超級電容器基本原理及性能特點
發布時間:2010-05-27 來源:電子元件技術網
中心議題:
超級電容的容量比通常的電容器大得多。由於其容量很大,對外表現和電池相同,因此也有稱作“電容電池”。 超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)屬(shu)於(yu)雙(shuang)電(dian)層(ceng)電(dian)容(rong)器(qi),它(ta)是(shi)世(shi)界(jie)上(shang)已(yi)投(tou)入(ru)量(liang)產(chan)的(de)雙(shuang)電(dian)層(ceng)電(dian)容(rong)器(qi)中(zhong)容(rong)量(liang)最(zui)大(da)的(de)一(yi)種(zhong),其(qi)基(ji)本(ben)原(yuan)理(li)和(he)其(qi)它(ta)種(zhong)類(lei)的(de)雙(shuang)電(dian)層(ceng)電(dian)容(rong)器(qi)一(yi)樣(yang),都(dou)是(shi)利(li)用(yong)活(huo)性(xing)炭(tan)多(duo)孔(kong)電(dian)極(ji)和(he)電(dian)解(jie)質(zhi)組(zu)成(cheng)的(de)雙(shuang)電(dian)層(ceng)結(jie)構(gou)獲(huo)得(de)超(chao)大(da)的(de)容(rong)量(liang)。
超級電容器原理
電化學雙層電容器(EDLC)因yin超chao級ji電dian容rong器qi被bei我wo們men所suo熟shu知zhi。超chao級ji電dian容rong器qi利li用yong靜jing電dian極ji化hua電dian解jie溶rong液ye的de方fang式shi儲chu存cun能neng量liang。雖sui然ran它ta是shi一yi個ge電dian化hua學xue器qi件jian,但dan它ta的de能neng量liang儲chu存cun機ji製zhi卻que一yi點dian也ye不bu涉she及ji化hua學xue反fan應ying。這zhe個ge機ji製zhi是shi高gao度du可ke逆ni的de,它ta允yun許xu超chao級ji電dian容rong器qi充chong電dian放fang電dian達da十shi萬wan甚shen至zhi數shu百bai萬wan次ci。
超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)可(ke)以(yi)被(bei)視(shi)為(wei)在(zai)兩(liang)個(ge)極(ji)板(ban)外(wai)加(jia)電(dian)壓(ya)時(shi)被(bei)電(dian)解(jie)液(ye)隔(ge)開(kai)的(de)兩(liang)個(ge)互(hu)不(bu)相(xiang)關(guan)的(de)多(duo)孔(kong)板(ban)。對(dui)正(zheng)極(ji)板(ban)施(shi)加(jia)的(de)電(dian)勢(shi)吸(xi)引(yin)電(dian)解(jie)液(ye)中(zhong)的(de)負(fu)離(li)子(zi),而(er)負(fu)麵(mian)板(ban)電(dian)勢(shi)吸(xi)引(yin)正(zheng)離(li)子(zi)。這(zhe)有(you)效(xiao)地(di)創(chuang)建(jian)了(le)兩(liang)個(ge)電(dian)荷(he)儲(chu)層(ceng),在(zai)正(zheng)極(ji)板(ban)分(fen)離(li)出(chu)一(yi)層(ceng),並(bing)在(zai)負(fu)極(ji)板(ban)分(fen)離(li)出(chu)另(ling)外(wai)一(yi)層(ceng)。
傳chuan統tong的de電dian解jie電dian容rong器qi存cun儲chu區qu域yu來lai自zi平ping麵mian,導dao電dian材cai料liao薄bo板ban。高gao電dian容rong是shi通tong過guo大da量liang的de材cai料liao折zhe疊die。可ke能neng通tong過guo進jin一yi步bu增zeng加jia其qi表biao麵mian紋wen理li,進jin一yi步bu增zeng加jia它ta的de表biao麵mian積ji。過guo去qu傳chuan統tong的de電dian容rong器qi用yong介jie質zhi分fen離li電dian極ji,這zhe些xie介jie質zhi多duo數shu為wei:塑料,紙或薄膜陶瓷。電介質越薄,在空間受限的區域越可以獲得更多的區域。可以實現對介質厚度的表麵麵積限製的定義。
超級電容器的麵積來自一個多孔的碳基電極材料。這種材料的多孔結構,允許其麵積接近2000平方米每克,遠遠大於通過使用塑料或薄膜陶瓷。超級電容器的充電距離取決於電解液中被吸引到電極的帶電離子的大小。這個距離(小於10埃)yuanyuanxiaoyutongguoshiyongchangguidianjiezhicailiaodejuli。judadebiaomianmianjidezuhehejixiaodechongdianjulishichaojidianrongqixiangduichuantongdedianrongqijuyoujidadeyouyuexing。
超級電容器內部結構
超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)結(jie)構(gou)上(shang)的(de)具(ju)體(ti)細(xi)節(jie)依(yi)賴(lai)於(yu)對(dui)超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)應(ying)用(yong)和(he)使(shi)用(yong)。由(you)於(yu)製(zhi)造(zao)商(shang)或(huo)特(te)定(ding)的(de)應(ying)用(yong)需(xu)求(qiu),這(zhe)些(xie)材(cai)料(liao)可(ke)能(neng)略(lve)有(you)不(bu)同(tong)。所(suo)有(you)超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)共(gong)性(xing)是(shi),他(ta)們(men)都(dou)包(bao)含(han)一(yi)個(ge)正(zheng)極(ji),一(yi)個(ge)負(fu)極(ji),及(ji)這(zhe)兩(liang)個(ge)電(dian)極(ji)之(zhi)間(jian)的(de)隔(ge)膜(mo),電(dian)解(jie)液(ye)填(tian)補(bu)由(you)這(zhe)兩(liang)個(ge)電(dian)極(ji)和(he)隔(ge)膜(mo)分(fen)離(li)出(chu)來(lai)的(de)兩(liang)個(ge)的(de)孔(kong)隙(xi)。
對於圓形或圓柱形封裝的產品,電極切割成卷軸方式配置。最後將電極箔焊接到終端,使外部的電容電流路徑擴展。
Maxwell超級電容器結構

圖2. 超級電容器電極

圖3.電極——製勝的關鍵
如上圖2所示,為Maxwell超級電容的電極,這被認為是他們超級電容器技術的最關鍵部分。這個電極是由鋁,碳元素製成,其中樹脂作為粘合劑,紙作為隔膜。
超級電容器的特點
(1)充電速度快,充電10秒~10分鍾可達到其額定容量的95%以上;
(2)循環使用壽命長,深度充放電循環使用次數可達1~50萬次,沒有“記憶效應”;
(3)大電流放電能力超強,能量轉換效率高,過程損失小,大電流能量循環效率≥90%;
(4)功率密度高,可達300W/KG~5000W/KG,相當於電池的5~10倍;
(5)產品原材料構成、生產、使用、儲存以及拆解過程均沒有汙染,是理想的綠色環保電源;
(6)充放電線路簡單,無需充電電池那樣的充電電路,安全係數高,長期使用免維護;
(7)超低溫特性好,溫度範圍寬-40℃~+70℃;
(8)檢測方便,剩餘電量可直接讀出;
(9)容量範圍通常0.1F--1000F 。
法拉(farad),簡稱“法”,符號是F
1法拉是電容存儲1庫侖電量時,兩極板間電勢差是1伏特1F=1C/1V
1庫侖是1A電流在1s內輸運的電量,即1C=1A•S。
1庫侖=1安培•秒
1法拉=1安培•秒/伏特
- 超級電容器的原理、結構和特點
- Maxwell超級電容器結構
超級電容的容量比通常的電容器大得多。由於其容量很大,對外表現和電池相同,因此也有稱作“電容電池”。 超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)屬(shu)於(yu)雙(shuang)電(dian)層(ceng)電(dian)容(rong)器(qi),它(ta)是(shi)世(shi)界(jie)上(shang)已(yi)投(tou)入(ru)量(liang)產(chan)的(de)雙(shuang)電(dian)層(ceng)電(dian)容(rong)器(qi)中(zhong)容(rong)量(liang)最(zui)大(da)的(de)一(yi)種(zhong),其(qi)基(ji)本(ben)原(yuan)理(li)和(he)其(qi)它(ta)種(zhong)類(lei)的(de)雙(shuang)電(dian)層(ceng)電(dian)容(rong)器(qi)一(yi)樣(yang),都(dou)是(shi)利(li)用(yong)活(huo)性(xing)炭(tan)多(duo)孔(kong)電(dian)極(ji)和(he)電(dian)解(jie)質(zhi)組(zu)成(cheng)的(de)雙(shuang)電(dian)層(ceng)結(jie)構(gou)獲(huo)得(de)超(chao)大(da)的(de)容(rong)量(liang)。
超級電容器原理
電化學雙層電容器(EDLC)因yin超chao級ji電dian容rong器qi被bei我wo們men所suo熟shu知zhi。超chao級ji電dian容rong器qi利li用yong靜jing電dian極ji化hua電dian解jie溶rong液ye的de方fang式shi儲chu存cun能neng量liang。雖sui然ran它ta是shi一yi個ge電dian化hua學xue器qi件jian,但dan它ta的de能neng量liang儲chu存cun機ji製zhi卻que一yi點dian也ye不bu涉she及ji化hua學xue反fan應ying。這zhe個ge機ji製zhi是shi高gao度du可ke逆ni的de,它ta允yun許xu超chao級ji電dian容rong器qi充chong電dian放fang電dian達da十shi萬wan甚shen至zhi數shu百bai萬wan次ci。
超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)可(ke)以(yi)被(bei)視(shi)為(wei)在(zai)兩(liang)個(ge)極(ji)板(ban)外(wai)加(jia)電(dian)壓(ya)時(shi)被(bei)電(dian)解(jie)液(ye)隔(ge)開(kai)的(de)兩(liang)個(ge)互(hu)不(bu)相(xiang)關(guan)的(de)多(duo)孔(kong)板(ban)。對(dui)正(zheng)極(ji)板(ban)施(shi)加(jia)的(de)電(dian)勢(shi)吸(xi)引(yin)電(dian)解(jie)液(ye)中(zhong)的(de)負(fu)離(li)子(zi),而(er)負(fu)麵(mian)板(ban)電(dian)勢(shi)吸(xi)引(yin)正(zheng)離(li)子(zi)。這(zhe)有(you)效(xiao)地(di)創(chuang)建(jian)了(le)兩(liang)個(ge)電(dian)荷(he)儲(chu)層(ceng),在(zai)正(zheng)極(ji)板(ban)分(fen)離(li)出(chu)一(yi)層(ceng),並(bing)在(zai)負(fu)極(ji)板(ban)分(fen)離(li)出(chu)另(ling)外(wai)一(yi)層(ceng)。
傳chuan統tong的de電dian解jie電dian容rong器qi存cun儲chu區qu域yu來lai自zi平ping麵mian,導dao電dian材cai料liao薄bo板ban。高gao電dian容rong是shi通tong過guo大da量liang的de材cai料liao折zhe疊die。可ke能neng通tong過guo進jin一yi步bu增zeng加jia其qi表biao麵mian紋wen理li,進jin一yi步bu增zeng加jia它ta的de表biao麵mian積ji。過guo去qu傳chuan統tong的de電dian容rong器qi用yong介jie質zhi分fen離li電dian極ji,這zhe些xie介jie質zhi多duo數shu為wei:塑料,紙或薄膜陶瓷。電介質越薄,在空間受限的區域越可以獲得更多的區域。可以實現對介質厚度的表麵麵積限製的定義。
超級電容器的麵積來自一個多孔的碳基電極材料。這種材料的多孔結構,允許其麵積接近2000平方米每克,遠遠大於通過使用塑料或薄膜陶瓷。超級電容器的充電距離取決於電解液中被吸引到電極的帶電離子的大小。這個距離(小於10埃)yuanyuanxiaoyutongguoshiyongchangguidianjiezhicailiaodejuli。judadebiaomianmianjidezuhehejixiaodechongdianjulishichaojidianrongqixiangduichuantongdedianrongqijuyoujidadeyouyuexing。
超級電容器內部結構
超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)結(jie)構(gou)上(shang)的(de)具(ju)體(ti)細(xi)節(jie)依(yi)賴(lai)於(yu)對(dui)超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)應(ying)用(yong)和(he)使(shi)用(yong)。由(you)於(yu)製(zhi)造(zao)商(shang)或(huo)特(te)定(ding)的(de)應(ying)用(yong)需(xu)求(qiu),這(zhe)些(xie)材(cai)料(liao)可(ke)能(neng)略(lve)有(you)不(bu)同(tong)。所(suo)有(you)超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)共(gong)性(xing)是(shi),他(ta)們(men)都(dou)包(bao)含(han)一(yi)個(ge)正(zheng)極(ji),一(yi)個(ge)負(fu)極(ji),及(ji)這(zhe)兩(liang)個(ge)電(dian)極(ji)之(zhi)間(jian)的(de)隔(ge)膜(mo),電(dian)解(jie)液(ye)填(tian)補(bu)由(you)這(zhe)兩(liang)個(ge)電(dian)極(ji)和(he)隔(ge)膜(mo)分(fen)離(li)出(chu)來(lai)的(de)兩(liang)個(ge)的(de)孔(kong)隙(xi)。

圖1. 超級電容器結構
chaojidianrongqidebujiancongchanpindaochanpinkeyiyousuobutong。zheshiyouchaojidianrongqibaozhuangdejihejiegoujuedingde。duiyulengxinghuozhengfangxingfengzhuangchanpinbujiandebaifang,neibujiegoushijiyuduineibubujiandeshezhi,jineibujidianjishicongmeigedianjideduidiezhongjichu。zhexiejidianjihanpanjiangbeihanjiedaozhongduan,congerkuozhandianrongqiwaidedianliulujing。對於圓形或圓柱形封裝的產品,電極切割成卷軸方式配置。最後將電極箔焊接到終端,使外部的電容電流路徑擴展。
Maxwell超級電容器結構

圖2. 超級電容器電極

圖3.電極——製勝的關鍵
超級電容器的特點
(1)充電速度快,充電10秒~10分鍾可達到其額定容量的95%以上;
(2)循環使用壽命長,深度充放電循環使用次數可達1~50萬次,沒有“記憶效應”;
(3)大電流放電能力超強,能量轉換效率高,過程損失小,大電流能量循環效率≥90%;
(4)功率密度高,可達300W/KG~5000W/KG,相當於電池的5~10倍;
(5)產品原材料構成、生產、使用、儲存以及拆解過程均沒有汙染,是理想的綠色環保電源;
(6)充放電線路簡單,無需充電電池那樣的充電電路,安全係數高,長期使用免維護;
(7)超低溫特性好,溫度範圍寬-40℃~+70℃;
(8)檢測方便,剩餘電量可直接讀出;
(9)容量範圍通常0.1F--1000F 。
法拉(farad),簡稱“法”,符號是F
1法拉是電容存儲1庫侖電量時,兩極板間電勢差是1伏特1F=1C/1V
1庫侖是1A電流在1s內輸運的電量,即1C=1A•S。
1庫侖=1安培•秒
1法拉=1安培•秒/伏特
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