超級電容器的多物理場動力學行為研究.pdf

1、超級電容器作為一種新型儲能元件，有著非常廣闊的應用前景。超級電容器的工作機制不同于傳統(tǒng)電池和靜電電容器，它具有超高電容量、高功率密度、快速充放電、無污染、循環(huán)壽命長、低溫性能越優(yōu)等優(yōu)點。
　　一個理想的超級電容器需要具備良好的電氣性能，包括:大的比電容、寬的工作電位區(qū)間和小的歐姆阻抗。超級電容器的電氣性能受其電化學行為和熱行為的影響，這些行為表現(xiàn)主要由材料、結(jié)構(gòu)和運行環(huán)境所決定，它們既相互影響又相互制約。
　　本文針對卷繞式

2、超級電容器單體的結(jié)構(gòu)和運行環(huán)境進行研究，在深入總結(jié)、分析超級電容器建模的基礎上，利用有限元多物理場分析軟件COMSOLMultiphysics對其電化學模型和熱模型進行建模與耦合，深入分析其多物理場動力學行為。
　　本文首先建立了以電化學理論為基礎的電化學模型，在COMSOL環(huán)境下建立仿真模型，利用有限元法計算分析其不同恒流充放電狀態(tài)下的電化學場時間-空間分布情況，并通過恒電流循環(huán)技術(shù)計算獲得其電氣性能參數(shù)。該方法可以模擬出超級電

3、容器內(nèi)部的微觀動態(tài)和外部的宏觀表現(xiàn)，為器件的虛擬動態(tài)研究提供了新方法。
　　其次，建立了以熱力學理論為基礎的熱模型，并實現(xiàn)了與電化學模型的電化學-熱耦合，利用COMSOL建立有限元仿真計算模型，模擬了超級電容器的溫度場時間-空間分布，分析了電流密度與熱對流系數(shù)對超級電容器溫度場的影響。
　　最后基于以上的多物理場研究理論與方法，通過改變卷繞式超級電容器的封裝單元結(jié)構(gòu)，研究了單元結(jié)構(gòu)對其電氣性能和熱性能的影響，并根據(jù)不同的應用