8、太阳能微电网中混合超级电容器的发展

太阳能微电网中混合超级电容器的发展

1. 引言

并网太阳能光伏发电有望为应对全球变暖问题做出贡献。然而，将光伏能源直接接入主电网存在一些实际问题，主要是由于太阳能的间歇性供应。微电网的发展需要一个能量存储系统，用于存储太阳能光伏系统产生的电能，并通过适当的功率控制单元将其作为稳定的电力供应给主电网。通常，开发微电网所需的能量存储系统规模在1 kWh到几百kWh之间。

在各种能量存储系统中，电化学能量存储系统，如可充电电池，因其尺寸和形状的灵活性被认为是最佳选择。但大多数可充电电池循环寿命低，充电时间长，放电速度慢。例如，铅酸电池需要以C/10的速率进行恒流（CC）充电，随后以恒压（CV）充电6小时，并以C/5的速率放电；锂电池可以以C/3到C/5的速率充电，但价格昂贵且不安全。这些特点使它们不适合用于微电网的能量存储。

相比之下，由电池型电极和超级电容器型电极组成的混合能量存储设备具有更高的循环寿命，能量密度介于电池和超级电容器之间。目前正在开发不同类型的混合超级电容器系统，如Pb - C、Ni - C、MnO₂ - C等，其中Pb - C系统因其成本低、材料丰富、可回收性高和制造工艺简单而具有吸引力。

2. 铅碳混合超级电容器

铅碳混合超级电容器（Pb - C HUC）由氧化铅（PbO₂）阴极、活性炭阳极和硫酸电解质组成。PbO₂电极作为电池型电极，其充放电反应类似于典型铅酸电池中的正极板。其充放电反应及热力学可逆电位可表示为：
在阴极：
[
\begin{align }
& \text{充电} \
& PbSO_4 + H_2O \rightleftharp