弱结晶二氧化锰超级电容器充放电分析

以等物质的量的高锰酸钾和乙酸锰为原料,采用机械化学法制备出弱结晶型α-MnO2超级电容器电极材料.在1.2V电压内,200mA·g-1电流密度下对对称型超级电容器进行恒流充放电测试.采用XRD法、循环伏安及交流阻抗法对充放电前后电极材料的结构以及电化学性能进行表征,首次采用求斜率法对充放电曲线分析.结果表明:超级电容器表现出法拉第电容与双电层电容的双重特征;在循环过程中,电化学惰性物质Mn3O4生成,循环伏安图中氧化还原峰逐渐消失;充放电曲线的法拉第电容特征逐渐消失而接近双电层电容理想曲线;超级电容器的比容量、等效串联电阻发生了对应的变化,其最大电极比容量达到416F·g-1,经过近500次循环后,比容量为220F·g-1.     

聚苯胺纳米纤维的界面聚合法合成及电化学电容行为

利用盐酸和四氯化碳的水/油两相界面,通过界面聚合法合成具有良好纳米纤维结构的聚苯胺,用这种聚苯胺纳米纤维为活性物质制备电极,以1 mol/L H2SO4水溶液为电解液组装超级电容器,通过恒电流充放电、循环伏安、交流阻抗等技术研究其电化学电容行为。研究结果表明,合成的聚苯胺的直径为50～100 nm,长度为500nm至几微米不等,且纤维之间相互交织缠绕,形成网状形貌;聚苯胺纳米纤维电极材料的功率特性与循环性能优于用传统化学氧化法合成的颗粒状聚苯胺材料的性能,在5 mA放电电流下,其比电容可达317 F/g,20mA放电电流下比电容仍维持300 F/g左右,500次循环容量衰减在4%以内。     

平抑风电功率波动的双配置混合储能系统控制策略

风电功率具有波动性,不利于电力系统正常运行,因此构建了由两组超级电容器和两组蓄电池组成的双配置混合储能系统,用以平抑波动。两组超级电容器根据实时荷电状态交替补偿高频正、负功率波动,分别处于充、放电状态;当任意一组达到荷电状态上限约束值或下限约束值,则同时切换两组超级电容器的充放电状态,保证其处于不同的工作状态。两组蓄电池采用同样的控制策略,用于补偿低频正、负功率波动。最后,对某风电场历史数据进行仿真分析,结果表明,该方案可有效提高储能装置利用效率,降低其容量配置;并且大幅度降低了储能装置充放电切换次数,提高了循环使用寿命。     

串联超级电容组动态分段充电控制策略

针对目前的超级电容组充电策略存在过压风险和容量利用率较低的缺陷,在现有充电方法的基础上,提出一种动态分段超级电容充电控制策略,提高了超级电容容量利用率.该方法划分为恒流充电、恒压充电与浮充3个阶段,恒流充电又划分为启动阶段、恒流阶段与充电终止阶段,恒压充电根据单体电压动态确定,设计了状态机实现该方法.采用带有均压电路的串联电容组模型进行仿真实验以验证充电效果.仿真结果表明:该方法可将超级电容利用率提高9%.     

二氧化锰在Li2SO4水溶液中的电容性能研究

采用化学共沉淀法制备了超级电容器电极材料MnO2．采用XRD对其结构进行表征，并用循环伏安、交流阻抗、恒流充放电等测试手段研究了材料在1mol／L Li2SO4电解液中的电容性能．结果表明，MnO：电极在1mol／L Li2SO4电解液中具有优良的电容性能，以3mA／cm^2电流密度恒流充放电时，单电极比容量可达239．9F／g．经1000次恒流充放电循环后，电极比容量下降了11．7％．Nyquist曲线显示电极的电荷转移电阻较小．     

镍基花状微球的合成及超级电容性能研究

以甲醇为溶剂,乙酸镍为镍源,采用溶剂热法制备了具有分级结构的镍基花状微球.通过X射线衍射(XRD),场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和红外光谱对结构和性质进行了表征.利用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等方法对产物的超级电容性能进行系统研究.发现用此反应合成的产物在1 mol/L KOH溶液中,电流密度为1 A/g下充放电比电容达到1 698 F/g.同时具有大电流充放电性能,在电流密度为10 A/g时比电容为915 F/g,在5 A/g的电流密度下循环500次后容量仍然能够保持在首次的55%左右.结果表明,该方法制备的镍基花状微球具有良好的超级电容性能.     

基于改进工作模式的复合电源能量管理研究

针对峰值电流影响蓄电池寿命问题,利用超级电容比功率高,不受大电流充放电影响等优势,与蓄电池组合成复合电源,通过在传统复合电源的工作模式中增加超级电容器组单独工作的改进工作模式,制定逻辑门限控制策略来解决这一问题,并在高级车辆仿真软件ADVISOR中进行仿真验证.结果证明该方法使流过蓄电池的电流幅值降低了36.6％,有效...     

高效率超级电容充电系统设计

超级电容器是具有超大容量和高储能密度的新型储能元件,具有循环寿命长、功率密度大、充放电速度快等蓄电池无法比拟的优点。本文结合超级电容的充放电特性,设计了低内阻高效率的超级电容充电电路,有效地提高了超级电容的充电效率。     

PANI-CNTs复合材料的制备及其在对称型全固态超级电容器中的应用

超级电容器寿命长、安全性高,并可以实现快速充放电,是化学电源研究的热点之一。文章通过简单的化学原位聚合法将聚苯胺(polyaniline,PANI)与碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)进行复合,得到聚苯胺纳米管(PANI-CNTs)复合材料。利用场发射扫描电子显微镜(field emission scanning electron microscope, FESEM)对其形貌和结构进行表征。循环伏安(cyclic voltammetry,CV)曲线、恒电流充放电(galvanostatic charge-discharge, GCD)曲线和循环寿命测试结果表明,纳米复合电极材料在三电极体系中,电流密度为1 A/g时,比电容高达690 F/g,3 000次循环后仍保持初始电容80%,在组装成柔性器件后,保留了优异的电化学性能,并展现出卓越的柔性机械性能。     

酚醛树脂基微孔炭的制备及双电层电容特性

以热固性酚醛树脂为原料,采用CO2物理活化法制备双电层电容器,用高比表面积活性炭.由氮气吸附法测定活性炭的比表面积和孔结构,采用循环伏安、交流阻抗和恒电流充放电考察其在3000/KOH水溶液中的电容特性.结果表明,随着活化时间的延长,所得活性炭收率下降,比表面积、总孔孔容和质量比电容则不断增加;具有高比表面积和宽孔径分布的试样APF957质量比电容值最高,电流密度由50 mA/g提高到1000 mA/g时,其放电比电容由211.6 F/g降低到196.5 F/g,容量保持率达到9300/,显示出良好的功率特性.     

物理化学综合实验设计——纳米MnO_2作为超级电容器电极材料的研究

探索了将纳米 Mn O2 电极的电容性质研究作为物理化学综合实验的可行性 .循环伏安和恒电流充放电实验表明 ,纳米 Mn O2 电极具有较为优良的电容性质 ,用 10 m A和 5 0 m A恒流充放电时 ,Mn O2 电极的比电容分别为2 0 3.6 F/ g和 15 0 F/ g;分别连续充放 5 0周和 2 0 0周后 ,容量保持率仍分别为最初的 91.2 %和 90 .5 % .     

基于Co_3O_4纳米花/rGO复合材料的全固态柔性超级电容器研究

采用水热法在180℃条件下保温12 h获得了四氧化三钴(Co_3O_4)纳米花,并将其与还原氧化石墨烯(rGO)复合成薄膜状纳米材料.基于该复合材料和凝胶状电解质(KOH-PAAK)组装成全固态柔性超级电容器.结果显示,该器件有近似矩形的循环伏安曲线(CV),近三角形的恒流充放电曲线(GCD),表明该器件具有较快的电子迁移速度和响应速度.通过GCD曲线可以计算,该器件有190 F/g的比电容.稳定性测试表明,在循环1×10~4次后,该器件仍有90%的容量剩余,表明了其良好的循环稳定性.     

MnO_2/碳纳米管膜柔性复合材料的制备及其电容性能

为了获得比电容大、工作稳定性高的柔性超级电容器,在碳纳米管膜上利用恒电流沉积法在不同沉积时间和沉积电流密度下沉积MnO_2,制备出了MnO_2/碳纳米管膜柔性超级电容器电极材料.分别利用扫描电镜和X线衍射对所得电极材料的形貌和结构进行表征,并通过恒电流充放电测试和交流阻抗谱研究了复合材料的电容性能.结果表明:复合材料的电容性能可以通过调节MnO_2的沉积电流密度和沉积时间来控制;沉积电流密度为1 A/g、沉积时间为20 min条件下制备所得MnO_2/碳纳米管膜复合材料的比电容可达356 F/g,是纯碳纳米管膜比电容的7.5倍.此外,MnO_2/碳纳米管膜复合材料的比电容经200次充放电循环后维持在初始值的96.6%,显示出良好的循环稳定性,在高性能柔性超级电容器应用方面展现了一定的前景.     

蓄电池超级电容混合储能双重解耦控制策略

蓄电池-超级电容器混合储能系统既可充分应用功率型储能器件的物理特性,又可优化蓄电池的充放电过程,是储能技术未来发展方向之一。本研究中提出了一种主从结构双重解耦控制策略,利用功率前馈解除了母线电压与扰动输入间的耦合关系,也抑制了耦合扰动输入对超级电容端电压的影响,将端电压有效维持在一定范围,解决了传统控制策略下超级电容的过充过放问题,简化了控制过程;而且在保证微电网稳定运行的同时,使得蓄电池的充放电电流变化平滑,降低其变化率,延长其使用寿命,并提高了微电网孤岛运行储能系统运行的可靠性。最后通过仿真分析,验证了所提控制策略的正确性。     

超级电容器隔膜材料的制备与研究

采用溶胶-凝胶法制备了纳米MnO2，同时制备了琼脂膜隔膜材料，并分别以琼脂膜和隔膜纸为隔膜材料组装成电容器，进行恒流充放电测试．结果表明，应用琼脂膜的超级电容器的性能优良，与隔膜纸的相比，电容容量提高了69％，充放电效率提高了11％．     

石墨烯基聚苯胺水凝胶的电化学性能研究

通过两步溶液自组装方法,制备了具有三维多孔网络结构的石墨烯基聚苯胺复合水凝胶(PR-x),并通过SEM、XRD、FT-IR、Raman、XPS等表征手段对样品的微观形貌和结构组成进行了表征分析.结果表明,聚苯胺均匀地负载于三维多孔石墨烯网络骨架,且能够显著抑制石墨烯的团聚现象.研究了石墨烯基聚苯胺复合水凝胶电极的电化学性能.当聚苯胺质量分数为75％,电流密度为1 A·g-1时,比电容为762.8 F·g-1;当扫描速率从5 mV·s-1增加到50 mV·s-1时,倍率保留率高达77％,经过3000次恒电流充放电后比电容保留率仍高达89.27％.该石墨烯基聚苯胺复合水凝胶电极作为超级电容器表现出优异的放电容量、倍率性能和循环稳定性,具有一定的潜在应用价值.     

复合电源电动汽车动力系统建模与仿真

由于蓄电池的功率密度低、能量密度低,以蓄电池作为单一电源的纯电动汽车,动力性和续驶里程因此受到极大的限制.本文将超级电容引入到电动汽车的储能系统中,构建超级电容一蓄电池复合电源系统,利用超级电容高功率密度特性弥补蓄电池的不足.分析了在典型工况下的车辆需求功率对应的电流变化曲线,并根据储能系统的状态划分为单独驱动、共同驱动、预充电和再生制动共四种工作模式,在MATLAB/Simulink环境下建立了纯电动汽车动力系统的仿真模型,包括蓄电池模块、超级电容模块、功率分配模块和驱动模块,根据市区循环工况进行了仿真测试,结果表明采用超级电容一蓄电池储能系统能发挥其高能量密度和高功率密度特性,从而提高车辆的动力性能,使能量利用率提高了近17％.     

1.7V活性炭基K_2SO_4水系超级电容器

1种以K2SO4水溶液作为电解液的高电压对称型活性炭基超级电容器.采用循环伏安法、恒电流充电/放电、电化学阻抗谱和循环稳定性等电化学方法研究了其电化学性能.结果表明,该电容器的工作电压为1.7V,在电流密度为0.25A·g-1时,单电极比电容高达156F·g-1,在功率密度为213 W·kg-1时能量密度达到38Wh·kg-1(以正负极活性物质的总质量计),等效串联电阻为1.92Ω,3 600s后的漏电流是0.36mA,在400次充放电循环中库伦效率接近100%.该研究结果表明中性的K2SO4水系电解液对探索一种新型高能量密度的超级电容器提供了一种新的可能.     

采用AB类源跟随器的无片外电容快速瞬态响应LDO

文章提出一种快速响应、高稳定性、无片外电容的低压差线性稳压器(low dropout regulator,LDO),应用于无线能量传输系统中的接收端电源管理.采用电容耦合方式感知负载变化,可以有效检测输出端负载跳变,在负载瞬间跳变时增大功率器件栅极电容的充放电电流,具有摆率增强的作用,增强瞬态响应.缓冲级采用AB类超级...     

基于超级电容的永磁同步风力发电机不对称故障穿越方法

风电系统与电网之间的相互影响越来越大,需要并网风电机组具有故障穿越能力来保证电网安全运行。为了提高永磁同步风力发电机组(PMSG)在不对称电网故障下的穿越能力,提出了一种基于超级电容储能的PMSG风电机组的故障穿越方法。该方法采用双向直流变换器将超级电容器组连接在交直交变流器的直流母线上,通过对超级电容的吞吐功率进行控制,限制了故障情况下交直交变流器直流侧电压上升,并降低了不对称故障引起的直流母线电压2倍工频纹波。同时在网侧换流器的控制中采用电网负序电压前馈的方法,消除并网电流负序分量。结合低电压穿越标准,对超级电容的容量选取进行了讨论,并建立了超级电容器及其功率变换电路的数学模型,设计了超级电容储能系统的控制器。采用Matlab软件,对1 MW机组的仿真结果表明,所提出的不对称故障穿越方法,可同时减小并网电流负序分量和直流母线电压的2倍工频纹波,提高了机组不对称故障穿越能力,验证了文中提出的故障穿越策略的有效性。