超級電容器

什么是超級電容器?

◆ 超級電容器（supercapacitor,ultracapacitor），又叫雙電層電容器(Electrical Doule-Layer Capacitor)、黃金電容、法拉電容，通過極化電解質(zhì)來儲能。它是一種電化學元件，但在其儲能的過程并不發(fā)生化學反應，這種儲能過程是可逆的，也正因為此超級電容器可以反復充放電數(shù)十萬次。
◆ 超級電容器可以被視為懸浮在電解質(zhì)中的兩個無反應活性的多孔電極板，在極板上加電，正極板吸引電解質(zhì)中的負離子，負極板吸引正離子，實際上形成兩個容性存儲層，被分離開的正離子在負極板附近，負離子在正極板附近。（見圖1）

超級電容器為何不同于傳統(tǒng)電容器其"超級"在哪？
◆ 超級電容器在分離出的電荷中存儲能量，用于存儲電荷的面積越大、分離出的電荷越密集，其電容量越大。
◆ 傳統(tǒng)電容器的面積是導體的平板面積，為了獲得較大的容量，導體材料卷制得很長，有時用特殊的組織結(jié)構(gòu)來增加它的表面積。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)夠允許其面積達到2000m2/g，通過一些措施可實現(xiàn)更大的表面積。超級電容器電荷分離開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 ?）和傳統(tǒng)電容器薄膜材料所能實現(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”所在。

超級電容器有哪些優(yōu)點和缺點？
一、 優(yōu)點
◆ 在很小的體積下達到法拉級的電容量；
◆ 無須特別的充電電路和控制放電電路
◆ 和電池相比過充、過放都不對其壽命構(gòu)成負面影響；
◆ 從環(huán)保的角度考慮，它是一種綠色能源；
◆ 超級電容器可焊接，因而不存在象電池接觸不牢固等問題；

二、缺點
◆ 如果使用不當會造成電解質(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；

超級電容器都有哪些應用？
◆ 超級電容器的低阻抗對于當今許多高功率應用是必不可少的。對于快速充放電，超級電容器小的ESR意味著更大的功率輸出。
◆ 瞬時功率脈沖應用，重要存儲、記憶系統(tǒng)的短時間功率支持。
應用舉例
1、快速充電應用，幾秒鐘充電，幾分鐘放電。例如電動工具、電動玩具；
2、在UPS系統(tǒng)中，超級電容器提供瞬時功率輸出，作為發(fā)動機或其它不間斷系統(tǒng)的備用電源的補充；
3、應用于能量充足，功率匱乏的能源，如太陽能；
4、當公共汽車從一種動力源切換到另一動力源時的功率支持；
5、小電流，長時間持續(xù)放電，例如計算機存儲器后備電源；

我可以多快給超級電容器放電？
◆ 超級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。
◆ 實際上決定于電容器單體大小，對于匹配負載，小單體可放10A，大單體可放1000A。
◆ 另一放電率的限制條件是熱，反復地以劇烈的速率放電將使電容器溫度升高，最終導致斷路。

我怎么樣控制超級電容器的放電？
◆ 超級電容器的電阻阻礙其快速放電，超級電容器的時間常數(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)它們實際上得花上數(shù)個小時才能將殘留的電荷完全放干凈）

超級電容器比電池更好？
◆ 超級電容器不同于電池，在某些應用領(lǐng)域，它可能優(yōu)于電池。有時將兩者結(jié)合起來，將電容器的功率特性和電池的高能量存儲結(jié)合起來，不失為一種更好的途徑。
◆ 超級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反應限制工作在較窄的電壓范圍，如果過放可能造成永久性破壞。
◆ 超級電容器的荷電狀態(tài)（SOC）與電壓構(gòu)成簡單的函數(shù)，而電池的荷電狀態(tài)則包括多樣復雜的換算。
◆ 超級電容器與其體積相當?shù)膫鹘y(tǒng)電容器相比可以存儲更多的能量，電池與其體積相當?shù)某夒娙萜飨啾瓤梢源鎯Ω嗟哪芰俊Ｔ谝恍┕β蕸Q定能量存儲器件尺寸的應用中，超級電容器是一種更好的途徑。
◆ 超級電容器可以反復傳輸能量脈沖而無任何不利影響，相反如果電池反復傳輸高功率脈沖其壽命大打折扣。
◆ 超級電容器可以快速充電而電池快速充電則會受到損害。
◆ 超級電容器可以反復循環(huán)數(shù)十萬次，而電池壽命僅幾百個循環(huán)。

如何選擇我所需的超級電容器？
◆ 首先，功率要求、放電時間及系統(tǒng)電壓變化起決定作用。
◆ 超級電容器的輸出電壓降由兩部分組成，一部分是超級電容器釋放能量；另一部分是由于超級電容器內(nèi)阻引起。兩部分誰占主要取決于時間，在非?？斓拿}沖中，內(nèi)阻部分占主要的，相反在長時間放電中，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；
3、 平均放電電流;
4、 放電時間多長；