電容電池的詳細介紹

電容電池實際上就是一個電容器，只是由于其容量比通常的電容器大得多，對外表現和電池相同，因此取名“電容電池”，也有稱作“超級電容”。
電容電池的特點：
（1）充電速度快，充電10秒～10分鐘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，相當于普通電池的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污染，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，安全系數高，長期使用免維護；
（7）超低溫特性好，溫度范圍寬-40℃～+70℃；
（8）檢測方便，剩余電量可直接讀出；
（9）容量范圍通常0.1F--1000F。
新穎的超級電容電池
生產和生活最常見的鉛蓄電池，可將電能通過化學反應儲藏起來，到另一個場合或另一時段使用。鉛蓄電池雖然造價較低，但也有相應的弱點，諸如能量轉換效率較低、電池反復充放電易老化導致使用壽命短、比能量（Wh/kg）和比功率（W/kg）小使設備笨重、充電時間長等；現在我們在手機上使用的鋰離子電池，雖然也有許多優點，但它價格昂貴且儲藏電能有限，不能在大功率場合下使用；所以正在開發研制的超級電容電池，相比較而言，就有著一般電池無可比擬的優點，它的前景不可限量。
超級電容電池的結構和工作原理
超級電容的容量比通常的電容器大得多。由于其容量很大，對外表現和電池相同，因此也稱作“電容電池”或說“黃金電池”。超級電容器電池也屬于雙電層電容器,它是目前世界上已投入量產的雙電層電容器中容量最大的一種,其基本原理和其它種類的雙電層電容器一樣,都是利用活性炭多孔電極和電解質組成的雙電層結構獲得超大的容量.
傳統物理電容中儲存的電能來源于電荷在兩塊極板上的分離,兩塊極板之間為真空(相對介電常數為1)或一層介電物質(相對介電常數為ε)所隔離,電容值為:C=ε·A/3.6πd·10-6(μF)其中A為極板面積,d為介質厚度。所儲存的能量為:E=C(ΔV)2/2，其中C為電容值,ΔV為極板間的電壓降.可見,若想獲得較大的電容量,儲存更多的能量,必須增大面積A或減少介質厚度d，但這個伸縮空間有限，導致它的儲電量和儲能量較小。
如圖所示:雙電層電容器中,采用活性炭材料制作成多孔電極,同時在相對的碳多孔電極之間充填電解質溶液,當在兩端施加電壓時,相對的多孔電極上分別聚集正負電子,而電解質溶液中的正負離子將由于電場作用分別聚集到與正負極板相對的界面上,從而形成兩個集電層,相當于兩個電容器串聯,由于活性碳材料具有≥1200m2/g的超高比表面積(即獲得了極大的電極面積A),而且電解液與多孔電極間的界面距離不到1nm(即獲得了極小的介質厚度d),根據前面的計算公式可以看出,這種雙電層電容器比傳統的物理電容的容值要大很多,比容量可以提高100倍以上,從而使單位重量的電容量可達100F/g，并且電容的內阻還能保持在很低的水平，碳材料還具有成本低，技術成熟等優點。從而使利用電容器進行大電量的儲能成為可能，且在實際使用時，可以通過串聯或者并聯以提高輸出電壓或電流。
超級電容電池的特點：
（1）充電速度快，只要充電幾十秒到幾分鐘就可達到其額定容量的95％以上；而現在使用面積最大的鉛酸電池充電通常需要幾個小時。
（2）循環使用壽命長，深度充放電循環使用次數可達50萬次，如果對超級電容每天充放電20次，連續使用可達68年如果相應地和鉛酸電池比較,它的使用壽命可達68年,且沒有“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，相當于普通電池的數十倍；比能量大大提高，鉛酸電池一般只能達到0.02kWh/kg，而超級電容電池目前研發已可達10kWh/kg，
（5）產品原材料構成、生產、使用、儲存以及拆解過程均沒有污染，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，安全系數高，長期使用免維護；
（7）超低溫特性好，使用環境溫度范圍寬達-40℃～+70℃；
（8）檢測方便，剩余電量可直接讀出；
（9）單體容量范圍通常0.1F--1000F。
超級電容器電池使用注意事項
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，同時電容器會發熱，容量下降，而且內阻增加，壽命縮短，在某些情況下，可導致電容器性能崩潰。
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熱，容量衰減，內阻增加，在某些情況下會導致電容器性能崩潰。
4、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。
5、在焊接過程中避免使電容器過熱：
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，例如：如果使用厚度為1.6mm的印刷線路板，焊接過程應為260℃，時間不超過5s。
6、將電容器串聯使用時：
當超級電容器進行串聯使用時，存在單體間的電壓均衡問題，單純的串聯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，故在電容器進行串聯使用時，需得到廠家的技術支持。
超級電容電池的目前市場
隨著各國對超級電容電池緊鑼密鼓的研發，技術日趨成熟，超級電容電池已進入應用階段，漸趨市場化、商業化。
極具代表意義的是2006年8月28日，由奧威科技等單位參與的上海科技創新登山行動計劃超級電容公交電車示范線11路正式開通，標志著我國乃至世界首條超級電容電動公交車線路邁出了商業化運行的步伐。這10輛“零污染”超級電容公交車和10個智能充電站，這種超級電容車看上去是一輛無軌電車，所不同的是“剪”掉了頭頂上累贅的兩根大“辮子”，在車底部安裝了一種超級電容器。車進站后趁著上下客的間隙，車頂充電設備會自動垂直升起，搭到隱藏在候車站“屋檐”下的電纜上，30秒鐘即完成充電，能平穩行駛3-8公里，最高速度則可達每小時44公里。與有軌、無軌電車相比，超級電容公交車沒有地面軌道和空中觸線網，有利于“凈化”城市空間。據了解，在開啟空調的情況下，超級電容公交車每公里帶空調耗能僅為1.4度電，能耗費用僅為燃油汽車的33%，在剎車制動時能量回收率達到40%。雖然這種車的技術還不夠完美，加上駕駛員的操縱還不到位，會有這樣那樣的小問題，但其運行前景不容置疑。
電動車的典型驅動結構如圖示。
另外，超級電容器在變配電站直流系統中、稅控機、稅控收款機上、搖晃式手電筒上（免換電池，只要搖晃30秒鐘，即可發光5分鐘；照射距離1公尺）、智能表類（如智能水表和煤氣表）上、計算機UpS電源方面亦多有應用。打開淘寶網，已能找到幾家出售這種新電源的商鋪，足以說明它的市場化程度。有專家預言，有朝一日，超級電容電池技術變得成熟，造價可以被老百姓接受，則將滿街都是電動車！
目前超級電容電池的研發情況
超級電容器是上世紀80年代后發展起來的新型儲能器件，在歐洲、美國、日本已經開始形成新興的產業。
從1990年開始，世界各國開始成立專門機構開發和生產超級電容器，目前，在該技術領域中處于領先地位的國家有俄羅斯、日本、德國和美國，這些發達國家已把超級電容器項目作為國家重點研究和開發項目，并提出了近期和中長期發展計劃。在超級電容器的實用性方面，俄羅斯走在世界的前列。
我國從九十年代開始研制超級雙電層電容器，與國外先進水平還有一定的差距。據有關資料表明，國內有些單位已經研制出比能量為10Wh/kg、比功率為600W/kg的高能量型及比能量為5Wh/kg、比功率為2500W/kg的高功率型超級電容器樣品，循環使用次數可達50,000次以上。性能指標已經達到國際先進水平，成本較國際平均價格有大幅度下降，初步具備應用水平。我們相信，在創新精神的鼓勵下，我國超級電容將很快趕上、超過世界先進水平。
超級電容的容量比通常的電容器大得多。由于其容量很大，對外表現和電池相同，因此也有稱作“電容電池”。

超級電容屬于雙電層電容器，它是世界上已投入量產的雙電層電容器中容量最大的一種，其基本原理和其它種類的雙電層電容器一樣，都是利用活性炭多孔電極和電解質組成的雙電層結構獲得超大的容量。

超級電容的特點：

（1）充電速度快，充電10秒～10分鐘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，相當于電池的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污染，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，安全系數高，長期使用免維護；

（7）超低溫特性好，溫度范圍寬-40℃～+70℃；

（8）檢測方便，剩余電量可直接讀出；

（9）容量范圍通常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

做一下類比：

電瓶（蓄電池）12伏14安時的放電量=14*3600/12=4200法拉(F)

地球的電容值僅有1-2F左右

超級電容與電池比較，有如下特性：

a.超低串聯等效電阻（LOWESR），功率密度(powerDensity)是鋰離子電池的數十倍以上，適合大電流放電，（一枚4.7F電容能釋放瞬間電流18A以上）。

b.超長壽命，充放電大于50萬次，是Li-Ion電池的500倍，是Ni-MH和Ni-Cd電池的1000倍，如果對超級電容每天充放電20次，連續使用可達68年。

c.可以大電流充電，充放電時間短，對充電電路要求簡單，無記憶效應。

d.免維護，可密封。

e.溫度范圍寬-40℃～+70℃，一般電池是-20℃～60℃。