鉅大LARGE | 點擊量：2872次 | 2018年09月12日
超級電容器的原理是什么
超級電容器是指介于傳統(tǒng)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，同時又具有電池的儲能特性。
超級電容器是通過電極與電解質之間形成的界面雙層來存儲能量的新型元器件。當電極與電解液接觸時，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(wěn)定和符號相反的雙層電荷，稱其為界面雙層。把雙電層超級電容看成是懸在電解質中的2個非活性多孔板，電壓加載到2個板上。加在正極板上的電勢吸引電解質中的負離子，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。與蓄電池和傳統(tǒng)物理電容器相比，超級電容器的特點主要體現在：
(1)功率密度高。可達102～104W/kg，遠高于蓄電池的功率密度水平。
(2)循環(huán)壽命長。在幾秒鐘的高速深度充放電循環(huán)50萬次至100萬次后，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℃。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
(4)免維護。超級電容器充放電效率高，對過充電和過放電有一定的承受能力，可穩(wěn)定地反復充放電，在理論上是不需要進行維護的。
(5)綠色環(huán)保。超級電容器在生產過程中不使用重金屬和其他有害的化學物質，且自身壽命較長，因而是一種新型的綠色環(huán)保電源。
對于超級電容器來說，依據不同的內容可有不同的分類方法。
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。其中，雙電層電容器主要是通過純靜電電荷在電極表面進行吸附來產生存儲能量。法拉第準電容器主要是通過法拉第準電容活性電極材料（如過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生法拉第準電容，從而實現對能量的存儲與轉換。
其次，根據電解液種類可分為水系超級電容器和有機系超級電容器兩大類。
此外，根據活性材料的類型是否相同，可分為對稱超級電容器和非對稱超級電容器。
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超級電容器和液體電解質超級電容器兩大類。[2]
1)壽命：超級電容器的內阻增加，則容量降低j在規(guī)定的參數范圍內，它的有效使用時間是可以延長的，一般跟它的特點第4條所規(guī)定的有關。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%稱為壽命終結。
2)電壓：超級電容器有一個推薦電壓和一個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(xù)長期工作在過高壓狀態(tài)下，電容器內部的活性炭將分解形成氣體，有利存儲電能，但不能超過推薦電壓的1.3倍，否則將會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，電容器的內阻不會上升，可提高電容器的使用效率。
4)放電：在脈沖充電技術里，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。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電壓下使用。當電容器電壓超過標稱電壓時，將會導致電解液分解，同時電容器會發(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，由于超級電容器具有內阻較大的特點，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)境下會導致引線及電容器殼體腐蝕，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，因為這樣會導致產品損壞。
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過電容器可觸及的地方，由于超級電容器的安裝方式，會導致短路現象。
9)當把電容器焊接在線路板上時，不可將電容器殼體接觸到線路板上，不然焊接物會滲入至電容器穿線孔內，對電容器性能產生影響。
10)安裝超級電容器后，不可強行傾斜或扭動電容器，這樣會導致電容器引線松動，導致性能劣化。
11)在焊接過程中應避免使電容器過熱。若在焊接中使電容器出現過熱現象，會降低電容器的使用壽命。
12)在電容器焊接后，需要清洗線路板及電容器，因為某些雜質可能會導致電容器短路。
13)當超級電容器串聯(lián)使用時，存在單體間的電壓均衡問題，單純的串聯(lián)會導致某個或幾個單體電容器過壓，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，需得到廠家的技術支持。
14)在使用超級電容器的過程中出現其他應用上的問題，應向生產廠家咨詢或參考超級電容器使用說明的相關技術資料。
上一篇：哪些技術可以替代儲能技術？
下一篇：高倍率電池的原理是什么
