近年来，随着社会经济的迅速发展，全球的工业化规模日益增加，而相对应的却是工业生产所必须的化石能源的逐渐枯竭以及越来越严重的环境污染。正因此，在汽车行业，传统的内燃机汽车已经失去了很多优势。而电动汽车相较于传统汽车有绿色环保、噪音小、可持续、等优势成为汽车行业及买车一族的新宠儿。

电动汽车与传统汽车最大的区别就是动力来源的差别，电动汽车的动力来源于汽车电池中储存的能源。电动汽车电池主要分为蓄电池和燃料电池两大类，但是传统的汽车电池所能储存的电量少、充电时间长、工作温度范围窄，严重制约了电动汽车的使用范围。超级电容器是通过电极与电解质之间形成的界面双层来来储存能量的新型元器件，与传统蓄电池相比，其功率密度更高、循环寿命更长、工作温限更宽、循环稳定性好，并且免维护，更加的绿色环保，可以大大提升了电动汽车的经济性和普遍性，相信将来会有极好的发展前景和市场。因此目前很多国家都在大力发展研究超级电容器，尤其以美国、日本等国研究成果最丰富，我国虽然起步较晚，现在也在大力追赶。

针对超级电容器的研究，国内学者做了许多工作：梅俊峰先制备出高性能的负极材料铁镍二元金属氧化物，又制备出正极材料钴镍硫化物，最后组装成赝电容电容器，解决了超级电容器负极材料性能低下与能量密度低的问题^[1]；张承双设计了以碳纤维布为电极基底，以多种多元金属氧化物及其复合材料为电极材料的新型柔性超级电容器，并对其进行电化学性能测试和储能机理的研究^[2]；郭慧先对石墨纸电极依次进行了打孔和电化学处理，发现其电化学性能得到明显的提升；其次研究了孔数量、扫速与容量之间的关系，发现面积比容量与孔数量的关系较强地依赖于扫速^[3]；冯嘉茂通过分子动力学模拟，利用CCM和CPM方法研究了碳纳米管、石墨烯、导电金属有机框架材料等三种材料的超级电容器储能机理和性能表现^[4]；洪聪聪以高锰酸钾为锰源，碳布为基底，通过一步水热法成功合成了CFC/MnO2复合材料,并以其为正极，以CFC／AC为负极组装成非对称超级电容器，然后采用电化学工作站研究分析其电化学储能性能^[5]；吴栋通过简易的水热法制备了碳酸羟基氯化钴纳米线阵列（CCCH NWAs）电极材料，使用XRD、SEM、TEM和STEM等测试了电极材料的物质组成和微观形貌，并通过三电极系统测试了电极材料的循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗等电化学性能^[6]；翟龙兵采用优化的电化学沉积法首次得到三维相互交织网络结构的四氧化三钴纳米刷-石墨烯@镍钴双氢氧化物复合电极材料，通过电化学测试分析得出这种相互交织的三维网络结构构筑可以非常有效的提高电极材料的循环稳定性^[7]；王敏研究了不同碳纳米管材料、制备工艺对碳纳米管/活性炭超级电容的性能影响，得出干法工艺下，添加了 FT7000碳纳米管的超级电容器性能最好^[8]；胡明雷引入了两种种过渡层材料来缓解界面应力，使电活性材料与柔性基底之间拥有稳定的界面连接关系，进而提高了电容器各方面的性能^[9]；刘琨以红薯粉为原料，通过糊化、水热以及炭化活化的过程制备出多孔活性炭并将其作为超级电容器的电极，发现其表现优异，经过3000次循环之后比电容仍能保持在90%以上，具有良好的双电层电容^[10]。

针对超级电容器性能的研究，国外许多学者也做了很多贡献：Ke Ren Dai等使用Comsol软件对平面交叉氧化钌MEMS超级电容器进行建模与仿真，得到了超精密的充放电曲线、电位分布图和浓度分布图，讨论了两种结构参数对超级电容器性能的影响，为提高电容器的性能指明了方向^[11]；Sheryl Dinglasan Fenol等利用恒电位器进行时域分析的结果，比较了CC和CCCV两种给超级电容器充电的方法^[12]；C. Pean;B. Rotenberg等通过比较电极内部电荷的演变来确定参数化TLM的准确度在电荷-放电-电荷循环的情况下进行非平衡分子动力学模拟^[13]；N. Benyahia等研究了基于Matlab SimPowerSystems的建模方法，将超级电容器(SC)作为辅助设备与FC相结合，以保证驱动系统的可逆性，之后对得到的仿真结果进行了讨论^[14];Marcelo G. Molina提出了一种有效的SCES控制器，并推导了系统的详细模型，给出了系统的控制方案设计，包括一个完全解耦电流控制策略以及一个增强的有源潮流控制器^[15]。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究（设计）的基本内容

此次研究围绕机车用LaCoO3超级电容器的设计与性能仿真，超级电容器主要的评价指标包括能量密度、功率密度、循环稳定性、电容量、比电容等，依据这些参数，建立LaCoO3超级电容器的仿真模型，对超级电容器进行电化学分析，利用科学计算方法进行数值模拟计算，并将得到的结果和现有实验效果相比较，以此来验证模型的可靠性。

2.2 研究（设计）的目标

通过此次毕业设计，期望达成以下目标：