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[文章] Supercapacitor 超級電容

Supercapacitor

1. 什麼是超級電容?

超級電容,又名電化學電容,雙電層電容器、黃金電容、法拉電容,是從上世紀七、八十年代發展起來的通過極化電解質來儲能的一種電化學元件。

它不同於傳統的化學電源,是一種介於傳統電容器與電池之間、具有特殊性能的電源,主要依靠雙電層和氧化還原贗電容電荷儲存電能。但在其儲能的過程並不發生化學反應,這種儲能過程是可逆的,也正因為此超級電容器可以反覆充放電數十萬次。

 

2. 超級電容器之所以稱之為“超級”的原因?

1、超級電容器可以被視為懸浮在電解質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。

2、超級電容器在分離出的電荷中存儲能量,用於存儲電荷的面積越大、分離出的電荷越密集,其電容量越大。

3、傳統電容器的面積是導體的平板面積,為了獲得較大的容量,導體材料卷製得很長,有時用特殊的組織結構來增加它的表面積。傳統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,這些材料通常要求儘可能的薄。

4、超級電容器的面積是基於多孔炭材料,該材料的多孔結構允許其面積達到2000m2/g,通過一些措施可實現更大的表面積。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離子尺寸決定的。該距離(<10 &Aring;)和傳統電容器薄膜材料所能實現的距離更小。

5、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電容器而言有驚人大的靜電容量,這也是其“超級”所在。

 

3. 超級電容特點?

(1)充電速度快,充電10秒~10分鐘可達到其額定容量的95%以上;

(2)循環使用壽命長,深度充放電循環使用次數可達1~50萬次,沒有“記憶效應”;

(3)大電流放電能力超強,能量轉換效率高,過程損失小,大電流能量循環效率≥90%;

(4)功率密度高,可達300W/KG~5000W/KG,相當於電池的5~10倍;

(5)產品原材料構成、生產、使用、儲存以及拆解過程均沒有污染,是理想的綠色環保電源;

(6)充放電線路簡單,無需充電電池那樣的充電電路,安全係數高,長期使用免維護;

(7)超低温特性好,温度範圍寬-40℃~+70℃;

(8)檢測方便,剩餘電量可直接讀出;

(9)容量範圍通常0.1F–1000F 。

 

4. 超級電容優點?

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成負面影響,從環保的角度考慮,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。

 

5. 超級電容缺點?

如果使用不當會造成電解質泄漏等現象,和鋁電解電容器相比,它內阻較大,因而不可以用於交流電路。

 

6. 超級電容使用注意事項

1、超級電容器具有固定的極性。使用前應確認極性。

2、應在標稱電壓下使用。當電容器電壓超過標稱電壓時,將會導致電解液分解,同時電容器會發熱,容量下降,而且內阻增加,壽命縮短,在某些情況下,可導致電容器性能崩潰。

3、不可應用於高頻率充放電的電路中。高頻率的快速充放電會導致電容器內部發熱,容量衰減,內阻增加,在某些情況下會導致電容器性能崩潰。

4、外部環境溫度對使用壽命有著重要影響。電容器應儘量遠離熱源。

5、被用做後備電源時的電壓降。由於超級電容器具有內阻較大的特點,在放電的瞬間存在電壓降ΔV=IR。

6、不可處於相對濕度大於85%或含有有毒氣體的場所。這些環境下會導致引線及電容器殼體腐蝕,導致斷路。

7、不能置於高溫、高濕的環境中。應在溫度-30+50℃、相對濕度小於60%的環境下儲存,避免溫度驟升驟降,否則會導致損壞。

8、用於雙面電路板上時連接處不可經過電容器可觸及的地方。由於超級電容器的安裝方式,會導致短路現象。

9、當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。否則焊接物會滲入至電容器穿線孔內,對電容器性能產生影響。

10、安裝超級電容器後,不可強行傾斜或扭動電容器。否則會導致電容器引線鬆動,導致性能劣化。

11、在焊接過程中避免使電容器過熱。若在焊接中使電容器出現過熱現象,會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,焊接過程應為260℃,時間不超過5s。

12、在電容器經過焊接後,線路板及電容器需要經過清洗。因為某些雜質可能會導致電容器短路。

13、將電容器串聯使用。由於工藝原因,單極超級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使用,由於串聯迴路每個單體容量很難保證100%相同,也很難保證每個單體漏電也相同,這樣就會導致串聯迴路的每個單體充電電壓不同,可能會導致電容器過壓損壞,因此,超級電容器串聯必須附加均壓電路。當超級電容器進行串聯使用時,存在單體間的電壓均衡問題,單純的串聯會導致某個或幾個單體電容器過壓,從而損壞這些電容器,整體性能受到影響,故在電容器進行串聯使用時,需得到廠家的技術支持。