登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
锂离子电容器作为一种新型的储能器件,具有功率密度高、静电容量高和循环寿命比较长的优点,有望在新能源汽车、太阳能、风能等领域得到广泛的应用。其工作原理与锂离子电池、超级电容器有所不同。
1、锂离子电池的工作原理
锂离子电池是继镉镍、氢镍电池后发展最快的二次电池。锂离子电池的正负极活性物质均为能够可逆地嵌入-脱出锂的化合物,其中至少有一种电极材料在组装前处于嵌锂状态,如过渡金属氧化物LiCoO2、LiNiO2及LiMn2O4等作为正极,选用各种碳材料、金属氧化物或合金等作为负极材料。
锂离子电池的工作原理如图1所示,以石墨为负极、LiCoO2为正极。充电时,锂离子从正极材料中脱出,在电化学势梯度的驱使下经过电解液向负极迁移,电荷平衡要求等量的电子在外电路下从正极流向负极,到达负极后得到电子的锂离子再嵌入到负极材料晶格中;放电时则以相反过程进行,即锂离子离开负极晶格,嵌入正极重新形成LiCoO2。
充放电过程反应式为:
正极反应:LiCoO2 ⇌ Li1-xCoO2+xe+xLi+
负极反应:xLi++xe+nC ⇌ LixCn
电池反应:LiCoO2 +nC ⇌ Li1-xCoO2+LixCn
锂离子电池的工作原理除了“氧化-还原”以外,还基于电化学嵌入-脱出反应,即锂离子电池在充放电过程中,锂以离子形式(Li+)作为能量交换的载体,通过电解液,利用锂离子的嵌入和脱出,在正负极之间摇摆,达到能量交换的目的。与其他电池相比,锂离子电池具有能量密度高、平均输出电压高、充电效率高、自放电效率低、安全性能好、循环和使用寿命长等优点。
2、超级电容器的工作原理
超级电容器一般主要由电极、电解液、集电体和隔膜等组成,其工作原理如图2所示。
充电时,电子通过外电源从正极传到负极,使正极和负极分别带正电和负电,同时电解质溶液本体中的正负离子分离并移动到电极表面与电极表面的电荷层对峙,形成双电层;放电时,电子通过负载由负极流到正极,正负离子则从电极表面释放并返回电解质溶液本体,同时双电层消失。由此可见双电层电容器利用电极和电解质界面的双电层来存储电荷,充放电过程始终是物理过程,不发生电化学反应,故其具有性能稳定、充放电时间短、循环寿命长、功率密度大、高低温性能良好等优点。
3、锂离子电容器的工作原理
富士重工的Hiromoto T等提出了锂离子电容器的工作原理,如图3所示。
正极材料是具有双电层储能的活性炭材料,负极材料是具有锂离子脱嵌功能的插层炭类材料,电解液为锂盐电解液。电池在充电时,锂离子脱离正极材料的表面,经过电解液和隔膜后插入到负极材料的晶格中;放电时,锂离子从负极材料的晶格中脱出,经过电解液返回到正极材料的表面,与正极的电荷形成双电层。嵌锂后的负极电位低,具有使用电压高、能量密度和功率密度介于锂离子电池和超级电容器之间的特点。
4、锂离子电容器相比锂离子电池和超级电容器所具有的优势
(1)容量、电压、自放电的比较
锂离子电容器的能量密度小于锂离子电池,但输出密度高;单体体积的能量密度为10~15Wh/L,较双电层电容器的2~8Wh/L的容量大得多,是后者的二倍。
在电压方面,锂离子电容器的最高电压可达到4V,与锂离子电池相近,而比双电层电容器高出许多,同时在自放电方面比二者都小。
(2)安全性
锂离子电池的正极由于采用锂氧化物,不但含有大量的锂可形成锂枝晶而刺穿隔膜,也含有氧这种重要的起火元素。电池一旦短路就可发展为整体的热分解,与电解液反应可引起燃烧。而锂离子电容器的正极是活性碳,即使内部短路会与负极发生反应,但不会与电解液反应,理论上,会比锂电池安全得多。
(3)寿命长
锂离子电池为了实现长寿命,对其充电和放电深度有一定的范围限制,这样就减少了实质上可以利用的容量,双电层电容器的充放电原理则是单纯以吸附或脱却电解液中的离子而具有长寿命的,仅凭这一点很难延长实际寿命。但锂离子电容器即使降低正极电位,单元自身的电压也不会大幅下降,因此可确保容量。
(4)耐高温
在高温条件下,电解液、正极容易发生氧化分解,为此,在高温条件下可能需要降低正极的电位,但在电位降低的情况下,双电层电容器整体电压下降,无法确保容量。而锂离子电池则无法降压,容易产生安全问题。唯有锂离子电容器可以在正极电位远离氧化分解区域的位置使用,因而高温性能出色。
5、锂离子电容器的应用及产业化现状
锂离子电容器产业上游主要包括:正负极原材料、电解液、隔膜、穿孔集流体以及单质金属锂极等;中游主要包括各种形状和不同规格的锂离子电容器单体,及锂离子电容器单体系统集成的模块;下游主要是终端市场的应用需求,目前日本市场初步开启,随后将会在国际市场上辐射开,如:风力发电、LED路灯照明、太阳能发电以及混合电动汽车等。
目前这些产业主要由国外公司控制,例如日本可乐丽和日本ACT公司分别掌握了活性炭和纳米门炭技术;日本嘉娜宝公司、日本吴羽化学、日本ATEC公司等掌握着聚并苯、硬炭等负极材料的技术;美国FERRO、德国HONEYWELL等在电解液方面占据主导地位;隔膜由日本NKK垄断,多孔集流体由日本3家金属株式会社垄断。国内目前仅有少数几家公司正在开发锂离子电容器正极活性炭和负极硬炭材料。
参考文献:
袁美蓉,王臣,徐永进,等.锂离子电容器的研究进展[J].材料导报,2013,27(21): 140-149.
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
北极星电池网获悉,据滁州市人民政府发布消息,4月24日上午,星恒电源(滁州)年产4GWh锂离子电池项目开工仪式在中新苏滁高新区举行。据悉,该项目总投资18.3亿元,将于今年9月完成厂房建设,12月竣工投产,建成投产后可实现年产值约23.4亿元。
据长沙工信消息,4月18日,位于宁乡高新区的湖南阿斯米新材料有限公司自主研发的万吨级锂离子电池负极前驱体生产线正式启动,这是全球首台套万吨级锂离子电池负极前驱体连续自动化生产线。据了解,阿斯米公司投资30亿元建设锂离子电池石墨负极材料生产及相关设备制造基地项目,一期投资8亿元,设计年产
北极星储能网获悉,据延安招商局消息,4月22日,延安市首个锂离子电池储能项目在黄陵县举行签约仪式。该项目由上海润雅鸿真能源有限公司全资建设,总公司为天津润雅科技股份有限公司。本次签约项目位于黄陵县高新区技术产业园,总建设用地面积60亩,配置容量为300MW/600MWh的磷酸铁锂储能系统,配套一
近日,研究机构EVTank联合伊维经济研究院共同发布了《中国小软包锂离子电池行业发展白皮书(2024年)》。白皮书数据显示,2023年全球小软包锂离子电池出货量54.8亿只,同比下滑2.6%,已经连续两年同比下滑。EVTank表示,全球小软包电池出货量的下滑叠加价格的下跌导致整个行业的市场规模在2023年同比下
日前,合康新能在在互动平台上表示,公司目前没有研发储能锂离子电池。
天力锂能4月16日在投资者互动平台表示,公司2023年研发投入占比接近往年水平,暂未研发锂硫电池。
北极星电池网获悉,据八闽国资消息,近日,宁德70000吨锂离子电池正极材料(CD车间)项目主体结构封顶仪式顺利完成。该项目是福建省重点项目,总投资24.45亿元,主要建设C、D两幢车间及相关配套,项目建成投产后,预计可年产7万吨锂离子电池正极材料。
得益于电池技术不断提升,以及中高端新能源乘用车车型增多,新能源汽车电池包容量越做越大正成为趋势。电池中国观察到,近段时间,国内多款热门中高端新车均搭载了70kWh-150kWh带电量的“大”电池包,纯电续航里程超600公里,甚至1000公里。这意味着“大”电池包已成为中高端新车标配,(超)长续航也成
北极星电池网获悉,据贝特瑞消息,4月8日上午,贝特瑞地中海年产5万吨锂离子电池正极材料项目在摩洛哥丹吉尔科技城举行开工仪式。贝特瑞地中海公司董事长杨顺毅,贝特瑞地中海公司总经理杨平州,丹吉尔地中海港集团服务板块董事长/摩洛哥丹吉尔科技城(SATT)总经理JaafarMrhardy,SATT常务副总经理/CR
4月9日,宁德时代德国图林根工厂获得了大众汽车集团模组测试实验室及电芯测试实验室双认证,成为全球首家获得大众集团模组认证、欧洲首家获得大众集团电芯认证的电池制造商(全球首家获得大众集团电芯认证的电池制造商为宁德时代集团总部)。此次认证,是国际一流车企对宁德时代测试验证能力,以及技术
在全球绿色能源和技术的发展浪潮下,我国电源结构持续优化,可再生能源发电装机规模屡创新高。目前,我国已建成了世界上最大的清洁电力供应体系,在全球清洁能源技术价值链中发挥着核心作用。不同于传统能源的是,可再生能源存在着供应不稳定的特点。不同地区、气候下的能源供需存在巨大的差异,在传统
前言:研究表明温度对储能器件的性能有重要影响,温度过高造成电解液分解,性能衰退,寿命缩短,温度过高甚至会烧毁器件。另外在实际使用中,多以串并联多个单体的形式组成较大的电池包,内部因较差的散热性能造成热量迅速积累,导致温度迅速升高,引发安全问题。因此研究锂离子电容器的热特性对其未来
【研究背景】当今社会,新能源需求的快速增长促进了能源存储和转换器件快速发展。实现由风能、太阳能、热能、机械能等向便携式电子和传感设备储能转换,被认为是实现自供电系统非常有潜力的途径之一。“摩擦生电”一词大家并不陌生,但是通常以贬义存在。王中林院士及其团队发明的纳米发电机(TENG),
近日,中国科学院大连化学物理研究所研究员吴忠帅二维材料与能源器件研究组团队与中科院院士包信和团队及清华大学深圳研究生院副教授贺艳兵合作,开发出一种具有高能量密度、良好柔性、优异高温稳定性及高度集成化的全固态平面锂离子微型电容器。相关研究成果发表在《能源和环境科学》(EnergyEnviron.S
随着传统化学能源的日渐枯竭与环境的恶化,迫使各国大力开发、利用绿色可持续的能源及新能源储能装置。在众多储能元件中,锂离子电池与双电层电容器由于突出的性能优势而受到广泛的关注,并在新能源汽车、轨道交通、重型机械、智能电网以及军事航天等领域得到不同程度的规模化应用。作为一种兼具锂离子
【引言】锂离子电容器(LICs)作为一种混合型储能器件,兼具了锂离子电池和超级电容器的储能特点。LICs的负极材料为具有锂离子电池储能特点的电极材料,通过表面的电荷转移过程和锂离子的嵌入/脱出过程为LICs提供较高的能量密度。而LICs的正极材料为具有超级电容器储能特点的电极材料,通过双电层电容
锂离子电容器兼具双电层电容器的高功率密度与锂离子电池的高能量密度特性,极大程度的满足了电动公交车、节能电梯和有轨电车等的工况需求,成为近年来各科研院所和高新企业的研究热点。(来源:锂电联盟会长作者:锂电晶晶)本小编从锂离子电容器的工作原理、电极材料体系以及负极预嵌锂技术等方面阐述
在消费电子领域,电池容量和充电速度是亘古不变的话题,不少厂商都把快充技术和电池容量作为其产品的噱头。目前,该领域使用最多的就是锂电池,锂电池最早于1991年商用,之后成为电子设备的标配。但很多人认为这项技术已经达到极限,希望寻找替代来源,于是石墨烯电池进入了人们的视线。据悉,石墨烯具
近日,记者从美国Maxwell科技公司英文官方网站了解到,中国中车集团(以下简称:中车)与Maxwell合作开发的锂离子电容器,将应用于长沙地铁的制动能量回收系统,并进行首次商业运行。据Maxwell介绍,中车与Maxwell合作生产的锂离子电容器,将超级电容器的高功率密度和锂离子电池的高能量密度完美地结合在
摘要以活性炭作为正极,预嵌锂的中间相炭微球为负极,制成软包装锂离子电容器。在正负极活性材料质量比为1∶1的条件下,采用恒压嵌锂法对负极进行预嵌锂,嵌锂容量分别为100mAh/g、200mAh/g、300mAh/g。在2~4V的电压区间内,对软包装器件进行倍率测试及高倍率下的寿命测试。测试结果显示,锂离子电容
摘要:新能源体系的建设和电子设备的飞速发展对储能器件提出了更高的要求,即要求其同时兼具较高的能量密度和功率密度。锂离子电容器(LIC)是一种基于锂离子电池(LIB)和超级电容器(EDLC)双重储能机制的储能器件,兼具超级电容器良好的功率特性和锂离子电池较高的能量密度,有望应用于混合动力汽车、轨道
北极星储能网获悉,2月2日消息,有投资者在互动平台向ST金时提问:请问公司投资的新能源超级电容用途广泛吗?公司回答表示: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,主要应用于国防军工、轨道交通、城市公交、起重机械势能回收、发电与智能电网、消费电子等领域。
北极星储能网获悉,1月30日,国家能源集团公布了新能源院1MW/5MIN超级电容器储能系统公开招标中标结果公告,南京南瑞继保工程技术有限公司中标该项目,报价706.2万元。根据招标文件,本超级电容器储能系统容量为≥1MW/5min,升压至站内现有的35kV间隔,最终接入已建110kV升压站。储能系统建设规模为≥1
北极星储能网获悉,1月25日国家能源集团发布新能源院1MW/5MIN超级电容器储能系统公开招标中标候选人公示。中标候选人情况如下:第一中标候选人:南京南瑞继保工程技术有限公司,报价706.2万元。第二中标候选人:煜邦智源科技(嘉兴)有限公司,报价634.015万元。本超级电容器储能系统容量为≥1MW/5min
1月18日获悉,山东淄博供电公司的储能式大电流短路冲击试验室顺利通过验收,标志着该公司成为国网山东省电力公司首家具备储能式大电流短路冲击试验检测能力的地市级供电公司。淄博供电公司于2019年开始试点建设储能式大电流短路冲击试验室,并先后完成两期实验室改造升级。该试验室配置的大容量储能式
北极星储能网获悉,12月6日,华电电力科学研究院2MW超级电容储能系统集成试制、2MW飞轮储能系统集成试制招标。项目地址位于浙江杭州,2MW超级电容储能系统集成试制要求投标人提供(2018年至投标截止日)超级电容储能项目业绩至少1项或锂电储能业绩3项;2MW飞轮储能系统集成试制要求投标人提供(2018年1
11月1日,广东能源集团20兆瓦新型储能系统示范项目(以下简称“新型储能系统示范项目”)并网投产,该项目是广东省首个“锂电+超级电容器”火储联合调频项目,已列入国家重点研发计划“储能与智能电网技术”重点专项。新型储能系统示范项目场址位于广东省珠海市,通过创新性采用“16MW/8MWh磷酸铁锂电
北极星储能网获悉,日前,力神电池所属天津力神超电科技有限公司完成新型超级电容器单体及其首个高电压模组产品研制。据悉,该产品采用国内领先的结构设计,稳定性高,同时整个装配生产过程采用全自动生产线,整条产线布置MES系统,对每道工序、每个产品实现全程可监控、追溯,有效保证生产产品质量及
近日,许继集团承接的华能集团福建罗源电厂超级电容混合储能辅助火电机组AGC调频示范项目全功率投运成功,标志着“超级电容混合储能辅助火电机组AGC调频技术研究及示范应用”项目成功实施,该项目也是国内首个大容量超级电容混合储能调频项目。许继为该项目提供了8套2.5MW储能调频PCS升压一体机系统和6
北极星储能网获悉,近日,江苏无锡太湖新城20千伏设备能源互联网改造工程项目超级电容储能系统成交候选人公示,中标候选人第一名为烯晶碳能电子科技无锡有限公司。据招标公告,该江苏无锡太湖新城20千伏设备能源互联网改造工程项目超级电容储能系统采购招标人为国电南瑞南京控制系统有限公司。本招标项
北极星储能网获悉,5月24日,深圳清研电子科技有限公司发生工商变更,新增股东贝特瑞、深圳力合泓鑫创业投资合伙企业(有限合伙),同时公司注册资本由1111.11万元人民币增加至1259.26万元人民币,增幅13.33%。据了解,圳清研电子科技有限公司成立于2020年,经营范围包含新能源储能材料、超级电容的设计
北极星储能网获悉,4月9日,山东济南科技局等印发《济南市企业研究开发财政补助实施办法》,文件提出为鼓励创新主体持续加大研发经费投入,市财政按一定比例对符合条件企业的研发经费投入给予的补助资金,单个企业年度最高补助300万元。补助的重点高新技术领域包括新型动力电池与储能电池技术、燃料电
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!