Pin siêu tụ điện, còn được gọi là tụ điện vàng và tụ điện fara, lưu trữ năng lượng thông qua chất điện phân phân cực và là một loại tụ điện hai lớp. Vì quá trình lưu trữ năng lượng không liên quan đến các phản ứng hóa học, nên nó có thể đảo ngược và vì các siêu tụ điện có thể được sạc và xả hàng trăm nghìn lần. Các siêu tụ điện thường sử dụng vật liệu điện cực than hoạt tính, có đặc điểm là diện tích hấp phụ lớn và lưu trữ tĩnh điện nhiều hơn, được sử dụng rộng rãi trong các phương tiện năng lượng mới.

Pin siêu tụ điện, còn được gọi là tụ điện hai lớp, là một loại thiết bị lưu trữ năng lượng mới, có đặc điểm là thời gian sạc ngắn, tuổi thọ cao, đặc tính nhiệt độ tốt, tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường xanh. Siêu tụ điện có nhiều công dụng. Được sử dụng làm nguồn cung cấp năng lượng cân bằng của thiết bị nâng, có thể cung cấp dòng điện siêu lớn; Được sử dụng làm nguồn cung cấp năng lượng khởi động cho xe, hiệu quả khởi động và độ tin cậy cao hơn ắc quy truyền thống, có thể thay thế hoàn toàn hoặc một phần ắc quy truyền thống; Năng lượng lực kéo được sử dụng cho các phương tiện có thể được sử dụng để sản xuất ô tô điện, thay thế động cơ đốt trong truyền thống và trang bị thêm cho các xe buýt điện hiện có. Nó có thể được sử dụng trong quân đội để đảm bảo xe tăng và xe bọc thép khởi động trơn tru (đặc biệt là trong mùa đông lạnh giá) và làm năng lượng xung của vũ khí laser. Ngoài ra, nó cũng có thể được sử dụng để lưu trữ năng lượng của các thiết bị cơ điện khác

Do nguồn tài nguyên xăng dầu ngày càng cạn kiệt và tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng do khí thải từ động cơ đốt trong đốt xăng dầu (đặc biệt ở các thành phố lớn và vừa), người ta đang nghiên cứu các thiết bị năng lượng mới để thay thế động cơ đốt trong. Việc nghiên cứu phát triển các sản phẩm điện hybrid, pin nhiên liệu, pin hóa học và các ứng dụng của chúng đã được triển khai và đạt được một số kết quả nhất định. Tuy nhiên, do tuổi thọ ngắn vốn có, đặc tính nhiệt độ kém, pin hóa học gây ô nhiễm môi trường, hệ thống phức tạp, chi phí cao và những điểm yếu chết người khác nên vẫn chưa có giải pháp tốt. Với những đặc tính tuyệt vời của nó, siêu tụ điện có thể thay thế một phần hoặc hoàn toàn pin hóa học truyền thống để cung cấp năng lượng kéo và năng lượng khởi động của phương tiện, và chúng được sử dụng rộng rãi hơn so với pin hóa học truyền thống. Chính vì điều này mà tất cả các nước trên thế giới (đặc biệt là các nước phát triển phương Tây) đã không ngừng nỗ lực nghiên cứu và phát triển siêu tụ điện. Trong số đó, Hoa Kỳ, Nhật Bản và Nga không chỉ đi đầu trong R&D và sản xuất mà còn thành lập các tổ chức quản lý quốc gia đặc biệt (như: USABC ở Hoa Kỳ, SUN ở Nhật Bản, REVA ở Nga, v.v.) để xây dựng các kế hoạch phát triển quốc gia, được nhà nước tích cực thúc đẩy với nguồn đầu tư lớn và nhân lực. Về công nghệ siêu tụ điện, Nga hiện đang đi trước thế giới, các sản phẩm của họ đã được sản xuất và ứng dụng thương mại, và đến xe điện quốc tế hàng năm lần thứ 17 (EVS - 17) được đánh giá là sản phẩm tiên tiến nhất, Nhật Bản, Đức , Pháp, Anh, Úc và các nước khác cũng đang bắt kịp, hiện tại việc áp dụng siêu tụ điện đã khá rộng rãi. Việc áp dụng siêu tụ điện ở Trung Quốc có thể giảm tiêu thụ dầu và giảm sự phụ thuộc vào nhập khẩu dầu, điều này có lợi cho an ninh dầu mỏ quốc gia. Giải quyết hiệu quả vấn đề ô nhiễm khí thải đô thị và ô nhiễm pin chì-axit; Nó rất hữu ích để giải quyết vấn đề bắt đầu ở nhiệt độ thấp của xe. Hiện có hơn 10 doanh nghiệp trong nước nghiên cứu và phát triển siêu tụ điện

Siêu tụ điện là một loại tụ điện mới dựa trên lý thuyết về lớp điện kép liên vùng do nhà vật lý người Đức Helmholtz đề xuất. Ai cũng biết rằng một điện cực kim loại được đưa vào dung dịch điện phân sẽ có điện tích dư trái dấu ở hai bên bề mặt và bề mặt, dẫn đến hiệu điện thế giữa hai pha. Sau đó, nếu hai điện cực được đưa vào chất điện phân cùng một lúc và điện áp nhỏ hơn điện áp phân hủy của dung dịch điện phân được đặt giữa chúng, các ion dương và âm trong chất điện phân sẽ nhanh chóng di chuyển về phía các cực dưới tác động của điện trường và tạo thành một lớp điện tích gần trên bề mặt của hai điện cực phía trên, gọi là lớp điện kép. Nó được hình thành bởi lớp điện kép và tụ điện truyền thống của chất điện môi trong điện trường dưới tác động của điện tích phân cực tương tự, dẫn đến hiệu ứng điện dung, gần giống với tụ điện hai lớp điện, tuy nhiên, do điện tích của tụ điện chặt hơn bình thường khoảng cách giữa các lớp điện tích nhỏ hơn nhiều, do đó có dung lượng lớn hơn so với tụ điện thông thường.

Tụ điện hai lớp có nội trở cao hơn so với tụ điện nhôm nên có thể nạp điện trực tiếp mà không cần tải trở. Trong trường hợp sạc quá áp, tụ điện hai lớp sẽ mở mạch mà không làm hỏng thiết bị, khác với hiện tượng đánh thủng quá áp của tụ điện nhôm. Đồng thời, so với pin sạc, tụ điện hai lớp có thể thực hiện sạc dòng điện không giới hạn và thời gian sạc có thể đạt hơn 10E6 lần. Do đó, tụ điện hai lớp không chỉ có các đặc tính của tụ điện mà còn có các đặc tính của pin. Nó là một loại linh kiện đặc biệt mới giữa pin và tụ điện.

Dung lượng của một siêu tụ điện lớn hơn nhiều so với dung lượng của một tụ điện thông thường. Do dung lượng lớn, hiệu suất bên ngoài giống như pin, nên nó còn được gọi là "pin điện dung" hoặc "pin vàng". Pin siêu tụ điện cũng thuộc loại tụ điện hai lớp, có dung lượng lớn nhất trong số các loại tụ điện hai lớp đã được đưa vào sản xuất hàng loạt trên thế giới hiện nay. Nguyên tắc cơ bản giống như các loại tụ điện hai lớp khác, sử dụng cấu trúc điện hai lớp bao gồm điện cực than hoạt tính xốp và chất điện phân để thu được công suất siêu lớn.

Năng lượng điện được lưu trữ trong tụ điện vật lý truyền thống đến từ sự phân tách điện tích trên hai bản, được ngăn cách bởi chân không A (hằng số điện môi tương đối 1) hoặc lớp vật liệu điện môi (hằng số điện môi tương đối ε). Giá trị điện dung là :C=ε·A/3.6π D ·10-6(μF), trong đó A là diện tích tấm và D là độ dày của môi trường. Năng lượng dự trữ là :E=C(ΔV)2/2, trong đó C là giá trị điện dung và V là điện áp rơi giữa các bản. Có thể thấy rằng để thu được công suất điện A lớn hơn và tích trữ nhiều năng lượng hơn thì cần phải tăng diện tích A hoặc giảm độ dày D của môi chất. Tuy nhiên, không gian kính thiên văn này bị hạn chế, dẫn đến khả năng lưu trữ điện và năng lượng nhỏ. Các siêu tụ điện sử dụng vật liệu than hoạt tính làm từ các điện cực xốp, đồng thời, trong một điện cực xốp tương đối giữa điện cực chứa đầy dung dịch điện phân, khi điện áp đặt vào ở cả hai đầu, electron-positron tương đối được thu thập tương ứng, và điện cực xốp và cực dương và Các ion âm trong dung dịch điện phân do điện trường lần lượt tụ lại tương phản với các bản cực dương và bản cực âm của giao diện, do đó tạo thành hai lớp cực góp, tương đương với hai tụ điện Dòng máy do làm bằng vật liệu than hoạt tính có diện tích bề mặt riêng cao 1200 m2 / g hoặc cao hơn (A) diện tích điện cực lớn, và chất điện phân và giao diện giữa khoảng cách điện cực xốp nhỏ hơn 1 nm (tức là độ dày trung bình tối thiểu d), theo công thức tính toán trước đây có thể thấy rằng điện tụ điện hai lớp lớn hơn điện dung vật lý truyền thống của giá trị tụ điện Rất nhiều, khối lượng riêng The q khối lượng có thể tăng hơn 100 lần, do đó công suất điện trên một đơn vị trọng lượng có thể đạt tới 100F / g và điện trở trong của tụ điện cũng có thể được giữ ở mức rất thấp, vật liệu carbon cũng có ưu điểm là chi phí thấp , công nghệ trưởng thành và như vậy. Do đó, có thể sử dụng các tụ điện để lưu trữ một lượng lớn năng lượng và trong thực tế, điện áp hoặc dòng điện đầu ra có thể tăng lên bằng cách kết nối nối tiếp hoặc song song. [1]

(1) tốc độ sạc nhanh, miễn là sạc từ vài chục giây đến vài phút là có thể đạt hơn 95% công suất định mức; Pin chì-axit lớn nhất hiện nay thường mất vài giờ để sạc.
(2) Tuổi thọ chu kỳ dài, chu kỳ sạc và xả sâu có thể lên tới 500.000 lần, nếu siêu tụ điện được sạc và xả 20 lần một ngày, thời gian sử dụng liên tục có thể lên tới 68 năm. Nếu so với ắc quy chì-axit, nó có tuổi thọ 68 năm, không có "hiệu ứng bộ nhớ".

(3) Khả năng xả dòng điện siêu cao, hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao, tổn thất quá trình nhỏ, hiệu suất chu trình năng lượng dòng điện cao ≥90%;

(4) mật độ năng lượng cao, lên tới 300W/kg ~ 5000W/kg, tương đương với hàng tá pin thông thường; Năng lượng riêng của pin chì-axit chỉ có thể đạt tới 200W/kg, trong khi pin siêu tụ điện có thể đạt tới 10KW/kg.

(5) Thành phần, quá trình sản xuất, sử dụng, lưu trữ và tháo gỡ nguyên liệu thô của sản phẩm không gây ô nhiễm và là nguồn cung cấp năng lượng bảo vệ môi trường xanh lý tưởng;

(6) Mạch sạc và xả đơn giản, không cần sạc pin như mạch sạc, hệ số an toàn cao, sử dụng lâu dài không cần bảo trì;

(7) đặc tính nhiệt độ cực thấp tốt, sử dụng phạm vi nhiệt độ môi trường rộng lên tới -40oC ~ + 70oC;

(8) Phát hiện thuận tiện, lượng điện còn lại có thể được đọc trực tiếp;

(9) Phạm vi công suất monome thường là 0,1F--3400F.