- 超級電容器的原理、結(jié)構(gòu)和特點
- Maxwell超級電容器結(jié)構(gòu)
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(xiàn)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(chǎn)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(zhì)組成的雙電層結(jié)構(gòu)獲得超大的容量。
超級電容器原理
電化學(xué)雙層電容器（EDLC）因超級電容器被我們所熟知。超級電容器利用靜電極化電解溶液的方式儲存能量。雖然它是一個電化學(xué)器件，但它的能量儲存機(jī)制卻一點也不涉及化學(xué)反應(yīng)。這個機(jī)制是高度可逆的，它允許超級電容器充電放電達(dá)十萬甚至數(shù)百萬次。
超級電容器可以被視為在兩個極板外加電壓時被電解液隔開的兩個互不相關(guān)的多孔板。對正極板施加的電勢吸引電解液中的負(fù)離子，而負(fù)面板電勢吸引正離子。這有效地創(chuàng)建了兩個電荷儲層，在正極板分離出一層，并在負(fù)極板分離出另外一層。
傳統(tǒng)的電解電容器存儲區(qū)域來自平面，導(dǎo)電材料薄板。高電容是通過大量的材料折疊。可能通過進(jìn)一步增加其表面紋理，進(jìn)一步增加它的表面積。過去傳統(tǒng)的電容器用介質(zhì)分離電極，這些介質(zhì)多數(shù)為：塑料，紙或薄膜陶瓷。電介質(zhì)越薄，在空間受限的區(qū)域越可以獲得更多的區(qū)域。可以實現(xiàn)對介質(zhì)厚度的表面面積限制的定義。
超級電容器的面積來自一個多孔的碳基電極材料。這種材料的多孔結(jié)構(gòu)，允許其面積接近2000平方米每克，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于通過使用塑料或薄膜陶瓷。超級電容器的充電距離取決于電解液中被吸引到電極的帶電離子的大小。這個距離（小于10埃）遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于通過使用常規(guī)電介質(zhì)材料的距離。巨大的表面面積的組合和極小的充電距離使超級電容器相對傳統(tǒng)的電容器具有極大的優(yōu)越性。
超級電容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)
超級電容器結(jié)構(gòu)上的具體細(xì)節(jié)依賴于對超級電容器的應(yīng)用和使用。由于制造商或特定的應(yīng)用需求，這些材料可能略有不同。所有超級電容器的共性是，他們都包含一個正極，一個負(fù)極，及這兩個電極之間的隔膜，電解液填補(bǔ)由這兩個電極和隔膜分離出來的兩個的孔隙。
圖1. 超級電容器結(jié)構(gòu)
超級電容器的部件從產(chǎn)品到產(chǎn)品可以有所不同。這是由超級電容器包裝的幾何結(jié)構(gòu)決定的。對于棱形或正方形封裝產(chǎn)品部件的擺放，內(nèi)部結(jié)構(gòu)是基于對內(nèi)部部件的設(shè)置，即內(nèi)部集電極是從每個電極的堆疊中擠出。這些集電極焊盤將被焊接到終端，從而擴(kuò)展電容器外的電流路徑。對于圓形或圓柱形封裝的產(chǎn)品，電極切割成卷軸方式配置。最后將電極箔焊接到終端，使外部的電容電流路徑擴(kuò)展。
Maxwell超級電容器結(jié)構(gòu)
圖2. 超級電容器電極
圖3.電極——制勝的關(guān)鍵
超級電容器的特點
（1）充電速度快，充電10秒～10分鐘可達(dá)到其額定容量的95％以上；
（2）循環(huán)使用壽命長，深度充放電循環(huán)使用次數(shù)可達(dá)1~50萬次，沒有“記憶效應(yīng)”；
（3）大電流放電能力超強(qiáng)，能量轉(zhuǎn)換效率高，過程損失小，大電流能量循環(huán)效率≥90%；
（4）功率密度高，可達(dá)300W/KG~5000W/KG，相當(dāng)于電池的5~10倍；
（5）產(chǎn)品原材料構(gòu)成、生產(chǎn)、使用、儲存以及拆解過程均沒有污染，是理想的綠色環(huán)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(shù)高，長期使用免維護(hù)；
（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(nèi)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
