超级电容原理及应用简介

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1、超级电容原理及应用简介技术部孙世强2009年4月18日超级电容的基本原理超级电容（supercapacitor），又叫双电层电容(ElectricalDoule-LayerCapacitor)、黄金电容、法拉电容，即通过外加电场极化电解质，使电解质中荷电离子分别在带有相反电荷的电极表面形成双电层，从而实现储能。其储能过程是物理过程，没有化学反应，且过程完全可逆，这与蓄电池电化学储能过程不同。超级电容器是介于电容器和电池之间的储能器件，它既具有电容器可以快速充放电的特点，又具有电池的储能特性。概述1、超级电容的原理和特点2、超级电容的性能指标3、超级电容与普通物理电容比较4、超级电容与可充电

2、池比较5、超级电容的应用超级电容器的分类根据使用电极材料的不同可分为两大类：（1）以炭材料为电极，以电极双电层电容的机制储存电荷，本质是静电型能量储存方式，通常被称作双电层电容器(EDLC)。电容量与电极电位和比表面积的大小有关，因而常使用高比表面积的活性碳作为电极材料，从而增加电容量。例如，活性碳的表面积可达1000m2/g，电容量可达100F/g，且碳材料还具有成本低，技术成熟等优点，该类超级电容在汽车上应用也最为广泛。（2）以二氧化钌或者导体聚合物等材料为阳极，以氧化还原反应的机制存储电荷，通常被称作电化学电容器。与双电层电容器的静电容量相比，相同表面积下超电容器的容量要大10～10

3、0倍，因此可以制成体积非常小、容量大的电容器。但由于贵金属的价格高，主要用于军事领域。①.电容量大，超级电容器采用活性炭粉与活性炭纤维作为可极化电极与电解液接触的面积大大增加，根据电容量的计算公式，那么两极板的表面积越大，则电容量越大。因此，一般双电层电容器容量很容易超过1F，它的出现使普通电容器的容量范围骤然跃升了3-4个数量级，目前单体超级电容器的最大电容量可达5000F。②.充放电寿命很长，可达500000次，或90000小时，而蓄电池的充放电寿命很难超过1000次，③.可以提供很高的放电电流（如2700F的超级电容器额定放电电流不低于950A，放电峰值电流可达1680A，一般蓄电池

4、通常不能有如此高的放电电流一些高放电电流的蓄电池在如此高的放电电流下的使用寿命将大大缩短。④.可以数十秒到数分钟内快速充电，而蓄电池在如此短的时间内充满电将是极危险的或几乎不可能。⑤.可以在很宽的温度范围内正常工作（-40-+70℃）而蓄电池很难在高温特别是低温环境下工作。⑥.超级电容器用的材料是安全的和无毒的，而铅酸蓄电池、镍镉蓄电池多具有毒性。⑦.等效串联电阻ESR相对常规电容器大（10F/2.5V的ESR为110mΩ）。⑧.可以任意并联使用一增加电容量，如采取均压后，还可以串联使用。超级电容的特点超级电容器的优缺点优点：在很小的体积下达到法拉级的电容量；无须特别的充电电路和控制放电电

5、路；和电池相比过充、过放都不对其寿命构成负面影响；从环保的角度考虑，它是一种绿色能源；超级电容器可焊接，因而不存在像电池接触不牢固等问题缺点：如果使用不当会造成电解质泄漏等现象；和铝电解电容器相比，它内阻较大，因而不可以用于交流电路超级电容制作工序（1）非极化电极制作工艺流程混料和浆（金属氧化物、纤维素溶液）—刮浆（导电骨架）—干燥—烧结—浸渍—水洗—干燥—化成—烘干（2）极化电极制作工艺流程混料和浆（活性炭、粘合剂、导电剂）—拉浆—烘干—裁剪成形（3）超级电容器制作工艺组合（正、负极、隔膜）—点焊极柱—装壳—注电解液—测试分容—组件组合—包装入库超级电容的性能指标额定容量：以规定的恒定电

6、流（如1000F以上的超级电容器规定的充电电流为100A，200F以下的为3A）充电到额定电压后保持2-3分钟，在规定的恒定电流放电条件下放电到端电压为零所需的时间与电流的乘积再除以额定电压值。额定电压：可使用的最高安全端电压（如2.3V、2.5V、2.7V）额定电流：5秒内放电到额定电压一半的电流等效串联电阻：以规定的恒定电流和频率（DC和大容量的100Hz或小容量的KHz）下的等效串联电阻。漏电流：一般为10μA/F寿命：在25℃环境温度下的寿命通常在90000小时，在60℃的环境温度下为4000小时，与铝电解电容器的温度寿命关系相似。寿命随环境温度缩短的原因是电解液的蒸发损失随温度上

7、升。寿命终了的标准为：电容量低于额定容量20%，ESR增大到额定值的1.5倍。循环寿命：20秒充电到额定电压，恒压充电10秒，10秒放电到额定电压的一半，间歇时间：10秒为一个循环。一般可达500000次。寿命终了的标准为：电容量低于额定容量20%，ESR增大到额定值的1.5倍功率密度（kW/kg）和能量密度（wh/kg）超级电容与传统电容的比较电容是以将电荷分隔开来的方式储存能量的，储存电荷的面积越大，电荷被隔离的距离