法拉電容和電解電容介紹及應(yīng)用 - 全文

　法拉電容

　　法拉電容也是超級(jí)電容。超級(jí)電容器是介于傳統(tǒng)電容器和充電電池之間的一種新型儲(chǔ)能裝置，其容量可達(dá)幾百至上千法拉，與傳統(tǒng)電容器相比：它具有較大的容量、較高的能量、較寬的工作溫度范圍和極長(zhǎng)的使用壽命；而與蓄電池相比：它又具有較高的比功率，且對(duì)環(huán)境無(wú)污染，因此可以說(shuō)，超級(jí)電容器是一種高效、實(shí)用、環(huán)保的能量存儲(chǔ)裝置。法拉電容器的容量比通常的電容器大得多。由于其容量很大，對(duì)外表現(xiàn)和電池相同，因此也有稱(chēng)作“電容電池”。法拉電容器屬于雙電層電容器，它是世界上已投入量產(chǎn)的雙電層電容器中容量最大的一種，其基本原理和其它種類(lèi)的雙電層電容器一樣，都是利用活性炭多孔電極和電解質(zhì)組成的雙電層結(jié)構(gòu)獲得超大的容量。

　　法拉電容的類(lèi)型比較多，按不同方式可以分為多種產(chǎn)品。

　　一、按原理分為雙電層型法拉電容和贗電容型法拉電容：

　?。?）雙電層型法拉電容，包括

　　1.活性碳電極材料，采用了高比表面積的活性炭材料經(jīng)過(guò)成型制備電極。

　　2.碳纖維電極材料，采用活性炭纖維成形材料，如布、氈等經(jīng)過(guò)增強(qiáng)，噴涂或熔融金屬增強(qiáng)其導(dǎo)電性制備電極。

　　3.碳?xì)饽z電極材料，采用前驅(qū)材料制備凝膠，經(jīng)過(guò)炭化活化得到電極材料

　　4.碳納米管電極材料，碳納米管具有極好的中孔性能和導(dǎo)電性，采用高比表面積的碳納米管材料，可以制得非常優(yōu)良的法拉電容電極。

　　以上電極材料可以制成：

　　1.平板型法拉電容，在扣式體系中多采用平板狀和圓片狀的電極，另外也有Ecd 公司產(chǎn)品為典型代表的多層疊片串聯(lián)組合而成的高壓法拉電容，可以達(dá)到300V 以上的工作電壓。

　　2.繞卷型溶劑電容器，采用電極材料涂覆在集流體上，經(jīng)過(guò)繞制得到，這類(lèi)電容器通常具有更大的電容量和更高的功率密度。

　?。?）贗電容型法拉電容：

　　包括金屬氧化物電極材料與聚合物電極材料，金屬氧化物包括NiOx、MnO2、V2O5 等作為正極材料，活性炭作為負(fù)極材料制備的法拉電容，導(dǎo)電聚合物材料包括PPY、PTH、PAni、PAS、PFPT 等經(jīng)P 型或N 型或P/N 型摻雜制取電極，以此制備法拉電容。這一類(lèi)型法拉電容具有非常高的能量密度，目前除NiOx 型外，其它類(lèi)型多處于研究階段，還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

　　二、按電解質(zhì)類(lèi)型可以分為水性電解質(zhì)和有機(jī)電解質(zhì)類(lèi)型：

　?。?strong>1）水性電解質(zhì)，包括以下幾類(lèi)

　　1.酸性電解質(zhì)，多采用36％的H2SO4 水溶液作為電解質(zhì)。

　　2.堿性電解質(zhì)，通常采用KOH、NaOH 等強(qiáng)堿作為電解質(zhì)，水作為溶劑。

　　3.中性電解質(zhì)，通常采用KCl、NaCl 等鹽作為電解質(zhì)，水作為溶劑，多用于氧化錳電極材料的電解液。

　　（2）有機(jī)電解質(zhì)

　　通常采用LiClO4 為典型代表的鋰鹽、TEABF4 作為典型代表的季胺鹽等作為電解質(zhì)，有機(jī)溶劑如PC、ACN、GBL、THL 等有機(jī)溶劑作為溶劑，電解質(zhì)在溶劑中接近飽和溶解度。

　　三、另外還可以分為：

　　1.液體電解質(zhì)法拉電容，多數(shù)法拉電容電解質(zhì)均為液態(tài)。

　　2.固體電解質(zhì)法拉電容，隨著固態(tài)電解液的發(fā)展，應(yīng)用于法拉電容的電解質(zhì)也對(duì)凝膠電解質(zhì)和PEO 等固體電解質(zhì)進(jìn)行研究。到幾百個(gè)串并聯(lián)使用，組件電壓從 12VDC 直到 800VDC 。

　　法拉電容結(jié)構(gòu)法拉電容主要由極化電極、集電極、電解液、隔膜、引線和封裝材料幾部分組成。電極材料、電解質(zhì)的組成、隔膜質(zhì)量以及電極制造技術(shù)對(duì)法拉電容的性能有決定性的影響。電極材料的性能決定其電容量的大小；電解質(zhì)的分解電壓決定法拉電容的工作電壓，以水溶液為電解液的電容器工作電壓只有l(wèi)V 左右，而有機(jī)電解液的可達(dá)3V 左右。法拉電容的關(guān)鍵技術(shù)包括：

　?。?）高比容量電極材料的制備技術(shù)；

　?。?）高性能電解液的合成技術(shù)；

　　（3）電容器的組裝和封裝技術(shù)。

　　四、法拉電容主要參數(shù)

　　1、標(biāo)稱(chēng)電容量（CR）：電容器產(chǎn)品標(biāo)出的電容量值。

　　云母和陶瓷介質(zhì)電容器的電容量較低（大約在5000pF以下）；紙、塑料和一些陶瓷介質(zhì)形式的電容量居中（大約在0005μF10μF）；通常電解電容器的容量較大。這是一個(gè)粗略的分類(lèi)法。

　　2、類(lèi)別溫度范圍：電容器設(shè)計(jì)所確定的能連續(xù)工作的環(huán)境溫度范圍，該范圍取決于它相應(yīng)類(lèi)別的溫度極限值，如上限類(lèi)別溫度、下限類(lèi)別溫度、額定溫度（可以連續(xù)施加額定電壓的最高環(huán)境溫度）等。

　　3、額定電壓（UR）：在下限類(lèi)別溫度和額定溫度之間的任一溫度下，可以連續(xù)施加在電容器上的最大直流電壓或最大交流電壓的有效值或脈沖電壓的峰值。

　　電容器應(yīng)用在高壓場(chǎng)合時(shí)，必須注意電暈的影響。電暈是由于在介質(zhì)/電極層之間存在空隙而產(chǎn)生的，它除了可以產(chǎn)生損壞設(shè)備的寄生信號(hào)外，還會(huì)導(dǎo)致電容器介質(zhì)擊穿。在交流或脈動(dòng)條件下，電暈特別容易發(fā)生。對(duì)于所有的電容器，在使用中應(yīng)保證直流電壓與交流峰值電壓之和不的超過(guò)直流電壓額定值。

　　4、損耗角正切（tanδ）：在規(guī)定頻率的正弦電壓下，電容器的損耗功率除以電容器的無(wú)功功率。

　　在實(shí)際應(yīng)用中，電容器并不是一個(gè)純電容，其內(nèi)部還有等效電阻。

　　這個(gè)關(guān)系用下式來(lái)表達(dá)： tanδ=Rs/Xc=2πf×c×Rs 因此，在應(yīng)用當(dāng)中應(yīng)注意選擇這個(gè)參數(shù)，避免自身發(fā)熱過(guò)大，以減少設(shè)備的失效性。

　　5、電容器的溫度特性：通常是以20℃基準(zhǔn)溫度的電容量與有關(guān)溫度的電容量的百分比表示。

　　電解電容

　　1、電解電容介紹

　　電解電容是電容的一種，金屬箔為正極（鋁或鉭），與正極緊貼金屬的氧化膜（氧化鋁或五氧化二鉭）是電介質(zhì)，陰極由導(dǎo)電材料、電解質(zhì)（電解質(zhì)可以是液體或固體）和其他材料共同組成，因電解質(zhì)是陰極的主要部分，電解電容因此而得名。同時(shí)電解電容正負(fù)不可接錯(cuò)。鋁電解電容器可以分為四類(lèi)：引線型鋁電解電容器；牛角型鋁電解電容器；螺栓式鋁電解電容器；固態(tài)鋁電解電容器。

　　2、電解電容特點(diǎn)

　　電解電容器特點(diǎn)一：?jiǎn)挝惑w積的電容量非常大，比其它種類(lèi)的電容大幾十到數(shù)百倍。

　　電解電容器特點(diǎn)二：額定的容量可以做到非常大，可以輕易做到幾萬(wàn)μf甚至幾f（但不能和雙電層電容比）。

　　電解電容器特點(diǎn)三：價(jià)格比其它種類(lèi)具有壓倒性?xún)?yōu)勢(shì)，因?yàn)殡娊怆娙莸慕M成材料都是普通的工業(yè)材料，比如鋁等等。制造電解電容的設(shè)備也都是普通的工業(yè)設(shè)備，可以大規(guī)模生產(chǎn)，成本相對(duì)比較低。

　　3、電解電容的作用

　　電解電容器廣泛應(yīng)用于家用電器和各種電子產(chǎn)品中，有極性電解電容器通常在電源電路或中頻、低頻電路中起電源濾波、退耦、信號(hào)耦合及時(shí)間常數(shù)設(shè)定、隔直流等作用。 無(wú)極性電解電容器通常用于音箱分頻器電路、電視機(jī)S校正電路及單相電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電路。電解電容的作用主要分為以下幾種：

　　1） 隔直流----作用是阻止直流通過(guò)而讓交流通過(guò)。

　　2） 濾波----在電源電路中，整流電路將交流變成脈動(dòng)的直流，而在整流電路之后接入一個(gè)較大容量的電解電容，利用其充放電特性（儲(chǔ)能作用），使整流后的脈動(dòng)直流電壓變成相對(duì)比較穩(wěn)定的直流電壓。

　　3） 耦合作用----在低頻信號(hào)的傳遞與放大過(guò)程中，為防止前后兩級(jí)電路的靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響，常采用電容藕合。作為兩個(gè)電路之間的連接，允許交流信號(hào)通過(guò)并傳輸?shù)较乱患?jí)電路。

　　4）旁路----為交流電路中某些并聯(lián)的元件提供低阻抗通路。

　　5）儲(chǔ)能----儲(chǔ)存電能，用于必須要的時(shí)候釋放。

　　6） 溫度補(bǔ)償----針對(duì)其它元件對(duì)溫度的適應(yīng)性不夠帶來(lái)的影響，而進(jìn)行補(bǔ)償，改善電路的穩(wěn)定性。

　　7） 調(diào)諧----對(duì)與頻率相關(guān)的電路進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)諧，比如手機(jī)、收音機(jī)、電視機(jī)。