超級(jí)電容器原理、分類及應(yīng)用事項(xiàng)

有容乃大，普通電容器是儲(chǔ)存電能的元件，超級(jí)電容器（super capacitor）是什么黑科技？與普通電容器相比，超級(jí)電容器能儲(chǔ)存多少電能，還有哪些“超級(jí)”功能？

簡(jiǎn)言之，超級(jí)電容器是能量?jī)?chǔ)存領(lǐng)域的一次革命，將在混合動(dòng)力汽車、RAM、消費(fèi)電子等領(lǐng)域取代傳統(tǒng)蓄電池，有效地節(jié)約能源并提高電池的使用壽命。

超級(jí)電容器是一種介于傳統(tǒng)電容器和充電之間的特殊電容器，兼具普通電容器的大電流快速充放電特性與電池的儲(chǔ)能特性，填補(bǔ)了普通電容器與電池之間能量與比功率的空白。超級(jí)電容器通過(guò)電極與電解質(zhì)之間形成的界面雙層來(lái)存儲(chǔ)能量也因此有雙電層電容器、電化學(xué)電容器等別稱。。當(dāng)電極與電解液接觸時(shí)，由于庫(kù)侖力、分子間力及原子間力的作用，使固液界面出現(xiàn)穩(wěn)定和符號(hào)相反的雙層電荷，稱其為界面雙層。

根據(jù)儲(chǔ)能機(jī)理，可將超級(jí)電容器分為雙電層電容器、法拉第準(zhǔn)電容器兩大類。其中，雙電層電容器主要是通過(guò)純靜電電荷在電極表面進(jìn)行吸附來(lái)產(chǎn)生存儲(chǔ)能量。法拉第準(zhǔn)電容器主要是通過(guò)法拉第準(zhǔn)電容活性電極材料（如過(guò)渡金屬氧化物和高分子聚合物）表面及表面附近發(fā)生可逆的氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生法拉第準(zhǔn)電容，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)能量的存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換。根據(jù)電極材料，可以分為碳電極雙層超級(jí)電容器、金屬氧化物電極超級(jí)電容器、有機(jī)聚合物電極超級(jí)電容器。根據(jù)電解質(zhì)種類，可將超級(jí)電容器分為水系超級(jí)電容器和有機(jī)系超級(jí)電容器兩大類。根據(jù)電解質(zhì)的狀態(tài)，可將超級(jí)電容器分為固體電解質(zhì)超級(jí)電容器、液體電解質(zhì)超級(jí)電容器兩大類。

性能參數(shù)

與蓄電池和傳統(tǒng)物理電容器相比，超級(jí)電容器具有功率密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、無(wú)記憶問(wèn)題、工作溫限寬、免維護(hù)、綠色環(huán)保等特點(diǎn)。這主要體現(xiàn)在：-功率密度遠(yuǎn)高于蓄電池，達(dá)102～104kW/kg。-循環(huán)壽命長(zhǎng)，在50萬(wàn)次至100萬(wàn)次的充放電循環(huán)后性能變化很小，容量和內(nèi)阻僅降低10%～20%。-工作溫限寬，可達(dá)-40℃～+80℃。-免維護(hù)，對(duì)過(guò)充電和過(guò)放電的承受能力強(qiáng)，可穩(wěn)定地反復(fù)充放電，理論上是不需要進(jìn)行維護(hù)。-綠色環(huán)保，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中不使用重金屬和其他有害的化學(xué)物質(zhì)，且自身壽命較長(zhǎng)，是一種新型的綠色環(huán)保電源。

超級(jí)電容器的主要參數(shù)有：額定電壓（V）、尺寸（mm）、額定能量（AH）、容量范圍、內(nèi)阻（mΩ）、標(biāo)準(zhǔn)充電電流（A）、標(biāo)準(zhǔn)放電電流（A）、電電流（A）、放電電流（A）、循環(huán)壽命。其中，正常操作溫度是-40~70℃，額定電壓有2.7V，容量為1F-5000F，內(nèi)阻要盡可能小。

應(yīng)用事項(xiàng)

與鋰離子等儲(chǔ)能元件相比，超級(jí)電容器技術(shù)和市場(chǎng)目前仍處于起步階段，使用時(shí)應(yīng)遵從通用電子裝聯(lián)規(guī)程，并注意以下事項(xiàng)：

（1）超級(jí)電容器本質(zhì)上屬于電解電容器，使用前應(yīng)確認(rèn)極性。

（2）工作電壓不要超過(guò)標(biāo)稱電壓。當(dāng)電容器電壓超過(guò)標(biāo)稱電壓時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致電解液分解，同時(shí)電容器會(huì)發(fā)熱，容量下降，而且內(nèi)阻增加，壽命縮短。

（3）不可用于高頻率的充放電電路中。高頻率的快速充放電會(huì)導(dǎo)致電容器內(nèi)部發(fā)熱，容量衰減，內(nèi)阻增加。

（4）應(yīng)遠(yuǎn)離高溫?zé)嵩矗驗(yàn)橥饨绛h(huán)境溫度對(duì)于超級(jí)電容器的壽命有著重要的影響。

（5）不能置于高溫、高濕的環(huán)境中，應(yīng)盡量在溫度-30～50℃、相對(duì)濕度小于60%的環(huán)境下儲(chǔ)存，且應(yīng)避免溫度驟升驟降，因?yàn)檫@樣會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品損壞。

（6）不可處于腐蝕性氣體環(huán)境中，這樣會(huì)導(dǎo)致引線及電容器殼體腐蝕，引起斷路。

（7）當(dāng)超級(jí)電容器串聯(lián)使用時(shí)，存在單體間的電壓均衡問(wèn)題，單純的串聯(lián)會(huì)導(dǎo)致某個(gè)或幾個(gè)單體電容器過(guò)壓，從而損壞這些電容器，整體性能受到影響，因此在電容器串聯(lián)使用時(shí)，需得到廠家的技術(shù)支持。

（8）在PCB安裝時(shí)，電容器殼體不能接觸到PCB上，在焊接過(guò)程中應(yīng)避免使電容器過(guò)熱，焊接后需要及時(shí)清洗PCB及電容器，因?yàn)槟承╇s質(zhì)可能會(huì)導(dǎo)致電容器短路。

（9）超級(jí)電容器安裝后不可強(qiáng)行傾斜或扭動(dòng)，以免引線松動(dòng)，導(dǎo)致性能劣化。