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超級電容器（新型儲能裝置）

次瀏覽 | 更新時(shí)間：2023-05-19

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超級電容器

新型儲能裝置

超級電容器是指介于傳統電容器和充電電池之間的一種新型儲能裝置，它既具有電容器快速充放電的特性，同時(shí)又具有電池的儲能特性。又可以稱(chēng)為大量電容器、電化學(xué)電容，雙電層電容器、黃金電容、法拉電容等。

超級電容器由電極、電解液和隔膜組成。與傳統電容器和電池相比具有明顯優(yōu)勢，比如超級電容器具有更高的功率密度，充電效率比較高，免維護、環(huán)保、更換成本較低。

基本信息

中文名	超級電容器
外文名	supercapacitor
運用領(lǐng)域	家用電器電力儲能等
主要參數	壽命、電壓等
特點(diǎn)	功率密度高等
學(xué)科	電子工程

收起

原理

超級電容器是通過(guò)電極與電解質(zhì)之間形成的界面雙層來(lái)存儲能量的新型元器件。當電極與電解液接觸時(shí)，由于庫侖力、分子間力及原子間力的作用，使固液界面出現穩定和符號相反的雙層電荷，稱(chēng)其為界面雙層。把雙電層超級電容看成是懸在電解質(zhì)中的2個(gè)非活性多孔板，電壓加載到2個(gè)板上。加在正極板上的電勢吸引電解質(zhì)中的負離子，負極板吸引正離子，從而在兩電極的表面形成了一個(gè)雙電層電容器。雙電層電容器根據電極材料的不同，可以分為碳電極雙層超級電容器、金屬氧化物電極超級電容器和有機聚合物電極超級電容器。

特點(diǎn)

與蓄電池和傳統物理電容器相比，超級電容器的特點(diǎn)主要體現在：

(1)功率密度高。可達102～104 W/kg，遠高于蓄電池的功率密度水平。

(2)循環(huán)壽命長(cháng)。在幾秒鐘的高速深度充放電循環(huán)50萬(wàn)次至100萬(wàn)次后，超級電容器的特性變化很小，容量和內阻僅降低10%～20%。

(3)工作溫限寬。由于在低溫狀態(tài)下超級電容器中離子的吸附和脫附速度變化不大，因此其容量變化遠小于蓄電池。商業(yè)化超級電容器的工作溫度范圍可達-40℃～+80℃。

(4)免維護。超級電容器充放電效率高，對過(guò)充電和過(guò)放電有一定的承受能力，可穩定地反復充放電，在理論上是不需要進(jìn)行維護的。

(5)綠色環(huán)保。超級電容器在生產(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(cháng)，因而是一種新型的綠色環(huán)保電源。

分類(lèi)

對于超級電容器來(lái)說(shuō)，依據不同的內容可有不同的分類(lèi)方法。

首先，根據不同的儲能機理，可將超級電容器分為雙電層電容器和法拉第準電容器兩大類(lèi)。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)生存儲能量。法拉第準電容器主要是通過(guò)法拉第準電容活性電極材料（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產(chǎn)生法拉第準電容，從而實(shí)現對能量的存儲與轉換。

其次，根據電解液種類(lèi)可分為水系超級電容器和有機系超級電容器兩大類(lèi)。

此外，根據活性材料的類(lèi)型是否相同，可分為對稱(chēng)超級電容器和非對稱(chēng)超級電容器。

最后，根據電解液的狀態(tài)形式，又可將超級電容器分為固體電解質(zhì)超級電容器和液體電解質(zhì)超級電容器兩大類(lèi)。

主要參數

1)壽命：超級電容器的內阻增加，則容量降低j在規定的參數范圍內，它的有效使用時(shí)間是可以延長(cháng)的，一般跟它的特點(diǎn)第4條所規定的有關(guān)。影響壽命的是活性干涸、內阻加大，存儲電能能力下降至63.2%稱(chēng)為壽命終結。

2)電壓：超級電容器有一個(gè)推薦電壓和一個(gè)最佳工作電壓如果使用電壓高于推薦電壓，將縮短電容器的壽命，但是電容器能連續長(cháng)期工作在過(guò)高壓狀態(tài)下，電容器內部的活性炭將分解形成氣體，有利存儲電能，但不能超過(guò)推薦電壓的1.3倍，否則將會(huì )因電壓超高而損壞超級電容器。

3)溫度：超級電容器的正常操作溫度是-40~70℃。溫度與電壓是影響超級電容器壽命的重要因素。溫度每升高5℃，電容器的壽命將下降10%。在低溫下，提高電容器的工作電壓，電容器的內阻不會(huì )上升，可提高電容器的使用效率。

4)放電：在脈沖充電技術(shù)里，電容內阻是重要因素；在小電流放電中，容量又是重要因素。

5)充電：電容充電有多種方式，如恒流充電、恒壓充電、脈沖充電等。在充電過(guò)程中，在電容回路串接一只電阻，將降低充電電流，提高電池的使用壽命。

使用注意

超級電容器使用的注意事項包括：

1)超級電容器具有固定的極性。在使用前，應確認極性。

2)超級電容器應在標稱(chēng)電壓下使用。當電容器電壓超過(guò)標稱(chēng)電壓時(shí)，將會(huì )導致電解液分解，同時(shí)電容器會(huì )發(fā)熱，容量下降，而且內阻增加，壽命縮短。

3)超級電容器不可應用于高頻率充放電的電路中。高頻率的快速充放電會(huì )導致電容器內部發(fā)熱，容量衰減，內阻增加。

4)外界環(huán)境溫度對于超級電容器的壽命有著(zhù)重要的影響。因此超級電容器應盡量遠離熱源。

5)當超級電容器被用做后備電源時(shí)，由于超級電容器具有內阻較大的特點(diǎn)，在放電的瞬間存在電壓降。

6)超級電容器不可處于相對濕度大于85%或含有有毒氣體的環(huán)境中，這些環(huán)境下會(huì )導致引線(xiàn)及電容器殼體腐蝕，引起斷路。

7)超級電容器不能置于高溫、高濕的環(huán)境中，應盡量在溫度-30～50℃、相對濕度小于60%的環(huán)境下儲存，且應避免溫度驟升驟降，因為這樣會(huì )導致產(chǎn)品損壞。

8)當超級電容器用于雙面電路板上，需要注意連接處不可經(jīng)過(guò)電容器可觸及的地方，由于超級電容器的安裝方式，會(huì )導致短路現象。

9)當把電容器焊接在線(xiàn)路板上時(shí)，不可將電容器殼體接觸到線(xiàn)路板上，不然焊接物會(huì )滲入至電容器穿線(xiàn)孔內，對電容器性能產(chǎn)生影響。

10)安裝超級電容器后，不可強行傾斜或扭動(dòng)電容器，這樣會(huì )導致電容器引線(xiàn)松動(dòng)，導致性能劣化。

11)在焊接過(guò)程中應避免使電容器過(guò)熱。若在焊接中使電容器出現過(guò)熱現象，會(huì )降低電容器的使用壽命。

12)在電容器焊接后，需要清洗線(xiàn)路板及電容器，因為某些雜質(zhì)可能會(huì )導致電容器短路。

13)當超級電容器串聯(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(chǎng)家的技術(shù)支持。

14)在使用超級電容器的過(guò)程中出現其他應用上的問(wèn)題，應向生產(chǎn)廠(chǎng)家咨詢(xún)或參考超級電容器使用說(shuō)明的相關(guān)技術(shù)資料。

參考資料

[1]

新風(fēng)口：“超級電容器”來(lái)襲 · 今日頭條-全國能源信息平臺[引用日期2022-11-11]

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