Was ist kapazitive Energiespeicherung und welche Arten von Mechanismen gibt es?

Kapazitive Energiespeicherbezieht sich auf die Technologie der Speicherung elektrischer Energie mithilfe von Kondensatoren. Kapazitive Energiespeicherung wird häufig in Elektrofahrzeugen, Wind- undPhotovoltaik-Energiespeicher, Regelung der Energiequalität im Stromnetz, Impulsstromquellen und mehr.

Basierend auf den unterschiedlichen Energiespeichermechanismen können kapazitive Energiespeicher in die folgenden zwei Typen unterteilt werden:

1. Elektrische Doppelschichtkapazität:Die elektrische Doppelschichtkapazität wird durch die gerichtete Anordnung von Elektronen oder Ionen an der Elektroden-/Lösungsschnittstelle erreicht, was zu einer Konfrontation von Ladungen führt. Bei einem Elektroden-/Lösungssystem bildet sich an der Schnittstelle zwischen der elektronenleitenden Elektrode und der ionenleitenden Elektrolytlösung eine Doppelschicht. Wenn ein elektrisches Feld an die beiden Elektroden angelegt wird, wandern Anionen und Kationen in der Lösung jeweils in Richtung der positiven und negativen Elektroden und bilden eine Doppelschicht auf der Elektrodenoberfläche. Nachdem das elektrische Feld entfernt wurde, werden die positiven und negativen Ladungen an den Elektroden von den entgegengesetzten Ladungen der Ionen in der Lösung angezogen, wodurch die Doppelschicht stabilisiert und eine relativ stabile Potentialdifferenz zwischen den positiven und negativen Polen erzeugt wird.

2. Pseudokapazität:Es tritt auf der Elektrodenoberfläche und in der Nähe der Oberfläche oder in der Hauptphase des zweidimensionalen oder quasi-zweidimensionalen Raums auf, wo elektroaktive Materialien Unterspannungsablagerungen, hoch reversible chemische Adsorptions-Desorptions- und Redoxreaktionen durchlaufen, was zu einer Kapazität führt, die mit dem Elektrodenladepotential zusammenhängt. Bei der Pseudokapazität umfasst der Prozess der Ladungsspeicherung nicht nur die Speicherung auf der Doppelschicht, sondern auch die Redoxreaktionen zwischen Elektrolytionen und aktiven Elektrodenmaterialien.

Die Hauptform der kapazitiven Energiespeicherung ist die Superkondensator-Energiespeicherung. Ein Superkondensator-Energiespeichergerät besteht hauptsächlich aus einem Superkondensator-Array, einem bidirektionalen DC/DC-Wandler und entsprechenden Steuerschaltungen. Die Kerntechnologie liegt in der Spannungsausgleichstopologie und Steuerstrategie innerhalb des Superkondensator-Arrays sowie in der Topologie und Steuerstrategie des bidirektionalen DC/DC-Wandlers.

Superkondensatoren sind eine neue Art elektrochemischer Energiespeicher, die zwischen herkömmlichen Kondensatoren und Batterien angesiedelt sind. Im Vergleich zu herkömmlichen Kondensatoren haben sie eine höhere Energiedichte, wobei die statische Kapazität mehrere Tausend bis Zehntausend Farad beträgt; im Vergleich zu Batterien haben sie eine höhere Leistungsdichte und eine extrem lange Lebensdauer. Damit vereinen sie die Vorteile sowohl herkömmlicher Kondensatoren als auch Batterien und sind damit eine chemische Energiequelle mit breiten Anwendungsaussichten.

Superkondensatoren nutzen hauptsächlich die Ladungs- und Energiespeicherung, die durch die an der Elektroden-/Elektrolytschnittstelle gebildete Doppelschicht zur Ladungstrennung oder durch die schnellen Redoxreaktionen auf der Elektrodenoberfläche und im Inneren der Elektrode erreicht wird, die die faradaysche „Pseudokapazität“ erzeugen. Daher verfügen Superkondensatoren über Eigenschaften wie schnelle Ladegeschwindigkeit, gute Hochstrom-Entladeleistung, extrem lange Zyklenlebensdauer und einen breiten Betriebstemperaturbereich. Das Superkondensator-Energiespeichergerät besteht hauptsächlich aus einem Superkondensator-Array, einem bidirektionalen DC/DC-Wandler und entsprechenden Steuerschaltungen.

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