,生產效率要高,要能夠在合適的時間尺度上實現大規模製造。
此外,一定要面向全生命周期進行新產品的設計,要從設計之初就考慮到未來的梯次利用、資源回收利用等問題。

新型電池:安靜生長

成會明: 有哪些有潛力的新型電池?

陳軍: 在傳統鋰離子電池基礎上,從長遠來看,開發有機正極材料是一個可能帶來突破的方向。有機正極材料容量高、成本低、綠色環保,可通過豐富的系統性分子設計來構築電極材料,還有含鋰、無鋰化合物的靈活組合。
當然,目前有機正極材料還存在一定的挑戰,比如電導率較差、功率密度不高、在有機電解液中有一定的溶解性等。目前基於有機正極材料的鋰離子電池尚處於實驗室階段,但潛力十足。
此外,有潛力的新型充電電池有鈉離子電池、水系電池、鋰硫電池、金屬-空氣電池,其中鈉離子電池、水系電池在大規模儲能領域有應用前景;在電動汽車領域,需要高能量密度的電池,固態化技術是一個重要方向。另外,作為發電技術的燃料電池已有較長的歷史,機遇與挑戰並存。
李泓: 我不確定負極含鋰的電池是否還屬於鋰離子電池,但是不管怎樣界定,將電解質從液態換成固態都是一個很有希望的方向。
其次,鈉離子電池很有潛力。它的材料成本很低,各方面性能也都不錯,在家庭儲能、規模儲能、通訊基站、低速電動車等應用場景中,有希望部分替代鉛酸電池和鋰離子電池。
當然,還有鋁、鎂等其他金屬的離子電池。但是鋁、鎂離子電池的循環性和動力學性能很差,很難做成可以多次充電的可逆電池,因此我個人不太看好。
此外,目前還在發展中的新型電池還有鋰硫電池。如果它的循環性可以繼續提高,有望應用於無人機,或者其他重視質量能量密度,但不特別強調體積能量密度的場景中。
另外還有鋰空氣電池,它的研究更難一些,可以說是集中了燃料電池、鋰離子電池和金屬鋰電池的難點,相關的基礎研究依然處於初步階段,還需要比較長的時間來發展。
黃雲輝: 鈉離子電池確實很有希望,但在走向產業化之前,它也面臨很多問題。
首先,我們還沒有真正了解哪些正、負極材料可以產業化。其次, 雖然它的資源成本很低,但在產業化之前,鈉離子電池的整體成本並不低。
尤其是在目前鋰離子電池的成本已經相當低的情況下,鈉離子電池如何降低成本到足以部分替代鋰離子電池的程度,還是一個很大的挑戰。
鋰硫電池也是一樣,相關研究很多,在合適的場景中也有很好的應用前景,但是對於它所固有的缺陷,我們還必須想辦法改進。比如,如何降低它的電解液用量以減小體積、如何提高安全性等。
孫世剛: 這些新型電池主要是兩類,一類是離子電池,包括鈉離子電池、鎂離子電池等。第二類是金屬電池,包括鋰硫電池、鋰空氣電池等。
其中金屬電池的挑戰性更大,在具備高能量密度的同時也面臨很多問題,比如安全性和循環性不夠好。而我認為,由於我們對其中的基礎過程理解不到位,所以很多目前的研究思路都不是根本性的思路。
舉例來講,對於鋰金屬表面長枝晶的問題,我們現在常用人工保護膜等物理方法來改善。但是我認為,枝晶生長的本質是一個溶解和結晶的電化學過程,去控製成核生長過程才是最根本的方法。
當然,要控制鋰金屬的結晶難度很大,還需要進一步研究鋰金屬負極在不同電解液中的溶解和結晶規律,從根本上找到解決方法
所以我還是要強調,在開發新體系的過程中,基礎研究非常重要。
張宏立:
對於各種新型電池體系,我們產業界也非常關心。當然,大多數新技術距離產業化還有比較遠的距離,其中進展相對較快的可能還是半固態電池,我們希望能在這方面有所突破,之後再逐漸實現全固態。
我很認同我們公司董事長的一個提法,他認為,電池技術的進步50%依賴於材料科學的進步,30%依賴於電池製造技術的進步,另外20%依賴於產品系統設計的進步。
這其中最重要的是材料技術的突破。在這方面,我們公司投入了非常多的精力,並與全球的高校和科研機構積極合作。如果在實驗室中出現了基礎性的重大突破,我們希望能盡快將其轉化為顛覆性的電池產品。
電池的製造技術包括電芯、模組和電池包的製造。目前,我們的製造技術還不能完全滿足主機廠的要求,還需要進一步降低成本、提高安全性,並更好地與整車系統相匹配。
最後是產品系統的設計,比如最近業界頻繁提到的無模組技術,是否能夠真正地將整個汽車底盤做成一體化的大電池,也是努力的方向。
成會明: 我很贊同大家的觀點。首先,下一代電池能否取得突破,很大程度上取決於基本科學問題能否取得突破。大家剛才提到的幾種新型電池,都已經有比較明確的科學問題,可以針對這些問題進行研究。
其次,我們的研究應該更明確地針對應用場景來開展。區分不同的應用場景,選擇合適的電池體系進行針對性的研究,可以加快下一代電池的發展和應用。

天馬行空,超越電化學

成會明: 對於下一代電池,我們可能還缺少一點天馬行空、發散性的思維。我們需要用創新性思維,來想像一下未來可能出現的全新的電池、全新的儲能形式。
孫世剛: 現有的各種儲能模式,主要都是通過化學能和電能之間的轉換實現的。
具體來講有兩種方式,一種是電容器,將能量儲存在界面上,另一種是包括鋰離子電池在內的各種電化學電池,用氧化還原反應實現能量的存儲和釋放。
除了化學能,我們或許可以將生物能、物理能、光能、機械能、熱能等各種形式的能量轉化為電能,並儲存在電池中,從而獲得突破傳統電化學儲能的新的儲能方式。
陳軍: 儲能的目的是突破含能載體的時空限制,在需要的時候以特定形式釋放能量,例如以清潔、便捷的電能形式進行釋放。而從能量來源的角度看,解決人類能源危機的終極方案還應該是太陽能。
目前的太陽能電池已經有了很好的基礎和積累,可能的突破點是仿生太陽能電池,比如模仿光合作用的電池,不需要消耗低豐度、分布不均的鋰、鈷等資源,直接將光能和二氧化碳、水結合生成含碳、氫的材料,同時釋放電能。
另外,對一些高能化學反應,通過合理設計實現對反應產生能量的控制和利用,也有可能產生新的儲能形式。
李泓: 現有的儲能方式是將能量以電、熱、氫等形式儲存起來。但不管是哪一種形式,只要是一個封閉的體系,體系的能量密度就是有限的,總有用盡的時候。
最近提出了一種新的思路,我們或許可以借鑒生命體,開發出有「新陳代謝」特徵的、開放的儲能裝置。比如,電鰻可以通過飲食來獲取能量,並將其轉化為電能,只要它還活著、還能攝食,電能就可以持續產生和釋放。
我們也可以開發類似特徵的裝置,從外界自主吸收各種能量源,並源源不斷地轉化為電能,這一類裝置可以稱為活體電池(live battery)。例如燃料電池與逆向燃料電池(reverse fuel cell)的組合,可以依賴外界燃料的持續供給或者藉助於太陽能發電而一直運行下去。
類似活體電池的研究目前還不多,但已有一些原型性的工作,包括利用有機反應來存儲能量,以及納米能源系統方面的一些工作,也就是對環境中的機械能進行收集和存儲。這樣一個動態開放的體系,可以不被傳統電池能量密度極限所制約,實現長時間持續自主供電。
孫世剛: 這是很好的想法。要將生物、物理等各種方式融合進來,也一定伴隨著材料方面的重大變革,需要將生物材料等各種材料形式融合進來。另外,我們剛才沒有著重討論的燃料電池也確實是一種非常重要的新型電池,而且它本身就是一個開放的體系。
黃雲輝: 對於電動汽車,燃料電池和鋰電池是兩大方向,而且二者各有優缺點。這二者之間也需要融合發展。
事實上,儲能技術是一個非常交叉的學科,涉及到材料、化學、電氣、智能化製造、信息、機械甚至生物等各個領域。最近,教育部、發改委和能源局聯合提出設立儲能技術專業,也是希望能夠促進學科融合,培養儲能領域的新型人才,從而推動該領域的發展。

期待「中國標簽」

成會明: 大家如何評價我國的電池研究與產業水平?
張宏立: 我們做過國產電池與日、韓電池的對標分析,結果發現,就單體電池而言,國產單體與日韓單體的差異不大,在某些指標上,國產的甚至更領先一些。但是,在製造層面上,國產電池成品的一致性、良品率顯著低於日韓電池。
這些差距來源於設備、人員、控制體系、管理規范等諸多方面的差距,是我們必須承認的客觀事實。
在設備方面,我們希望我國自主研發的優質核心設備能進一步提高控制精度、穩定性和稼動率,由此提升電池的整體製造工藝水平。
當然,中國也有自己的優勢。我們擁有資源優勢,而且產業鏈非常齊備,四大主材以及各種輔材的生產規模都十分可觀,除滿足國內需求,還可以出口海外。我相信,如果我們能夠充分利用這些優勢,一定可以實現從電池大國到電池強國的演進。
成會明:
您能否具體談談我國四大主材的水平?
張宏立: 首先是正極材料。在磷酸鐵鋰材料上,中國有自己的特色,在大規模生產、製造和應用上,我們都是世界首位,但要注意,核心專利並不在我們手上。三元正極材料方面,我們與優秀外企相比還有一定的差距,材料的一致性、雜質控制水平等都還有待提高。
在負極材料方面,我們的生產和大規模應用都是世界領先的,幾家頭部企業占據了非常大的全球市場份額。不過,在高性能硅碳負極製造和應用技術上,我們還落後於日本的公司。
電解液方面,國內的產量很大,但是核心的電解液配方和添加劑專利大都掌握在歐美或日本人手中。這其中存在潛在風險,是一個需要重點關注的問題。
隔膜的情況也類似,我們在產量上是絕對世界第一,占據了50%以上的全球份額,但是同樣,我們不掌握原始核心專利。
所以整體來講,我們的電池產業鏈非常齊備,產量很大,也有具有國際影響力的龍頭企業,但在核心專利方面還有欠缺。
李泓: 我國的專利情況確實不容樂觀,以硫化物固態電池為例,60%的專利都掌握在日本企業手中。
但是另一方面,下一代的電池需要下一代的專利,所以在下一代電池漸進式發展的過程中,我們是有機會改善現有狀況的。
過去十幾年中,我國的多家企業研究院都積極進行新材料的開發,專利數量也在不斷增長。高校和研究所也非常活躍,申請了大量有價值的基於新技術的專利。
孫世剛: 在基礎研究方面,我國的工作很多,也有不少工作在國際上有影響力。但是,除了吳鋒院士團隊提出的多電子理論等少數成果之外,很少有能貼上「中國標簽」的重要原創性成果。
過去一些年中,我國論文導向的評價體系帶來了一些不利的影響。今後我們應該想辦法回歸科研本身,允許有能力、有想法的研究團隊十年磨一劍,真正去解決重要的科學問題,做出原創性的成果。
成會明: 沒錯, 我國的論文量很大,但是採用計算與理性設計進行的研究比較少,多數研究既不針對應用需 求,又沒有針對科學問題,只是炒菜式地去合成一個材料,或者將一種材料與另外一種材料混合,然後測一測它的電化學性能,就寫成一篇文章。這個問題是比較嚴重的。
另外,我們的多數研究都是著眼於電極材料,而不太關注輔材和整個系統的優化與設計。這也是在今後的基礎研究中需要注意的問題。
李泓: 在電池領域,中國發表的論文數量佔全世界的60%,是絕對的世界第一。
但是要注意,研究中所使用的高通量計算方法、原位在線表徵方法、數字模擬模擬方法等都是由西方國家發明和主導的方法。也就是說,到目前為止,還有很多研究工作是我們不能做、只有國外科學家才能做的。
另外,提到研究工作中的理性設計,我還想引出一個問題,就是我們能不能進行材料的理性設計?目前,研究者提出了材料基因組方法,希望將高通量計算、高通量制備、高通量表徵、大數據分析等結合在一起,來進行材料的理性設計。
但是實際上,這種理性設計的難度很大,能夠勝任相關工作的研究團隊在國內也不多。而且就計算而言,它雖然能夠計算一些材料的帶隙,但還遠遠無法真正從頭預測電極性能,特備是動力學性能,並實現理性設計。
如何集合各學科的力量,加強更基礎的科學研究,最終實現電池材料的理性設計,這是需要進一步探討的問題。
陳軍: 我們需要增加投入、全面布局,並加強產學研深度合作。要有一批人靜心科研,專注基礎研究和源頭創新,也要有一批人鑽研技術,聚焦制備工藝和工匠精神。
只有這樣不斷加強積累、克服急功近利,才會在電池領域出現更多的中國標簽。
成會明: 感謝大家的精彩討論!我和大家一樣,相信電池研究和產業還會不斷發展、不斷突破,為人類社會提供強有力的能源支撐。

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❹ 機關炮,激光炮和激光槍是什麼武器

機關炮呢其實就是自動炮,是指在前一發射擊後,能自動連續完成下一發炮彈的裝填和射擊的全部動作的火炮。而我國和國際上的普遍做法通常是把口徑在20--35毫米之間的自動炮才叫機關炮。所有的自動炮都叫機關炮。 機關槍 激光武器是一種利用定向發射的激光束直接毀傷目標或使之失效的定向能武器。根據作戰用途的不同,激光武器可分為戰術激光武器和戰略激光武器兩大類。武器系統主要由激光器和跟蹤、瞄準、發射裝置等部分組成,目前通常採用的激光器有化學激光器、固體激光器、CO2激光器等。 陸軍的快速發射高炮的炮管壽命短,連續發射幾分鍾後就要更換,而激光槍不存在多次發射的壽命問題。可以預計,未來在目前彈炮結合防空武器系統的基礎上,將出現將新型防空導彈。高炮和激光武器三結合的對空防禦系統。其中,激光槍主要攔截從低空、超低空突然來襲的近距離目標,這有可能大大提高對精確武器的攔截溉率,解決當前存在的極近程防空問題,並可用於保衛重要目標,如重要機構、指揮中心、通訊和動力中樞等。目前研製的激光槍的體積一段較大,重量較重,所以各國首先考慮艦載應用。目前,發達國家的大型水面艦只已開始採用核能作為動力,中型水面艦只的電動化改進也已進入實質階段,這都為激光武器在艦艇上的應用鋪平了道路。 戰術激光槍的突出優點是反應時間短,可攔擊突然發現的低空目標。用激光攔擊多目標時,能迅速變換射擊對象,靈活地對付多個目標。激光槍的缺點是不能全天候作戰,受限於大霧、大雪、大雨,且激光發射系統屬精密光學系統,在戰場上的生存能力有待考驗。 面臨的國際問題 這種武器無聲,卻像閃電般快。它那幽靈般的子彈直射到對手臉上,對手會看到一道閃光,這也是他在世上最後一次看到光明。這種武器不會殺人,但能使受傷者永遠失明,這就是「激光槍」。國際紅十字協會擔心不久西方部隊將裝備「激光槍」。因此它要求現在就禁止這種致盲武器。它援引《日內瓦公約》說,該公約禁止使用導致「不必要痛苦和過多傷害」的武器。因此,人類才在全世界范圍內禁止使用化學武器。《條約》同樣適用於「能導致受害人次目失明的武器」。 美國科學家聯合會證實,美國80年代中已開始致盲武器的研製工作,並聲稱,「該武器的首要目標」是坦克、戰斗直升機和飛機的瞄準鏡。激光束能使這類進攻性武器的光電瞄準儀器「失明」,從而失去戰鬥力。 這種針對光學瞄準儀的武器也同樣會使人雙目失明。美軍已試驗過從背包中的電池獲取能量,並發射強大激光束的激光槍。 從激光槍中射出的激光有不同的顏色:紅、黃、綠、紫,還有人眼看不見的紅外線。士兵將激光槍扛在肩上,用望遠鏡瞄準器可以打中「幾百米至幾公里內」的目標。只有障礙物才能轉移激光束的方向。 由於激光槍的射程超出一公里,光束可以從針尖大小擴散為一個直徑約1米的錐體,因此它能擊中很小的目標,如 激光射入眼後會使視網膜受傷,導致視網膜下出血和眼內出血而失明。有時激光射入眼球,會引起眼球內少量液體爆炸式的汽化,形成眼內沖擊波,引起眼球內部微型爆炸。美國一家雜志認為,這種導致「直接、持久性雙目失明」的武器是「不人道的」,與「毒氣和達姆彈」沒什麼區別。 激光炮是一種高能激光武器,利用強大的定向發射激光束直接毀傷目標或使之失效。而根據作戰用途,這種新型武器分為戰術激光武器和戰略激光武器兩大類。戰術激光武器 戰術激光武器是利用激光作為能量,像常規武器那樣直接殺傷敵方人員、擊毀坦克、飛機等,打擊距離一般可達20公里。這種武器的主要代表有激光槍和激光炮,它們能夠發出很強的激光束來打擊敵人。目前,國外已有一種紅寶石袖珍式激光槍,外形和大小與美國的派克鋼筆相當。但它能在距人幾米之外燒毀衣服、燒穿皮肉,且無聲響,在不知不覺中致人死命。 激光炮 激光炮的威力特別大,稱得上是「炮中王」。它主要分折疊式激光炮,固定式激光炮和輕型激光炮三種類型。激光炮在一秒種內能發射1000發「光彈」,光彈就是威力無比的"強光束"。它靠遠警雷達測定敵方導彈或飛機飛行的方位、距離、高度、速度等,經過電子計算機迅速處理後,准確無誤地命中目標。如果敵方同時發射多個真假導彈,激光炮有本事在短時間內把所有來犯的導彈全都摧毀。 利用激光的特性還可以製成武器。低能激光武器如激光槍,重量輕,體積小,可由步兵手持作戰,1500米的距離外使用也能燒瞎敵人眼睛,燒焦皮膚,使衣服、樹木、房屋起火。高能激光武器是激光炮。它能摧毀敵方的導彈,如2.5倍音速動作靈活的「響尾蛇」空對空導彈。1975年原蘇聯用激光武器擊毀了兩顆美國的軍事偵察衛星。 只有用超導技術,造出超導儲能器,儲存超強度的電流,才能產生高強度激光。這種激光能摧毀敵方的衛星或導彈。 激光炮,電磁炮,電磁彈射器的儲能裝置--飛輪電池(flywheel battery)美國在90年代研製的飛輪電池一面世就以其能量密度高、體積小、質量輕、充電快、壽命長、無任何廢氣、廢料等特點而引起專家的關注。先進的飛輪電池其比能量可達150Wh/kg(鎳基電池的2~3倍),比功率為5000~10000W/kg遠遠高於一般化學蓄電池和內燃機功率(先進化學蓄電池為200~400W/kg,內燃機為600~800W/kg),其快速充電過程可在幾十分鍾內完成而且能量能長時間儲存。 飛輪電池實際上是一種機電能量轉換和儲存裝置。充電時,飛輪中的電機以電動機的形式運行,在外電源的驅動下,帶動飛輪旋轉,達到極高的轉速,從而完成電能——機械能的儲能過程。放電時,飛輪中的電機以發電狀態運行,對外輸出電能,完成機械能——電能轉換的釋放過程。因此它不會像內燃機產生排氣污染,同時也沒有化學反應過程,不會引起腐蝕,也無廢料的回收過程,確實是一種應用前景廣闊的新型清潔動力電池。 激光炮是PVE最有效率的武器。 現在的大多數意見是認為導彈是最好的PVE武器,不過最好和最有效率是有區別的。 所謂最好,是一個綜合概念,毋庸置疑,導彈武器是高槽攻擊武器中適用范圍最廣,使用難度最低的,有4種屬性的導彈來對付任何目標,射程內一定命中,這些優勢使導彈PVE綜合性能最好的地位無法動搖。而衡量武器的效率不能光看戰斗的難易程度,相對於毫無操作難度的導彈武器,炮類武器雖然在使用上有不少難度(最明顯的一點就是對近距離高速目標非常困難),但是可以通過相應的戰術降低不利影響(比如大家都熟悉的保持距離放風箏戰術)。要更簡單明了地比較各種武器的使用效率,我們需要引入以下概念: 火力持續時間、火力轉移速度、火力中斷間隔。

❺ 發電廠產生的電多了會去哪裡是被浪費了還是儲存起來了

這個問題實際上可以這樣問。發電廠的電力是如何傳輸到數百萬家庭的?多餘的電力是否可以儲存起來,以便在需要時使用?我給你幾個步驟。電能是如何儲存的?電能儲存至今也是世界難題,大家都知道智能手機天天充電,電動車充電只能跑一公里,基本上電能儲存問題已經制約了社會科技的進步,真的是字面意思,所以有很多致力於儲能的研究機構,但是他們都沒有想出一個比較可靠的方案。

當電網沒有負荷時,發電機將被關閉,水將被儲存在水庫中。當需要用電時,水就會從水庫中放出,以產生電力。但是,水庫的容量是有限的,如果蓄滿了,自然還是要棄水的,我們現在知道通常看到的大水庫是什麼作用了。抽水蓄能:抽水蓄能電站是一種新的儲存電能的方法,在用電低谷的時候,既然水電站必須棄水,就用這些水來發電,然後把一些電抽到山頂的一個水庫里,等到高峰時,再從山頂的水庫里放水發電,從而起到儲存電能,減少可棄水電損失的目的。

❻ 生物問題

如果你學得物理化學拿分比較有把握的話可以先做這兩科,最後做生物,其實生物題選擇題做仔細一點然後大題思考得周全一點還是比較容易得分的
基本概念和原理還是要好好理解清楚,以前的錯題可以重點回顧一下,看看自己到底哪兒還不夠扎實~
加油哈~~

❼ 電感如何儲能

電感器本身就是一個儲能元件,以磁場方式儲能。其儲存的電能與自身的電感和流過它本身的電流的平方成正比:e
=
l*i*i/2。由於電感在常溫下具有電阻,電阻要消耗能量,所以很多儲能技術採用超導體。電感儲能還不成熟,但也有應用的例子見報。電感的特點是通過的電流不能突變。電感儲能的過程就是電流從零至穩態最大值的過程。當電感電流達到穩態最大值後,若用無電阻(如超導體)短接電感二端並撤去電源,如果電感本身也是超導體的話,則電流則按原值在電感的短接迴路中長期流動,電感這種狀態就是儲能狀態。

❽ 納米鋁的制備方法

納米鋁的大規模製備和應用研究關繫到我國國防建設的發展和高科技產品的開發。納米鋁的制備研究論文非常少,所用的方法主要局限於法和電弧放電法,化學法主要有兩種,包括機械化學法和溶液化學法。
蒸發冷凝
蒸發冷凝法是物理方法制備納米微粒的一種典型方法。在真空下充人純凈的惰性氣體(Ar,He等),高頻感應加熱使原料鋁錠蒸發,產生鋁蒸氣,惰性氣體的流動驅動蒸氣向下移動,並接近冷卻裝置。在蒸發過程中,鋁蒸氣原子與惰性氣體原子碰撞失去能量而迅速冷卻,這種有效的冷卻過程在鋁蒸氣中造成很高的局域過飽和而均勻成核,在接近冷卻裝置的過程中,鋁蒸氣首先形成原子團簇,然後形成單個納米微粒,納米微粒隨氣流經分級進入收集區內而獲得納米粉末。這種方法耗能大、成本高、粒徑難以控制、產品穩定性差。
線爆炸法
線爆炸法¨是另外一種物理法,首先將爆炸室抽至較高的真空,然後向爆炸室充人一定壓力的高純氬氣。調節高壓至34kV,向儲能器充電3OkV,使整個系統處於穩定狀態。通過送絲裝置將直徑為0.3mm的鋁絲送入爆炸室,控制A1線爆炸頻率為3O次/min。通過等離子體放電使鋁絲在瞬間爆炸,形成高分散的納米鋁粉,然後將納米鋁粉收集後在氮氣的保護下進行原位包裝。這種方法制備納米鋁粉的粒徑一般在100nm以上,很難做到粒徑更小,同時這種方法的生產量很小,難以滿足日益擴大的市場需求。因此,尋求一種新型的方法制備納米鋁粉將會為太陽能電池市場、軍工國防事業提供新的技術支撐。
機械化學
機械化學法採用氯化鋁和金屬鋰作為反應原料,邊研磨邊反應制備納米鋁。所使用的設備是惰性氣體手套箱和球磨機。研磨反應後所得產物經過有機溶劑硝基甲氯化鋁溶液洗滌,能夠除去大部分副產物氯化鋰。所得納米鋁的平均粒徑為55nm。由於所生成的納米鋁非常活潑,如果使用金屬鈉與氯化鋁球磨製備納米鋁,則副產物氯化鈉很難除去。下式為機械化學法制備納米鋁的反應式:A1C13+3Li—Al+3LiC1(1) AIC13+3Na_Al+3NaC1(2) 這種機械化學法制備納米鋁優點是方法簡便,操作簡單。缺點是雖然經過長時間研磨,也難以保所有的原料都能夠參與反應,因為固相研磨法畢竟接觸面較小,無法與均相反應相比。因此,如果能夠尋找一種均相反應制備納米鋁的方法將會更有利於產物的純度、粒度均勻性和規模化生產。
激光剝蝕
脈沖激光剝蝕法也是物理法的一種,所採用的介質是乙醇、丙酮或者乙二醇。從把鋁材浸人液體中,要經歷三個步驟來制備納米鋁顆粒。所有這些步驟都是在很短時間內完成的,通常是大約幾個毫秒。首先是激光脈沖加熱靶材到沸點,這樣就產生了含有等離子體靶材蒸氣原子。接著等離子體絕熱膨脹,最後隨著氣體冷卻,納米鋁子形成。在冷卻步驟,首先是成核,接著通過相互粘附或者新材料沉積在上面導致納米粒子生長。這種合成方法的影響因素主要有激光波長、激光能量、脈沖寬度、液體介質類型和剝蝕時間等。這種制備納米鋁的方法成本非常昂貴,不適合大規模生產。
電弧放電
納米鋁粉的制備研究多年來主要採用物理法¨,是因為納米鋁粉非常活潑,不但在空氣中很容易被氧化甚至燃燒爆炸,而且在溶液中也容易氧化變成氧化鋁,因此,化學方法很難控制最終的產物納米鋁粉不被氧化。如何在原有制備納米鋁方法的基礎上能夠更好地控制納米鋁的尺寸,提高純度,降低成本將是未來急需解決的一些問題。

❾ 電容儲電量與什麼有關

電容電池實際上就是一個電容器,只是由於其容量比通常的電容器大得多,對外表現和電池相同,因此取名「電容電池」,也有稱作「超級電容」。

目錄

與傳統電池比較
電池的結構和工作原理結構
工作原理
電池的特點
使用注意事項
超級電容電池的目前市場
目前超級電容電池的研發情況國外研發情況
國內研發情況
與傳統電池比較
電池的結構和工作原理 結構
工作原理
電池的特點
使用注意事項
超級電容電池的目前市場
目前超級電容電池的研發情況 國外研發情況
國內研發情況
展開 編輯本段與傳統電池比較
生產和生活最常見的鉛蓄電池,可將電能通過化學反應儲藏起來,到另一個場合或另一時段使用。鉛蓄電池雖然造價較低,但也有相應的弱點,諸如能量轉換效率較低、電池反復充放電易老化導致使用壽命短、比能量(Wh/kg)和比功率(W/kg)小使設備笨重、充電時間長等;現在我們在手機上使用的鋰離子電池,雖然也有許多優點,但它價格昂貴且儲藏電能有限,不能在大功率場合下使用;所以正在開發研製的超級電容電池,相比較而言,就有著一般電池無可比擬的優點,它的前景不可限量。
編輯本段電池的結構和工作原理
結構
超級電容的容量比通常的電容器大得多。由於其容量很大,對外表現和電池相同,因此也稱作「電容電池」或說「黃金電池」。超級電容器電池也屬於雙電層電容器,它是目前世界上已投入量產的雙電層電容器中容量最大的一種,其基本原理和其它種類的雙電層電容器一樣,都是利用活性炭多孔電極和電解質組成的雙電層結構獲得超大的容量. 傳統物理電容中儲存的電能來源於電荷在兩塊極板上的分離,兩塊極板之間為真空(相對介電常數為1)或一層介電物質(相對介電常數為ε)所隔離,電容值為:C = ε·A / 3.6 πd ·10-6 (μF) 其中A為極板面積,d為介質厚度。所儲存的能量為: E = C (ΔV)2/2,其中C為電容值,ΔV為極板間的電壓降.可見,若想獲得較大的電容量,儲存更多的能量,必須增大面積A或減少介質厚度d,但這個伸縮空間有限,導致它的儲電量和儲能量較小。
工作原理
雙電層電容器中,採用活性炭材料製作成多孔電極,同時在相對的碳多孔電極之間充填電解質溶液,當在兩端施加電壓時,相對的多孔電極上分別聚集正負電子,而電解質溶液中的正負離子將由於電場作用分別聚集到與正負極板相對的界面上,從而形成兩個集電層,相當於兩個電容器串聯,由於活性碳材料具有≥1200m2/g的超高比表面積(即獲得了極大的電極面積A),而且電解液與多孔電極間的界面距離不到1nm(即獲得了極小的介質厚度d),根據前面的計算公式可以看出,這種雙電層電容器比傳統的物理電容的容值要大很多,比容量可以提高100倍以上, 從而使單位重量的電容量可達100F/g,並且電容的內阻還能保持在很低的水平,碳材料還具有成本低,技術成熟等優點。從而使利用電容器進行大電量的儲能成為可能,且在實際使用時,可以通過串聯或者並聯以提高輸出電壓或電流。
編輯本段電池的特點
(1)充電速度快,只要充電幾十秒到幾分鍾就可達到其額定容量的95%以上;而現在使用面積最大的鉛酸電池充電通常需要幾個小時。 (2)循環使用壽命長,深度充放電循環使用次數可達50萬次,如果對超級電容每天充放電20次,連續使用可達68年如果相應地和鉛酸電池比較, 它的使用壽命可達68年, 且沒有「記憶效應」。 (3)大電流放電能力超強,能量轉換效率高,過程損失小,大電流能量循環效率≥90%; (4)功率密度高,可達300W/kg~5000W/kg,相當於普通電池的數十倍;比能量大大提高,鉛酸電池一般只能達到0.02kWh/kg,而超級電容電池目前研發已可達10 kWh/kg, (5)產品原材料構成、生產、使用、儲存以及拆解過程均沒有污染,是理想的綠色環保電源; (6)充放電線路簡單,無需充電電池那樣的充電電路,安全系數高,長期使用免維護; (7)超低溫特性好,使用環境溫度范圍寬達-40℃~+70℃; (8)檢測方便,剩餘電量可直接讀出; (9)單體容量范圍通常0.1F--1000F 。
編輯本段使用注意事項
1、超級電容器具有固定的極性。在使用前,應確認極性。 2、超級電容器應在標稱電壓下使用: 當電容器電壓超過標稱電壓時,將會導致電解液分解,同時電容器會發熱,容量下降,而且內阻增加,壽命縮短,在某些情況下,可導致電容器性能崩潰。 3、超級電容器不可應用於高頻率充放電的電路中,高頻率的快速充放電會導致電容器內部發熱,容量衰減,內阻增加,在某些情況下會導致電容器性能崩潰。 4、安裝超級電容器後,不可強行傾斜或扭動電容器,這樣會導致電容器引線松動,導致性能劣化。 5、在焊接過程中避免使電容器過熱: 若在焊接中使電容器出現過熱現象,會降低電容器的使用壽命,例如:如果使用厚度為1.6mm的印刷線路板,焊接過程應為260℃,時間不超過5s。 6、將電容器串聯使用時: 當超級電容器進行串聯使用時,存在單體間的電壓均衡問題,單純的串聯會導致某個或幾個單體電容器過壓,從而損壞這些電容器,整體性能受到影響,故在電容器進行串聯使用時,需得到廠家的技術支持。
編輯本段超級電容電池的目前市場
隨著各國對超級電容電池緊鑼密鼓的研發,技術日趨成熟,超級電容電池已進入應用階段,漸趨市場化、商業化。 極具代表意義的是2006年8月28日,由奧威科技等單位參與的上海科技創新登山行動計劃超級電容公交電車示範線11路正式開通,標志著我國乃至世界首條超級電容電動公交車線路邁出了商業化運行的步伐。這10輛「零污染」超級電容公交車和10個智能充電站,這種超級電容車看上去是一輛無軌電車,所不同的是「剪」掉了頭頂上累贅的兩根大「辮子」,在車底部安裝了一種超級電容器。車進站後趁著上下客的間隙,車頂充電設備會自動垂直升起,搭到隱藏在候車站「屋檐」下的電纜上,30秒鍾即完成充電,能平穩行駛3-8公里,最高速度則可達每小時44公里。與有軌、無軌電車相比,超級電容公交車沒有地面軌道和空中觸線網,有利於「凈化」城市空間。據了解,在開啟空調的情況下,超級電容公交車每公里帶空調耗能僅為1.4度電,能耗費用僅為燃油汽車的33%,在剎車制動時能量回收率達到40%。雖然這種車的技術還不夠完美,加上駕駛員的操縱還不到位,會有這樣那樣的小問題,但其運行前景不容置疑。 電動車的典型驅動結構如圖示。 另外,超級電容器在變配電站直流系統中、稅控機、稅控收款機上、搖晃式手電筒上(免換電池,只要搖晃30秒鍾,即可發光5分鍾;照射距離1公尺)、智能表類(如智能水表和煤氣表)上、計算機UPS電源方面亦多有應用。打開淘寶網,已能找到幾家出售這種新電源的商鋪,足以說明它的市場化程度。有專家預言,有朝一日,超級電容電池技術變得成熟,造價可以被老百姓接受,則將滿街都是電動車!
編輯本段目前超級電容電池的研發情況
超級電容器是上世紀80年代後發展起來的新型儲能器件,在歐洲、美國、日本已經開始形成新興的產業。
國外研發情況
從1990年開始,世界各國開始成立專門機構開發和生產超級電容器,目前,在該技術領域中處於領先地位的國家有俄羅斯、日本、德國和美國,這些發達國家已把超級電容器項目作為國家重點研究和開發項目,並提出了近期和中長期發展計劃。在超級電容器的實用性方面,俄羅斯走在世界的前列。
國內研發情況
我國從九十年代開始研製超級雙電層電容器,與國外先進水平還有一定的差距。據有關資料表明,國內有些單位已經研製出比能量為10Wh/kg、比功率為600W/kg的高能量型及比能量為5Wh/kg、比功率為2500W/kg的高功率型超級電容器樣品,循環使用次數可達50,000次以上。性能指標已經達到國際先進水平,成本較國際平均價格有大幅度下降,初步具備應用水平。我們相信,在創新精神的鼓勵下,我國超級電容將很快趕上、超過世界先進水平。

❿ 電容器的儲能原理

儲能電容也稱電化學電容或者超級電容,與傳統靜電電容器不同,主要表現在儲存能量的多少上。作為能量的儲存或輸出裝置,其儲能的多少表現為電容量的大小。根據儲能電容器儲能的機理,其原理有兩種,都是很多科學家前赴後繼的研究得出來的。下面就來說說:

1.在電極P溶液界面通過電子和離子或偶極子的定向排列所產生的雙電層電容器。

此原理的指導思想就是19世紀末Helmhotz等提出的雙電層理論。關於雙電層的代表理論和模型有好幾種,其中以Helmhotz模型最為簡單且能夠充分說明雙電層電容器的工作原理。該模型認為金屬表面上的靜電荷將從溶液中吸收部分不規則的分配離子,使它們在電極P溶液界面的溶液一側,離電極一定距離排成一排,形成一個電荷數量與電極表面剩餘電荷數量相等而符號相反的界面層。於是,在電極上和溶液中就形成了兩個電荷層,這就是我們通常所講的雙電層。雙電層有儲存電能量的作用,儲能電容器的容量可以利用公式來計算,最後我們可以得到結論,就是雙電層電容器的容量與電極電勢和材料本身的屬性有關。通常為了形成穩定的雙電層,一般採用導電性能良好的極化電極。

還有第二種原理就是在電極表面或體相中的二維與准二維空間,電活性物質進行欠電位沉積,發生高度可逆的化學吸附、脫附或氧化還原反應,產生與電極充電電位有關的法拉第准電容器。

在電活性物質中,隨著存在於法拉第電荷傳遞化學變化的電化學過程的進行,極化電極上發生欠電位沉積或發生氧化還原反應,充放電行為類似於電容器,而不同於二次電池,不同之處為:

(1)極化電極上的電壓與電量幾乎呈線性關系;

(2)當電壓與時間成線性關系dV/dt=K時,電容器的充放電電流為一恆定值I=CdV/dt=CK.此過程為動力學可逆過程,與二次電池不同但與靜電類似。法拉第電容和雙電層電容的區別在於:雙電層電容在充電過程中需要消耗電解液,而法拉第電容在整個充放電過程中電解液的濃度保持相對穩定。

法拉第准電容不僅在電極表面產生,而且還可以在電極內部產生,其最大充放電能力由電活性物質表面的離子取向和電荷轉移速度控制,因此可以在短時間內進行電荷轉移,即可以獲得更高的比功率(比功率大於500W/kg)。

說到這里,想必大家已經都了解儲能電容的工作原理了吧。南京綠索儲能電容南京江寧開發區秣周路88號祖堂工業園

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