超级电容是什么?剖析超级电容的原理及用途

超级电容，看起来像真的相同的可充电电池

由于超级电容器可以长时间储存大量电能，因此它的性能更像电池，而不是标准的电容器。事实上，随着技术的发展，它们将取代可充电电池，用于从电脑、数码相机、移动电话到其他手持设备等一系列产品中。

什么是超级电容器?

简单地说，超级电容器是一个非常大的极化电解电容器。大在这里指的是容量，而不是物理标准。

事实上，关于一个典型的电解电容器，容量和/或电压越大，封装越大。电解电容器的电容量通常为微法拉级，范围从0.1uf到1F左右，电压标称值可达1kVdc。一般情况下，额定电压越高，电容越小，电容越大，封装越大，工作电压可能降低。

这些规则基本上也适用于超级电容器。该超级电容的容量超过1F，工作电压范围在1.5v到160V甚至更高。随着电容和电压的增大，体积也增大。

早期的超级电容器容量在几十法拉左右，体积较大，重要用于大型电源。在消费电子产品中，具有低电压操作能力的小型超级电容器常被用作短时间备用电源。

虽然超级电容器和电解电容器有很大的相似之处，但在电气功能和物理标准上也有很大的不同。例如，一个典型的10uF、25Vdc额定电压的电解电容器标准可能略小于甚至等于1F到10F、2.7Vdc的超级电容器。随着最近技术的进步，当一个超级电容的工作电压提高到25Vdc时，标准新增了不到一倍，根据不同的应用，电压的变化可能并不显著。

2.分析超级电容

原则上，我们可以把超级电容想象成可充电电池。它可以储存与其容量成比例的电荷，并在要放电时将其释放。超级电容器和电解电容器最大的差别是它的双层结构，可以获得更高的容量。

标准电容器的结构是由介电层夹在金属板上的两个电极之间构成的(图1)。根据电容器的类型，介电层可以是氧化铝、钽四氧化二钽、氧化钛钡或聚丙烯聚酯。不同的材料决定了不同的容量和电压特性(图2)。电介质的数量和极板之间的距离也会影响电容。然而，极板之间的最大允许距离限制了电介质的数量。

在这种单层结构中，通常可以通过新增电介质的数量来提高容量。有三种方法:新增包装宽度和板材标准，新增包装长度和板材距离，或两种方法的结合。这三家公司都将生产更大的电容器，这是必须做出的提高电容器容量的承诺。

双层电容,因为它们是已知的,解决这个问题通过添加第二介电层在相同的包中,可以与第一层两端的中央绝缘子(图3)。EDLC还使用无孔介质如活性炭、碳纳米管,碳黑色凝胶,导电聚合物,具有更高的存储容量比标准电解材料。这种额定层和更加有效的介电材料的组合可以提高电容近4个数量级。

然而，在作为介电材料来源的超级电容器中，电压是薄弱环节。电介质在EDLC中非常薄，只要纳米量级，就可以出现较大的表面积，进而构成较大的容量。然而，这些非常薄的层不具有传统电介质的绝缘特性，因此要较低的工作电压。

3.使用超级电容

与标准电容器和电池相比，EDLC的几个优点使其成为一个理想的选择。这些优点包括:充放电时间比可充电电池多，实际功率高达98%，内阻低，功率输出大，热性能好，比电池和标准电容器有更好的安全裕度。

与所有类型的电池不同，EDLC没有特殊的加工要求，因此在整个使用寿命中都是环保的。超级电容曾经又大又笨重，现在已经有了一系列的标准产品，适用于几乎所有的应用程序和几乎所有的预算。