关于超级电容电池的一些讨论
摘要
本文主要讨论了电池的发展由来，超级电容电池的理论介绍与实际应用，以及它与普通蓄电池性能对比；并且提出了超导电感电池的想法和我们的初步设计。
Abstract:
This essay mainly discussed the origin and development of traditional batteries, the idea of super capacitor battery and the differences in their performances. Meanwhile, we raise our own innovative concept of ‘Super Inductive Battery’ and our preliminary design.
前言
超级电容的的功率密度大，充分电时间短，充放电特性好，寿命长，在新能源汽车上有广阔的发展前景。这次上海世博会的园内公交全部使用超级电容公交，在每个停靠点只需短时间充电便能维持客车的良好运行。因此，在超级电容上作研究是完全有必要的。
主体
1.电的储存
电池的最早出现在古希腊，那是人们希望把静电这种神奇的东西保存下来。他们利用导线将摩擦所起的电引向装有铁钉和水的玻璃瓶，实现了电荷的存储，而这恰恰是现在电池的基本雏形。在这种想法的激励下，利用电化学反应存储电
能的蓄电池产生了，利用这种方法存储电能的电池有着较大的容量，确受到放电电流等因素的牵制。然而，基于电容储能思想而发现的超级电容在某些方面有着比普通蓄电池更好的性能。
超级电容电池与普通蓄电池对比表
2.超级电容的大电容特性
虽然超级电容有着种种优势，但续航能力方面却有这很大的不足，就拿世博超级电容公交车来说，在每个停靠点都必需充电，虽然只需短短的几十秒，却限制了它在更大的范围内推广。那么如何才能提高超级电容的续航能力呢?
由于C=εS/4πkd，所以要提高电容可以采用增加ε和极板面积S，或者缩短极板间距离的方法。
减小极板间距离。超级电容采用活性炭材料制作成多孔电极,同时在相对的碳多孔电极之间充填电解质溶液,当在两端施加电压时,相对的多孔电极
上分别聚集正负电子,而电解质溶液中的正负离子将由于电场作用分别聚集到与正负极板相对的界面上,从而形成两个集电层, ,而电解液与多孔电极间的界面距离不到1nm(即获得了极小的介质厚度d)
✧增大S。由于多空活性炭才用了层叠结构（类似于内质网，一定程度上运
用了仿生学原理），它的实际极板面积S可能比目测面积大几十倍，因此获得了极大的S
✧增大ε。活性炭集电层之间的填充特殊的电解液，有着较大的ε值。
超级电容的电容可达0.1-1000F,正是由于它在每个可能提高电容的参数上都有所改进。
超级电容基本结构普通锌锰干电池
3.超级电容电池的实际运用中的注意点
✧和普通电池一样，超级电容可以通过串联来提高输出电压，但是却存在单体
间的电压均衡问题。可能会因为一个电容的过载而损坏所有与它串联的电容。
✧超级电容的内阻较大，因此可以通过并联来减小内阻，同时能实现了电容的
增大，提高了输出电流。
✧ Τ=RC ，由于超级电容本身内阻较大，因此不接外电阻时τ在1~2s ，完全给
阻-容式电路放电大约需要5τ，也就是说如果短路放电大约需要5~10s （由于超级电容电池自身特性而且内阻大，短路对它来说也不是致命的，这也是它的一个优点）。
✧ 由于U=Q/C ，随着电容的放电，超级电容的输出电压会逐渐减小，而ΔU=
ΔQ/C ，由于C 很大，所以Q 的减小对U 的变化不是很大。正是由于电压原因，使超级电容需要频繁充电。
4.关于超级电容参数的计算
4.1已知工作时的起始和截至电压Vmax 和Vmin ，工作时间t ，工作电流I ，求所需要的超级电容容量大小。
超级电容输出能量 )V V (2
t I E min work 1+⋅=
① 超级电容减少能量 ）（2min 2max 2V V 2t C E -⋅= ② 又因为 E1 = E2 ③
由①②③得： ）（）（2min 2max min max
V V It V V C -+=）（min
max V -V t I ⋅= 举例如下：
如单片机应用系统中，应用超级电容作为后备电源，在掉电后需要用超级电容维持100mA 的电流，持续时间为10s,单片机系统截止工作电压为4.2V ，那么需要多大容量的超级电容能够保证系统正常工作？
则 C ）
（min max V -V t I ⋅= = ）
（.24510.10-⨯
I
超导电感电池示意图
A
B
= 1.25F
也就是说，要维持这个单片机的工作，只要一个大于1.25F 的超级电容电池就够了。
4.2对于世博园区内的超级电容车，每公里平均消耗电能0.98度，中途充电时间为30秒钟，一次充电可运行8公里,最高速度达到每小时50公里，工作电流1000A 、工作电压900- 1000V 。
将各参数带入公式计算得，公交车所需电容约为96F,也就是说，可以通过4个24F 的超级电容电池串联获得，在启动或爬坡时可获得接近2000A 的电流，突破了蓄电池驱动电车能提供的最高1000A 的瞬间电流。
5.关于新型电池的思考
传统电池由于电流，电压等方面局限性，已经不能满足有些需要较大功率的设备的电池供电。超级电容电池的有点在于它能提供400-2000A 的大电流，
但如果需要提供高电压，我们能不能使用”超级电感电池”呢?
如图，如果设计如图所示的超感电感电池，其中导线为超导导线，即电能以电流的形式存储起来，由于没有电阻，不存在能量损耗。而所存储的电能为W=1/2LI 2，如果L 很大，能储存的电能将会很大。使用电池时，只需
