超級電容原理及應(yīng)用簡介

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1、超級電容原理及應(yīng)用簡介技術(shù)部孫世強(qiáng)2009年4月18日超級電容的基本原理超級電容（supercapacitor），又叫雙電層電容(ElectricalDoule-LayerCapacitor)、黃金電容、法拉電容，即通過外加電場極化電解質(zhì)，使電解質(zhì)中荷電離子分別在帶有相反電荷的電極表面形成雙電層，從而實現(xiàn)儲能。其儲能過程是物理過程，沒有化學(xué)反應(yīng)，且過程完全可逆，這與蓄電池電化學(xué)儲能過程不同。超級電容器是介于電容器和電池之間的儲能器件，它既具有電容器可以快速充放電的特點，又具有電池的儲能特性。概述1、超級電容的原理和特點2、超級電容的性能指標(biāo)3、超級電容與普通物理電容比較4、超級電容與可充電

2、池比較5、超級電容的應(yīng)用超級電容器的分類根據(jù)使用電極材料的不同可分為兩大類：（1）以炭材料為電極，以電極雙電層電容的機(jī)制儲存電荷，本質(zhì)是靜電型能量儲存方式，通常被稱作雙電層電容器(EDLC)。電容量與電極電位和比表面積的大小有關(guān)，因而常使用高比表面積的活性碳作為電極材料，從而增加電容量。例如，活性碳的表面積可達(dá)1000m2/g，電容量可達(dá)100F/g，且碳材料還具有成本低，技術(shù)成熟等優(yōu)點，該類超級電容在汽車上應(yīng)用也最為廣泛。（2）以二氧化釕或者導(dǎo)體聚合物等材料為陽極，以氧化還原反應(yīng)的機(jī)制存儲電荷，通常被稱作電化學(xué)電容器。與雙電層電容器的靜電容量相比，相同表面積下超電容器的容量要大10～10

3、0倍，因此可以制成體積非常小、容量大的電容器。但由于貴金屬的價格高，主要用于軍事領(lǐng)域。①.電容量大，超級電容器采用活性炭粉與活性炭纖維作為可極化電極與電解液接觸的面積大大增加，根據(jù)電容量的計算公式，那么兩極板的表面積越大，則電容量越大。因此，一般雙電層電容器容量很容易超過1F，它的出現(xiàn)使普通電容器的容量范圍驟然躍升了3-4個數(shù)量級，目前單體超級電容器的最大電容量可達(dá)5000F。②.充放電壽命很長，可達(dá)500000次，或90000小時，而蓄電池的充放電壽命很難超過1000次，③.可以提供很高的放電電流（如2700F的超級電容器額定放電電流不低于950A，放電峰值電流可達(dá)1680A，一般蓄電池

4、通常不能有如此高的放電電流一些高放電電流的蓄電池在如此高的放電電流下的使用壽命將大大縮短。④.可以數(shù)十秒到數(shù)分鐘內(nèi)快速充電，而蓄電池在如此短的時間內(nèi)充滿電將是極危險的或幾乎不可能。⑤.可以在很寬的溫度范圍內(nèi)正常工作（-40-+70℃）而蓄電池很難在高溫特別是低溫環(huán)境下工作。⑥.超級電容器用的材料是安全的和無毒的，而鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池多具有毒性。⑦.等效串聯(lián)電阻ESR相對常規(guī)電容器大（10F/2.5V的ESR為110mΩ）。⑧.可以任意并聯(lián)使用一增加電容量，如采取均壓后，還可以串聯(lián)使用。超級電容的特點超級電容器的優(yōu)缺點優(yōu)點：在很小的體積下達(dá)到法拉級的電容量；無須特別的充電電路和控制放電電

5、路；和電池相比過充、過放都不對其壽命構(gòu)成負(fù)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，因而不存在像電池接觸不牢固等問題缺點：如果使用不當(dāng)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制作工序（1）非極化電極制作工藝流程混料和漿（金屬氧化物、纖維素溶液）—刮漿（導(dǎo)電骨架）—干燥—燒結(jié)—浸漬—水洗—干燥—化成—烘干（2）極化電極制作工藝流程混料和漿（活性炭、粘合劑、導(dǎo)電劑）—拉漿—烘干—裁剪成形（3）超級電容器制作工藝組合（正、負(fù)極、隔膜）—點焊極柱—裝殼—注電解液—測試分容—組件組合—包裝入庫超級電容的性能指標(biāo)額定容量：以規(guī)定的恒定電

6、流（如1000F以上的超級電容器規(guī)定的充電電流為100A，200F以下的為3A）充電到額定電壓后保持2-3分鐘，在規(guī)定的恒定電流放電條件下放電到端電壓為零所需的時間與電流的乘積再除以額定電壓值。額定電壓：可使用的最高安全端電壓（如2.3V、2.5V、2.7V）額定電流：5秒內(nèi)放電到額定電壓一半的電流等效串聯(lián)電阻：以規(guī)定的恒定電流和頻率（DC和大容量的100Hz或小容量的KHz）下的等效串聯(lián)電阻。漏電流：一般為10μA/F壽命：在25℃環(huán)境溫度下的壽命通常在90000小時，在60℃的環(huán)境溫度下為4000小時，與鋁電解電容器的溫度壽命關(guān)系相似。壽命隨環(huán)境溫度縮短的原因是電解液的蒸發(fā)損失隨溫度上

7、升。壽命終了的標(biāo)準(zhǔn)為：電容量低于額定容量20%，ESR增大到額定值的1.5倍。循環(huán)壽命：20秒充電到額定電壓，恒壓充電10秒，10秒放電到額定電壓的一半，間歇時間：10秒為一個循環(huán)。一般可達(dá)500000次。壽命終了的標(biāo)準(zhǔn)為：電容量低于額定容量20%，ESR增大到額定值的1.5倍功率密度（kW/kg）和能量密度（wh/kg）超級電容與傳統(tǒng)電容的比較電容是以將電荷分隔開來的方式儲存能量的，儲存電荷的面積越大，電荷被隔離的距離