超级电容器基本原理及性能特点.pdf

聚焦超级电容选型与应用 上网时间：2010-05-27 作者：Zoro 来源：电子元件技术网 超级电容和电池都是能量的存储载体，但二者有不同的特点。超级电容通过介 质分离正负电荷的方式储存能量，是物理方法储能，电池是通过化学反应的方 法来储能。超级电容充放电次数可达百万次，而电池只有 1000 次，显然超级 电容寿命要远大于电池，降低维护成本且有利于环保。 超级电容充放电速度快，能够在机车启动时提供能量，刹车时捕获能量，因为 超级电容充放电的时间在 1 秒左右，正好与机车刹车或启动的时间匹配。其他 设备比如风力发电中，风轮机变桨的时候要提供能量也是在这个时间段。而电 池的充放电大概在 1 小时到 10 个小时左右，而传统用于滤波的电容，充放电 为 0.03 秒。 超级电容放电速度快，而且容量大，能够瞬间释放巨大的能量，能够用作备用 电源，在系统突然断电时，在极短时间内为系统提供能量。超级电容也可以用 作发动机或动力电池的辅助，提高发动机的运行效率和能量利用效率。在系统 启动时，超级电容将捕获的能量释放，满足峰值功率要求，从而减轻电池或发 动机的负担。 除此之外，超级电容还能用于自动抄表系统中的智能电表（水表，燃气表）、 相机闪光灯、混合动力汽车。超级电容节能、环保、高效的特点迎合了当下节 能减碳的设计诉求。本期半月谈聚焦超级电容，通过以下三个方面介绍超级电 容： 超级电容器基本原理及性能特点 超级电容属于双电层电容器，它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最 大的一种，其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔 电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。 超级电容与电池的比较 相对铅酸电池、镍镉电池、锂离子电池，超级电容具有节能、超长使用寿命、 安全、环保、宽温度范围、充电快速、无需人工维护等优点。本文通过图表来 对比各种不同储能产品的特点。 超级电容的典型应用与选型 超级电容容量大，充放电速度快，而且充放电循环可达百万次，非常适合用作 备用电源和提供峰值功率。本文介绍超级电容的工作原理，并着重介绍在集装 箱龙门吊车和智能电表上的应用。 超级电容器基本原理及性能特点 上网时间：2010-05-27 作者：Helen 来源：电子元件技术网 中心议题： • 超级电容器的原理、结构和特点 • Maxwell 超级电容器结构 超级电容的容量比通常的电容器大得多。由于其容量很大，对外表现和电池相同，因此也有称作“ 电容电 池” 。 超级电容属于双电层电容器，它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种，其基本原 理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容 量。 超级电容器原理 电化学双层电容器（EDLC）因超级电容器被我们所熟知。超级电容器利用静电极化电解溶液的方式储存 能量。虽然它是一个电化学器件，但它的能量储存机制却一点也不涉及化学反应。这个机制是高度可逆 的，它允许超级电容器充电放电达十万甚至数百万次。 超级电容器可以被视为在两个极板外加电压时被电解液隔开的两个互不相关的多孔板。对正极板施加的电 势吸引电解液中的负离子，而负面板电势吸引正离子。这有效地创建了两个电荷储层，在正极板分离出一 层，并在负极板分离出另外一层。 传统的电解电容器存储区域来自平面，导电材料薄板。高电容是通过大量的材料折叠。可能通过进一步增 加其表面纹理，进一步增加它的表面积。过去传统的电容器用介质分离电极，这些介质多数为：塑料，纸 或薄膜陶瓷。电介质越薄，在空间受限的区域越可以获得更多的区域。可以实现对介质厚度的表面面积限 制的定义。 超级电容器的面积来自一个多孔的碳基电极材料。这种材料的多孔结构，允许其面积接近 2000 平方米每 克，远远大于通过使用塑料或薄膜陶瓷。超级电容器的充电距离取决于电解液中被吸引到电极的带电离子 的大小。这个距离（小于 10 埃）远远小于通过使用常规电介质材料的距离。巨大的表面面积的组合和极 小的充电距离使超级电容器相对传统的电容器具有极大的优越性。 超级电容器内部结构 超级电容器结构上的具体细节依赖于对超级电容器的应用和使用。由于制造商或特定的应用需求，这些材 料可能略有不同。所有超级电容器的共性是，他们都包含一个正极，一个负极，及这两个电极之间的隔 膜，电解液填补由这两个电极和隔膜分离出来的两个的孔隙。 图 1. 超级电容器结构 超级电容器的部件从产品到产品可以有所不同。这是由超