超級電容器已成為需要高密度備用電源，循環(huán)壽命長，充電和放電時間短的情況下的流行解決方案。

但是，即使對于最有經(jīng)驗的工程師來說，為手頭的任務選擇正確的設備類型也會顯得相當復雜。它需要了解廣泛的技術(shù)性能特征，以及在進行過程中需要考慮的一些折衷。

在我們進一步詳細討論如何為您的應用選擇合適的超級電容器之前，有必要闡明此類設備的工作原理，以及它們比其他技術(shù)（如紐扣電池）具有的優(yōu)勢。這些信息可以為超級電容器特別適合的各種角色提供有價值的見解。

超級電容器基礎

首先，就其工作方式而言，許多超級電容器都使用所謂的雙電層電容器（EDLC）布局，該布局具有兩個電極，這些電極通常涂有碳基多孔材料，并被電解質(zhì)隔開，而電解質(zhì)本身又被盡管電池依賴于化學反應，但超級電容器的不同之處在于，它通過物理吸附和解吸電極間電解質(zhì)中離子的過程非常迅速地存儲和釋放能量。

圖1：超級電容器的內(nèi)部工作原理

這些過程比電池充電中發(fā)生的化學反應要快得多。使用具有低內(nèi)部電阻的超級電容器，該設備可以在幾秒鐘內(nèi)充滿電，而由于高得多的電阻，用于二次電池應用的鋰紐扣電池可能需要十分鐘到幾小時才能充滿電。而且，循環(huán)壽命沒有理論上的限制，而鋰離子二次電池具有約500次循環(huán)的有限壽命。

碳基材料的最新進展意味著可以將多孔電極設計為具有較大的表面積，從而獲得較高的電容值和較小的外部尺寸。使用水性電解質(zhì)的超級電容器具有固有的導電性，對環(huán)境的影響小，并且具有不易燃的特性，并且具有出色的性能和強大的安全性。

通常來說，它們還比有機化合物具有更強的吸濕性，從而具有更長的使用壽命和更好的穩(wěn)定性（圖2）。這也意味著超級電容器基本上是免維護的，而鋰紐扣電池則需要更換，具體取決于特定的應用。

圖2：高可靠性設計：水性和有機電解質(zhì)之間的電池構(gòu)造差異

就能量密度而言，超級電容器的額定功率通常為0.5至5 Wh / kg，而鋰紐扣電池的額定值為30至270 Wh / kg。但是超級電容器具有更高的功率密度，使其能夠在非常短的時間內(nèi)提供大量能量。超級電容器在工作溫度范圍方面具有更大的靈活性–與更窄的參數(shù)相比，通常在-40至+85℃的溫度范圍內(nèi)工作對于鋰紐扣電池，溫度范圍為-20至+60℃。

這些性能特征意味著超級電容器正在發(fā)現(xiàn)越來越多的用例。這些包括后備電源職責，包括基于物聯(lián)網(wǎng)的設備，智能電表或醫(yī)療設備，以及用于高級自動化的汽車電子和工業(yè)計算機等各種設備。

典型的應用包括在主系統(tǒng)電源切斷時（例如在停電期間或在卸下主系統(tǒng)電池以進行更換時）接管系統(tǒng)的實時時鐘或易失性存儲器。

如何選擇合適的超級電容器

因此，這些就是超級電容器的基本原理及其所扮演的某些角色。但是，如何為所需的應用選擇合適的設備呢？

圖3代表了一個很好的起點，因為它從較高的角度說明了一些需要考慮的初始考慮因素。例如，如果最終應用表明需要更長的備用時間，那么KEMET的FG，F(xiàn)Y，F(xiàn)C，F(xiàn)M和FR系列的高阻抗解決方案將是最好的起點。

較短的備份時間要求低阻抗，這意味著將有一套不同的解決方案，主要是來自FA，F(xiàn)E，F(xiàn)S，F(xiàn)T和FM系列產(chǎn)品。另外，如果關(guān)鍵應用要求是高功率，那么非常特定的范圍（例如HV系列）將提供答案。但是，從一開始，這些都是重要的考慮因素，在應用其他思考方式之前。

圖3：選擇性能

除了備用時間外，在選擇超級電容器之前需要定義的更全面的參數(shù)列表還可能包括所需的最小和最大工作電壓；工作溫度 所需尺寸；和安裝類型（表面或通孔）。然后，通過掌握這些細節(jié)，可以應用一個相對簡單的公式來粗略計算當前任務所需的電容。

作為計算過程的一個示例，在下面的項目示例中，客戶需要一個超級電容器，該超級電容器在以下條件下能夠承受150小時的備用時間：

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