超级电容器

超级电容器

超级电容器是指介于传统电容器和可充电电池之间的一种新型储能装置。它们不仅具有电容器快速充放电的特性，还具有电池的储能特性。

1原理

超级电容器是一种新型器件，通过电极和电解质之间形成的双层界面存储能量。当电极与电解质接触时，由于库仑力、分子间力和原子力的作用，在固液界面出现稳定且相反的双层电荷，称为界面双层。把双层超级电容器想象成两个悬浮在电解质中的无活性多孔板，并向两个板施加电压。加到正极板上的电势吸引电解质中的负离子，而负极板吸引正离子，在两个电极的表面上形成双层电容器。根据电极材料的不同，双层电容器可分为碳电极双层超级电容器、金属氧化物电极超级电容器和有机聚合物电极超级电容。

2特点

与电池和传统物理电容器相比，超级电容器的特点主要体现在：

（1） 高功率密度。高达102-104 W/kg，远高于电池的功率密度水平。

（2） 循环寿命长。在50万至100万的高速深充放电循环几秒钟后，超级电容器的特性变化最小，容量和内阻仅降低10%至20%。

（3） 工作温度限制。由于离子在低温下在超级电容器中的吸附和解吸速率变化很小，因此它们的容量变化比电池小得多。商用超级电容器的工作温度范围可达-40℃至+80℃。

（4） 免维护。超级电容器具有高的充电和放电效率，并且对过充电和过放电具有一定的容忍度。它们可以稳定地重复充电和放电，理论上不需要维护。

（5） 绿色环保。超级电容器在生产过程中不使用重金属和其他有害化学物质，使用寿命更长，是一种新型的绿色环保电源。

3分类

对于超级电容器，根据不同的内容可以有不同的分类方法。

首先，根据不同的储能机制，超级电容器可分为两类：双层电容器和法拉第准电容器。其中，双层电容器主要通过吸附电极表面的纯静电荷来产生存储能量。法拉第准电容器主要由法拉第准电容活性电极材料（如过渡金属氧化物和聚合物）表面及其附近的可逆氧化还原反应产生，从而实现能量存储和转换。

其次，根据电解质的类型，可分为两类：水基超级电容器和有机超级电容器。

此外，根据活性材料的类型是否相同，可将其分为对称超级电容器和不对称超级电容器。

最后，根据电解质的状态形式，超级电容器可以进一步分为两类：固体电解质超级电容器和液体电解质超级电容机。

4主要参数

1） 寿命：如果超级电容器的内阻增加，则其容量在指定的参数范围内降低。其有效使用寿命可以延长，通常与第4条规定的特性有关。寿命的结束是指活动的枯竭、内阻的增加以及储能能力下降到63.2%，这会影响寿命。

2） 电压：超级电容器具有推荐电压和最佳工作电压。如果使用的电压高于推荐电压，则电容器的寿命将缩短。然而，电容器可以在高电压下长时间连续工作。电容器内部的活性炭会分解成气体，这有利于储存电力，但不能超过推荐电压的1.3倍。否则，超级电容器将因高电压而损坏。

3） 温度：超级电容器的正常工作温度为-40～70℃。温度和电压是影响超级电容器寿命的重要因素。温度每升高5℃，电容器的寿命就会减少10%。在低温下，增加电容器的工作电压不会增加其内阻，这可以提高电容器的使用效率。

4） 放电：在脉冲充电技术中，电容器的内阻是一个重要因素；在低电流放电中，容量是一个重要因素。

5） 充电：电容器的充电方式多种多样，如恒流充电、恒压充电、脉冲充电等。在充电过程中，在电容器电路中串联一个电阻器将降低充电电流，提高电池的使用寿命。

5使用注意事项

使用超级电容器的注意事项包括：

1） 超级电容器具有固定的极性。使用前，应确认极性。

2） 超级电容器应在额定电压下使用。当电容器的电压超过标称电压时，会导致电解质分解，电容器会产生热量，降低容量，增加内阻，缩短寿命。

3） 超级电容器不能用于高频充电和放电电路。高频快速充电和放电会导致电容器内部发热、容量衰减和内阻增加。

4） 外部环境温度对超级电容器的寿命有重大影响。因此，超级电容器应尽可能远离热源。

5） 当超级电容器用作备用电源时，由于其高内阻，在放电时会出现电压下降。

6） 超级电容器不应放置在相对湿度大于85%或含有有毒气体的环境中，因为这些环境可能会导致引线和电容器外壳腐蚀，导致断路。

7） 超级电容器不应储存在高温高湿的环境中。它们应尽可能多地储存在温度为-30-50℃、相对湿度小于60%的环境中，并应避免温度突然升高和下降，因为这可能会导致产品损坏。

8） 在双面电路板上使用超级电容器时，需要注意的是，连接不应穿过电容器可以到达的区域。由于超级电容器的安装方法，可能会发生短路。

9） 在电路板上焊接电容器时，电容器外壳不得与电路板接触，否则焊料会渗入电容器螺纹孔，影响电容器的性能。

10） 安装超级电容器后，不要强行倾斜或扭曲电容器，因为这可能会导致电容器引线松动并导致性能下降。

11） 在焊接过程中，重要的是要避免电容器过热。如果电容器在焊接过程中过热，将降低其使用寿命。

12） 焊接电容器后，有必要清洁电路板和电容器，因为某些杂质可能会导致电容器短路。

13） 当超级电容器串联使用时，存在单个电容器之间的电压平衡问题。简单地串联连接会导致一个或多个单独电容器过电压，从而损坏这些电容器并影响其整体性能。因此，当串联使用电容器时，需要制造商的技术支持。

14） 如果超级电容器在使用过程中存在其他应用问题，应咨询制造商或参考超级电容器说明书中的相关技术信息。