超級(jí)電容器

什么是超級(jí)電容器?

◆ 超級(jí)電容器（supercapacitor,ultracapacitor），又叫雙電層電容器(Electrical Doule-Layer Capacitor)、黃金電容、法拉電容，通過(guò)極化電解質(zhì)來(lái)儲(chǔ)能。它是一種電化學(xué)元件，但在其儲(chǔ)能的過(guò)程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種儲(chǔ)能過(guò)程是可逆的，也正因?yàn)榇顺?jí)電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬(wàn)次。

◆ 超級(jí)電容器可以被視為懸浮在電解質(zhì)中的兩個(gè)無(wú)反應(yīng)活性的多孔電極板，在極板上加電，正極板吸引電解質(zhì)中的負(fù)離子，負(fù)極板吸引正離子，實(shí)際上形成兩個(gè)容性存儲(chǔ)層，被分離開(kāi)的正離子在負(fù)極板附近，負(fù)離子在正極板附近。（見(jiàn)圖1）

超級(jí)電容器為何不同于傳統(tǒng)電容器其"超級(jí)"在哪？

◆超級(jí)電容器在分離出的電荷中存儲(chǔ)能量，用于存儲(chǔ)電荷的面積越大、分離出的電荷越密集，其電容量越大。

◆傳統(tǒng)電容器的面積是導(dǎo)體的平板面積，為了獲得較大的容量，導(dǎo)體材料卷制得很長(zhǎng)，有時(shí)用特殊的組織結(jié)構(gòu)來(lái)增加它的表面積。傳統(tǒng)電容器是用絕緣材料分離它的兩極板，一般為塑料薄膜、紙等，這些材料通常要求盡可能的薄。

◆超級(jí)電容器的面積是基于多孔炭材料，該材料的多孔結(jié)夠允許其面積達(dá)到2000m2/g，通過(guò)一些措施可實(shí)現(xiàn)更大的表面積。超級(jí)電容器電荷分離開(kāi)的距離是由被吸引到帶電電極的電解質(zhì)離子尺寸決定的。該距離（<10 Å）和傳統(tǒng)電容器薄膜材料所能實(shí)現(xiàn)的距離更小。

◆這種龐大的表面積再加上非常小的電荷分離距離使得超級(jí)電容器較傳統(tǒng)電容器而言有驚人大的靜電容量，這也是其“超級(jí)”所在。

超級(jí)電容器有哪些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？

一、優(yōu)點(diǎn)

◆ 在很小的體積下達(dá)到法拉級(jí)的電容量；
◆ 無(wú)須特別的充電電路和控制放電電路
◆ 和電池相比過(guò)充、過(guò)放都不對(duì)其壽命構(gòu)成負(fù)面影響；
◆ 從環(huán)保的角度考慮，它是一種綠色能源；
◆ 超級(jí)電容器可焊接，因而不存在象電池接觸不牢固等問(wèn)題；

二、缺點(diǎn)

◆ 如果使用不當(dāng)會(huì)造成電解質(zhì)泄漏等現(xiàn)象；
◆ 和鋁電解電容器相比，它內(nèi)阻較大，因而不可以用于交流電路；

超級(jí)電容器都有哪些應(yīng)用？

◆超級(jí)電容器的低阻抗對(duì)于當(dāng)今許多高功率應(yīng)用是必不可少的。對(duì)于快速充放電，超級(jí)電容器小的ESR意味著更大的功率輸出。
◆瞬時(shí)功率脈沖應(yīng)用，重要存儲(chǔ)、記憶系統(tǒng)的短時(shí)間功率支持。

應(yīng)用舉例

1、快速充電應(yīng)用，幾秒鐘充電，幾分鐘放電。例如電動(dòng)工具、電動(dòng)玩具；
2、在UPS系統(tǒng)中，超級(jí)電容器提供瞬時(shí)功率輸出，作為發(fā)動(dòng)機(jī)或其它不間斷系統(tǒng)的備用電源的補(bǔ)充；
3、應(yīng)用于能量充足，功率匱乏的能源，如太陽(yáng)能；
4、當(dāng)公共汽車從一種動(dòng)力源切換到另一動(dòng)力源時(shí)的功率支持；
5、小電流，長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)放電，例如計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器后備電源；

我可以多快給超級(jí)電容器放電？

◆ 超級(jí)電容器可以快速充放電，峰值電流僅受其內(nèi)阻限制，甚至短路也不是致命的。
◆ 實(shí)際上決定于電容器單體大小，對(duì)于匹配負(fù)載，小單體可放10A，大單體可放1000A。
◆ 另一放電率的限制條件是熱，反復(fù)地以劇烈的速率放電將使電容器溫度升高，最終導(dǎo)致斷路。

我怎么樣控制超級(jí)電容器的放電？

◆ 超級(jí)電容器的電阻阻礙其快速放電，超級(jí)電容器的時(shí)間常數(shù)τ在1~2s，完全給阻-容式電路放電大約需要5τ，也就是說(shuō)如果短路放電大約需要5~10s。（由于電極的特殊結(jié)構(gòu)它們實(shí)際上得花上數(shù)個(gè)小時(shí)才能將殘留的電荷完全放干凈）

超級(jí)電容器比電池更好？

◆ 超級(jí)電容器不同于電池，在某些應(yīng)用領(lǐng)域，它可能優(yōu)于電池。有時(shí)將兩者結(jié)合起來(lái)，將電容器的功率特性和電池的高能量存儲(chǔ)結(jié)合起來(lái)，不失為一種更好的途徑。
◆ 超級(jí)電容器在其額定電壓范圍內(nèi)可以被充電至任意電位，且可以完全放出。而電池則受自身化學(xué)反應(yīng)限制工作在較窄的電壓范圍，如果過(guò)放可能造成永久性破壞。
◆ 超級(jí)電容器的荷電狀態(tài)（SOC）與電壓構(gòu)成簡(jiǎn)單的函數(shù)，而電池的荷電狀態(tài)則包括多樣復(fù)雜的換算。
◆ 超級(jí)電容器與其體積相當(dāng)?shù)膫鹘y(tǒng)電容器相比可以存儲(chǔ)更多的能量，電池與其體積相當(dāng)?shù)某?jí)電容器相比可以存儲(chǔ)更多的能量。在一些功率決定能量存儲(chǔ)器件尺寸的應(yīng)用中，超級(jí)電容器是一種更好的途徑。
◆ 超級(jí)電容器可以反復(fù)傳輸能量脈沖而無(wú)任何不利影響，相反如果電池反復(fù)傳輸高功率脈沖其壽命大打折扣。
◆ 超級(jí)電容器可以快速充電而電池快速充電則會(huì)受到損害。
◆ 超級(jí)電容器可以反復(fù)循環(huán)數(shù)十萬(wàn)次，而電池壽命僅幾百個(gè)循環(huán)。

如何選擇我所需的超級(jí)電容器？

◆ 首先，功率要求、放電時(shí)間及系統(tǒng)電壓變化起決定作用。

◆ 超級(jí)電容器的輸出電壓降由兩部分組成，一部分是超級(jí)電容器釋放能量；另一部分是由于超級(jí)電容器內(nèi)阻引起。兩部分誰(shuí)占主要取決于時(shí)間，在非常快的脈沖中，內(nèi)阻部分占主要的，相反在長(zhǎng)時(shí)間放電中，容性部分占主要。

◆ 以下基本參數(shù)決定您選擇電容器的大小

1、 最高工作電壓；
2、 工作截止電壓；