超級電容的原理

超級電容中沒有類似陶瓷電容器和電解電容器的電介質，而是利用固體（電極）和液體（電解液）的界面形成的電氣雙層來代替電介質。容量的大小與在界面形成的電氣雙層成正比。因此電極通過利用比表面積的大活性炭來實現(xiàn)大容量?；緲嬙焓峭ㄟ^電解液填滿相互對立的正負電極構造。如圖一所示。

超級電容的構造

超級電容利用電解液中離子對電極表面的吸附·脫離來充放電。在相向而行的電極上施加使電解液不發(fā)生電氣分解程度的電壓，電解液中的離子受電極表面吸附，儲存對象是與之相對的電荷（電子和空孔）。將這種離子和電子/離子和空孔相對排列的狀態(tài)稱為超級電容。如圖二所示。

超級電容的制程

一般來說，超級電容由正極電極、負極電極、電解液（以及電解質鹽），和防止由于接觸與之反向的電極造成短路的分離器構成，電極由集電體上涂抹活性炭粉末構成。具體由特質碳粉涂抹在鋁薄膜兩面經(jīng)過涂層，隔離、充液、封邊、密封、測試等工藝構成，如圖三所示。

超級電容與電池的性能比較

超級電容為功率型元件， 擁有充放電時間短，功率密度大，循環(huán)使用壽命大，工作溫度范圍寬的優(yōu)點，而電池為能量型器件，其相對于超級電容除單位質量儲存的能量大之外，在充電時間，充放電循環(huán)次數(shù)及工作范圍等參數(shù)均不及超級電容。具體對比如圖四所示。

超級電容的分類

超級電容按照形狀可分為紐扣形、方塊形、柱狀插件形、牛角形和模組形。

如何使用超級電容

超級電容可用于以下的目標應用：

汽車工業(yè)：

• 電子板穩(wěn)定、啟動/停止
• X-by-wire功能、E-turbo
• EV、HEV支持

交通運輸：

• 混合動力公交車
• 軌道電壓穩(wěn)定和推進系統(tǒng)

電網(wǎng)及可更生能源：

• 風力渦輪機槳距系統(tǒng)
• 電網(wǎng)儲能/智能計量
• UPS

工業(yè)

• 電梯
• 起重機，跨運車
• 執(zhí)行器

總的來說，有意在這些用例中使用超級電容的開發(fā)人員，若要在設計中充分發(fā)揮這些元件的效益來達到產(chǎn)品設計的目標，在進行設計時便要考慮超級電容產(chǎn)品在實際工作時的特性，包括：

o電容范圍：0.1F-10000F
o高充電/放電電流（高達數(shù)百A）
o快速充電/放電循環(huán)（僅幾秒鐘）
o使用壽命長（超過100萬次循環(huán)）
o寬工作溫度范圍（-40°C至+ 85°C）

下面兩個范例具體說明了把超級電容用于不同應用的具體情況。

范例一：作為主電源停電及關斷期間的后備用電源：

在關機及更換電源時，隨機存儲器中的信息、時鐘等記憶信息需要用備用電源來維持。在這種情況下，采用超級電容可保護這些信息，保護時間可根據(jù)電路條件和超級電容的容量達到幾分鐘到幾個月不等。斷電后待機時間的長短主要取決于電路本身功耗 ，主要應用于智能水，電，氣表，無線通信與消費電子，家電和玩家等。

范例二：在其新能源汽車與再生系統(tǒng)提供瞬時大功率與能量回收：

當汽車制動時，發(fā)動機制動中仍有運轉過程。為了使能源快速回收，一般用蓄電池來回收它，但由于頻繁的快速充電降低了蓄電池的使用壽命。而使用超級電容幾乎能夠將能源近乎100%地快速回收，然后再向負載及電池輸送電能，以實現(xiàn)能源的有效利用。同時，由于法拉電容具較大的放電功率，因此在汽車起動和加速過程中可使蓄電池的壽命延長，并使組數(shù)減少，從而減輕車體自身重量。

在負載側有電動機或傳動裝置等強負載系統(tǒng)中，當大負載突然起動時，一般都需要一個很大的瞬間電流，這時，如果電源能量不足，電源電壓將瞬間下降，從而使控制電路產(chǎn)生誤操作，如果增大電源容量，對于平常不需大電流的工作場合來說，這顯然是一種浪費。而在系統(tǒng)中增加大功率超級電容就可用較小容量的電源刷驅動較大的負載。這就是超級電容主要用途之一。

儒卓力的超級電容產(chǎn)品線覆蓋廣，包含AVX、EATON(伊頓)、KORCHIP、Panasonic(松下)、SAMWHA(三和)、sech。

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