超級電容器原理、分類及應(yīng)用事項

超級電容器原理、分類及應(yīng)用事項

有容乃大，普通電容器是儲存電能的元件，超級電容器（super capacitor）是什么黑科技？與普通電容器相比，超級電容器能儲存多少電能，還有哪些“超級”功能？

簡言之，超級電容器是能量儲存領(lǐng)域的一次革命，將在混合動力汽車、RAM、消費電子等領(lǐng)域取代傳統(tǒng)蓄電池，有效地節(jié)約能源并提高電池的使用壽命。

超級電容器是一種介于傳統(tǒng)電容器和充電之間的特殊電容器，兼具普通電容器的大電流快速充放電特性與電池的儲能特性，填補了普通電容器與電池之間能量與比功率的空白。超級電容器通過電極與電解質(zhì)之間形成的界面雙層來存儲能量也因此有雙電層電容器、電化學(xué)電容器等別稱。。當(dāng)電極與電解液接觸時，由于庫侖力、分子間力及原子間力的作用，使固液界面出現(xiàn)穩(wěn)定和符號相反的雙層電荷，稱其為界面雙層。

根據(jù)儲能機理，可將超級電容器分為雙電層電容器、法拉第準(zhǔn)電容器兩大類。其中，雙電層電容器主要是通過純靜電電荷在電極表面進行吸附來產(chǎn)生存儲能量。法拉第準(zhǔn)電容器主要是通過法拉第準(zhǔn)電容活性電極材料（如過渡金屬氧化物和高分子聚合物）表面及表面附近發(fā)生可逆的氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生法拉第準(zhǔn)電容，從而實現(xiàn)對能量的存儲與轉(zhuǎn)換。根據(jù)電極材料，可以分為碳電極雙層超級電容器、金屬氧化物電極超級電容器、有機聚合物電極超級電容器。根據(jù)電解質(zhì)種類，可將超級電容器分為水系超級電容器和有機系超級電容器兩大類。根據(jù)電解質(zhì)的狀態(tài)，可將超級電容器分為固體電解質(zhì)超級電容器、液體電解質(zhì)超級電容器兩大類。

性能參數(shù)

與蓄電池和傳統(tǒng)物理電容器相比，超級電容器具有功率密度高、循環(huán)壽命長、無記憶問題、工作溫限寬、免維護、綠色環(huán)保等特點。這主要體現(xiàn)在：-功率密度遠高于蓄電池，達102～104kW/kg。-循環(huán)壽命長，在50萬次至100萬次的充放電循環(huán)后性能變化很小，容量和內(nèi)阻僅降低10%～20%。-工作溫限寬，可達-40℃～+80℃。-免維護，對過充電和過放電的承受能力強，可穩(wěn)定地反復(fù)充放電，理論上是不需要進行維護。-綠色環(huán)保，整個生產(chǎn)過程中不使用重金屬和其他有害的化學(xué)物質(zhì)，且自身壽命較長，是一種新型的綠色環(huán)保電源。

超級電容器的主要參數(shù)有：額定電壓（V）、尺寸（mm）、額定能量（AH）、容量范圍、內(nèi)阻（mΩ）、標(biāo)準(zhǔn)充電電流（A）、標(biāo)準(zhǔn)放電電流（A）、電電流（A）、放電電流（A）、循環(huán)壽命。其中，正常操作溫度是-40~70℃，額定電壓有2.7V，容量為1F-5000F，內(nèi)阻要盡可能小。

應(yīng)用事項

與鋰離子等儲能元件相比，超級電容器技術(shù)和市場目前仍處于起步階段，使用時應(yīng)遵從通用電子裝聯(lián)規(guī)程，并注意以下事項：

（1）超級電容器本質(zhì)上屬于電解電容器，使用前應(yīng)確認極性。

（2）工作電壓不要超過標(biāo)稱電壓。當(dāng)電容器電壓超過標(biāo)稱電壓時，將會導(dǎo)致電解液分解，同時電容器會發(fā)熱，容量下降，而且內(nèi)阻增加，壽命縮短。

（3）不可用于高頻率的充放電電路中。高頻率的快速充放電會導(dǎo)致電容器內(nèi)部發(fā)熱，容量衰減，內(nèi)阻增加。

（4）應(yīng)遠離高溫?zé)嵩矗驗橥饨绛h(huán)境溫度對于超級電容器的壽命有著重要的影響。

（5）不能置于高溫、高濕的環(huán)境中，應(yīng)盡量在溫度-30～50℃、相對濕度小于60%的環(huán)境下儲存，且應(yīng)避免溫度驟升驟降，因為這樣會導(dǎo)致產(chǎn)品損壞。

（6）不可處于腐蝕性氣體環(huán)境中，這樣會導(dǎo)致引線及電容器殼體腐蝕，引起斷路。

（7）當(dāng)超級電容器串聯(lián)使用時，存在單體間的電壓均衡問題，單純的串聯(lián)會導(dǎo)致某個或幾個單體電容器過壓，從而損壞這些電容器，整體性能受到影響，因此在電容器串聯(lián)使用時，需得到廠家的技術(shù)支持。

（8）在PCB安裝時，電容器殼體不能接觸到PCB上，在焊接過程中應(yīng)避免使電容器過熱，焊接后需要及時清洗PCB及電容器，因為某些雜質(zhì)可能會導(dǎo)致電容器短路。

（9）超級電容器安裝后不可強行傾斜或扭動，以免引線松動，導(dǎo)致性能劣化。