[01774065]超高功率超级电容器的关键技术及应用

一、课题来源 为满足高速动车组、高速磁浮列车、真空导管列车、激光武器、微波武器、粒子束武器、电磁弹射等大功率储能系统的重大需求,深化实施 “颠覆性武器系统 ”技术与轨道交通技术的融合,实现“军民”大功率储能电源技术平台化,必须解决核心超高功率、高比能量储能器件及其弹射系统的工程化难题。超级电容器具有高功率密度、高安全性、长循环寿命等优势,是实现大功率储能电源“军民”融合的重要技术。但受制于储能材料的进口依赖、制造技术的技术封锁,现有超级电容器无法满足武器装备和轨道车辆的超高功率需求,影响装备的车载舰载战略的机动性。因此,迫切需要开发新一代超高功率超级电容器,对国防装备和轨道交通装备的突破性变革意义重大。项目属于中央军委装备发展部和科学技术委员会的前沿技术,被列入国家工业强基工程专项。 二、技术原理与技术指标 超级电容器是依靠电极上的多孔炭材料吸附电解液离子进行储能的一种电化学储能器件,因此多孔炭材料（以下简称“电容炭”）是超级电容器储能性能的关键材料。目前,电容炭尚未实现国产化,几乎全部依赖从日本可乐丽公司、斯里兰卡Haycarb公司和韩国PCT公司进口。另一方面,超级电容器的传统湿法涂布工艺由于需要借助去离子水等溶剂分散电极材料,极大限制了超级电容器窗口电压的提升,且所得电极的密度偏低,使单体能量密度的提高受到严重制约。为了提升极大提升器件的功率和能量特性,发展新型的炭材料和器件制造工艺是实现超级电容器性能飞跃的关键。 技术指标：1)电容量：3000F;2)比能量：10.1 Wh/kg;3)比功率：75kW/kg。 三、技术创造性和先进性 针对超级电容器领域的关键共性问题,从核心材料、储能器件、储能系统到工程化应用等方面,突破了国外对该领域的技术垄断。（1）国际上首次实现了超级电容器电极材料的升级换代,开发了高密度碳气凝胶的批量化制造技术。（2）突破了国外干法电极技术垄断,首创了国内干法电极制造技术,实现了高体积密度电极和超高功率超级电容器的产业化,达到国际领先水平。（3）首创了大功率超级电容器单体间电能快速转换技术。开发了大功率、节能型超级电容器的主动均衡电路,提高了超级电容器单体间的能量转换速率。 研制出超高功率超级电容器,其电容量为3000F、比能量为10.1 Wh/kg、比功率为75kW/kg。与特斯拉公司（下属美国Maxwell公司）超级电容器相比,本项目产品能量密度提升了40.28%,功率密度是Maxwell产品的4.69倍。 四、技术成熟程度和适用范围 该技术已经实现工业化生产,并完成在国防装备、轨道交通、工业节能等领域示范应用。 五、应用情况 项目产品在国防装备、轨道交通等领域实现了一系列应用。 （1）大功率弹射装置。已经列装于国防装备大功率弹射装置。（2）混合动力动车组。解决了动车组快速启动、加速及制动能量回馈的关键技术,实现在马来西亚运营。（3）储能式现代有轨电车。解决了架空网问题,实现在广州黄埔、云南文山等地运营。（4）港机。解决了高功率输出和势能回馈技术,在珠海已运行200余套。