什么是超級(jí)電容/法拉電容?

什么是超級(jí)電容器?

◆超級(jí)電容器(supercapacitor,ultracapacitor),又叫雙電層電容器(ElectricalDoule-LayerCapacitor)、黃金電容、法拉電容,通過(guò)極化電解質(zhì)來(lái)儲(chǔ)能.它是一種電化學(xué)元件,但在其儲(chǔ)能的過(guò)程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng),這種儲(chǔ)能過(guò)程是可逆的,也正因?yàn)榇顺?jí)電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬(wàn)次。

◆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(kāi)的正離子在負(fù)極板附近,負(fù)離子在正極板附近。

超級(jí)電容器為何不同于傳統(tǒng)電容器其"超級(jí)"在哪?

◆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)夠允許其面積達(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(kāi)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(<10Å)和傳統(tǒng)電容器薄膜材料所能實(shí)現(xiàn)的距離更小.◆這種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。

超級(jí)電容器有哪些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)?

一、優(yōu)點(diǎn)

◆在很小的體積下達(dá)到法拉級(jí)的電容量;

◆無(wú)須特別的充電電路和控制放電電路

◆和電池相比過(guò)充、過(guò)放都不對(duì)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(jí)電容器可焊接,因而不存在象電池接觸不牢固等問(wèn)題;

二、缺點(diǎn)

◆如果使用不當(dāng)會(huì)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(jí)電容器都有哪些應(yīng)用?

◆超級(jí)電容器的低阻抗對(duì)于當(dāng)今許多高功率應(yīng)用是必不可少的.對(duì)于快速充放電,超級(jí)電容器小的ESR意味著更大的功率輸出.◆瞬時(shí)功率脈沖應(yīng)用,重要存儲(chǔ)、記憶系統(tǒng)的短時(shí)間功率支持.

應(yīng)用舉例

1、快速充電應(yīng)用,幾秒鐘充電,幾分鐘放電.例如電動(dòng)工具、電動(dòng)玩具;

2、在UPS系統(tǒng)中,超級(jí)電容器提供瞬時(shí)功率輸出,作為發(fā)動(dòng)機(jī)或其它不間斷系統(tǒng)的備用電源的補(bǔ)充;

3、應(yīng)用于能量充足,功率匱乏的能源,如太陽(yáng)能;

4、當(dāng)公共汽車(chē)從一種動(dòng)力源切換到另一動(dòng)力源時(shí)的功率支持;

5、小電流,長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)放電,例如計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器后備電源;

可以多快給超級(jí)電容器放電?

◆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.

怎么樣控制超級(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)

超級(jí)電容器比電池更好?

◆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).

如何選擇我所需的超級(jí)電容器?

◆首先,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,在非常快的脈沖中,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)決定您選擇電容器的大小

1、最高工作電壓;

2、工作截止電壓。