超級(jí)電容的簡(jiǎn)介及工作原理
超級(jí)電容器之所以稱之為“超級(jí)”的原因：
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，被分離開的正離子在負(fù)極板附近，負(fù)離子在正極板附近。
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)構(gòu)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。
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。
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）
放電的控制時(shí)間：
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。1、超級(jí)電容器具有固定的極性。使用前應(yīng)確認(rèn)極性。
2、應(yīng)在標(biāo)稱電壓下使用。 當(dāng)電容器電壓超過(guò)標(biāo)稱電壓時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致電解液分解，同時(shí)電容器會(huì)發(fā)熱，容量下降，而且內(nèi)阻增加，壽命縮短，在某些情況下，可導(dǎo)致電容器性能崩潰。
3、不可應(yīng)用于高頻率充放電的電路中。高頻率的快速充放電會(huì)導(dǎo)致電容器內(nèi)部發(fā)熱，容量衰減，內(nèi)阻增加，在某些情況下會(huì)導(dǎo)致電容器性能崩潰。
4、外部環(huán)境溫度對(duì)使用壽命有著重要影響。電容器應(yīng)盡量遠(yuǎn)離熱源。
5、被用做后備電源時(shí)的電壓降。由于超級(jí)電容器具有內(nèi)阻較大的特點(diǎn)，在放電的瞬間存在電壓降ΔV=IR。
6、不可處于相對(duì)濕度大于85%或含有有毒氣體的場(chǎng)所。這些環(huán)境下會(huì)導(dǎo)致引線及電容器殼體腐蝕，導(dǎo)致斷路。
7、不能置于高溫、高濕的環(huán)境中。應(yīng)在溫度-30+50℃、相對(duì)濕度小于60%的環(huán)境下儲(chǔ)存，避免溫度驟升驟降，否則會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞。
8、用于雙面電路板上時(shí)連接處不可經(jīng)過(guò)電容器可觸及的地方。由于超級(jí)電容器的安裝方式，會(huì)導(dǎo)致短路現(xiàn)象。
9、當(dāng)把電容器焊接在線路板上，不可將電容器殼體接觸到線路板上。否則焊接物會(huì)滲入至電容器穿線孔內(nèi)，對(duì)電容器性能產(chǎn)生影響。
10、安裝超級(jí)電容器后，不可強(qiáng)行傾斜或扭動(dòng)電容器。否則會(huì)導(dǎo)致電容器引線松動(dòng)，導(dǎo)致性能劣化。
11、在焊接過(guò)程中避免使電容器過(guò)熱。若在焊接中使電容器出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象，會(huì)降低電容器的使用壽命，例如：如果使用厚度為1.6mm的印刷線路板，焊接過(guò)程應(yīng)為260℃，時(shí)間不超過(guò)5s。
12、在電容器經(jīng)過(guò)焊接后，線路板及電容器需要經(jīng)過(guò)清洗。因?yàn)槟承╇s質(zhì)可能會(huì)導(dǎo)致電容器短路。
13、將電容器串聯(lián)使用。由于工藝原因，單極超級(jí)電容器的額定工作電壓一般在2.8V左右，所以大多情況下必須串聯(lián)使用，由于串聯(lián)回路每個(gè)單體容量很難保證100%相同，也很難保證每個(gè)單體漏電也相同，這樣就會(huì)導(dǎo)致串聯(lián)回路的每個(gè)單體充電電壓不同，可能會(huì)導(dǎo)致電容器過(guò)壓損壞，因此，超級(jí)電容器串聯(lián)必須附加均壓電路。當(dāng)超級(jí)電容器進(jìn)行串聯(lián)使用時(shí)，存在單體間的電壓均衡問(wèn)題，單純的串聯(lián)會(huì)導(dǎo)致某個(gè)或幾個(gè)單體電容器過(guò)壓，從而損壞這些電容器，整體性能受到影響，故在電容器進(jìn)行串聯(lián)使用時(shí)，需得到廠家的技術(shù)支持。
對(duì)于超級(jí)電容的選擇，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？斓拿}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)決定選擇的電容器的大小：
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(shí)間多長(zhǎng)。
超級(jí)電容與電池比較有如下特性：
a.超低串聯(lián)等效電阻（LOW ESR），功率密度(Power Density)是鋰離子電池的數(shù)十倍以上，適合大電流放電，（一枚4.7F電容能釋放瞬間電流18A以上）。b. 超長(zhǎng)壽命，充放電大于50萬(wàn)次，是Li-Ion電池的500倍，是Ni-MH和Ni-Cd電池的1000倍，如果對(duì)超級(jí)電容每天充放電20次，連續(xù)使用可達(dá)68年。
c. 可以大電流充電，充放電時(shí)間短，對(duì)充電電路要求簡(jiǎn)單，無(wú)記憶效應(yīng)。
d. 免維護(hù)，可密封。
e.溫度范圍寬-40℃～+70℃，一般電池是-20℃～60℃。
f.超級(jí)電容可以串并聯(lián)組成成超級(jí)電容模組，可耐壓儲(chǔ)存更高容量。
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)。
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編輯：admin 最后修改時(shí)間：2018-01-17
