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超級(jí)電容器原理及應(yīng)用
來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)來(lái)源 日期:2011-7-8 作者:全球電池網(wǎng) 點(diǎn)擊:

超級(jí)電容器(super capacitor),又叫雙電層電容器(Electrical Double-LayerCapacitor)、黃金電容、法拉電容,通過(guò)極化電解質(zhì)來(lái)儲(chǔ)能。它是一種電化學(xué)元件,但在其儲(chǔ)能的過(guò)程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng),這種儲(chǔ)能過(guò)程是可逆的,也正因?yàn)榇顺?jí)電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬(wàn)次。超級(jí)電容器可以被視為懸浮在電解質(zhì)中的兩個(gè)無(wú)反應(yīng)活性的多孔電極板,在極板上加電,正極板吸引電解質(zhì)中的負(fù)離子,負(fù)極板吸引正離子,實(shí)際上形成兩個(gè)容性存儲(chǔ)層,被分離開(kāi)的正離子在負(fù)極板附近,負(fù)離子在正極板附近。

超級(jí)電容器可以快速充放電,峰值電流僅受其內(nèi)阻限制,甚至短路也不是致命的。實(shí)際上決定于電容器單體大小,對(duì)于匹配負(fù)載,小單體可放 10A,大單體可放 1000A。另一放電率的限制條件是熱,反復(fù)地以劇烈的速率放電將使電容器溫度升高,最終導(dǎo)致斷路。

超級(jí)電容器的電阻阻礙其快速放電,超級(jí)電容器的時(shí)間常數(shù) τ 在 1-2s,完全給阻-容式電路放電大約需要 5τ,也就是說(shuō)如果短路放電大約需要 5-10s(由于電極的特殊結(jié)構(gòu)它們實(shí)際上得花上數(shù)個(gè)小時(shí)才能將殘留的電荷完全放完。

超級(jí)電容器在分離出的電荷中存儲(chǔ)能量,用于存儲(chǔ)電荷的面積越大、分離出的電荷越密集,其電容量越大。傳統(tǒng)電容器的面積是導(dǎo)體的平板面積,為了獲得較大的容量,導(dǎo)體材料卷制得很長(zhǎng),有時(shí)用特殊的組織結(jié)構(gòu)來(lái)增加它的表面積。傳統(tǒng)電容器是用絕緣材料分離它的兩極板,一般為塑料薄膜、紙等,這些材料通常要求盡可能的薄。超級(jí)電容器的面2積是基于多孔炭材料,該材料的多孔結(jié)夠允許其面積達(dá)到 2000m /g,通過(guò)一些措施可實(shí)現(xiàn)更大的表面積。超級(jí)電容器電荷分離開(kāi)的距離是由被吸引到帶電電極的電解質(zhì)離子尺寸決定的。該距離(<10 A)和傳統(tǒng)電容器薄膜材料所能實(shí)現(xiàn)的距離更小。 這種龐大的表面積再加上非常小的電荷分離距離使得超級(jí)電容器較傳統(tǒng)電容器而言有驚人大的靜電容量,這也是其“超級(jí)”所在。

超級(jí)電容器使用注意事項(xiàng)

1、 超級(jí)電容器具有固定的極性,在使用前應(yīng)確認(rèn)極性。
2、 超級(jí)電容器應(yīng)在標(biāo)稱(chēng)電壓下使用:當(dāng)電容器電壓超過(guò)標(biāo)稱(chēng)電壓時(shí),將會(huì)導(dǎo)致電解液分解,同時(shí)電容器會(huì)發(fā)熱,容量下降,而且內(nèi)阻增加,壽命縮短,在某些情況下,可導(dǎo)致電容器性能崩潰。
3、 超級(jí)電容器不可應(yīng)用于高頻率充放電的電路中,高頻率的快速充放電會(huì)導(dǎo)致電容器內(nèi)部發(fā)熱,容量衰減,內(nèi)阻增加,在某些情況下會(huì)導(dǎo)致電容器性能崩潰。
4、 超級(jí)電容器的壽命:外界環(huán)境溫度對(duì)于超級(jí)電容器的壽命有著重要的影響。電容器應(yīng)盡量遠(yuǎn)離熱源。
5、 當(dāng)超級(jí)電容器被用做后備電源時(shí)的電壓降:由于超級(jí)電容器具有內(nèi)阻較大的特點(diǎn),在放電的瞬間存在電壓降,?V=IR。
6、 使用中環(huán)境氣體:超級(jí)電容器不可處于相對(duì)濕度大于 85%或含有有毒氣體的場(chǎng)所,這些環(huán)境下會(huì)導(dǎo)致引線及電容器殼體腐蝕,導(dǎo)致斷路。
7、 超級(jí)電容器的存放:超級(jí)電容器不能置于高溫、高濕的環(huán)境中,應(yīng)在溫度-30+50℃、相對(duì)濕度小于 60%的環(huán)境下儲(chǔ)存,避免溫度驟升驟降,因?yàn)檫@樣會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品損壞。
8、 超級(jí)電容器在雙面線路板上的使用:當(dāng)超級(jí)電容器用于雙面電路板上,需要注意連接處不可經(jīng)過(guò)電容器可觸及的地方,由于超級(jí)電容器的安裝方式,會(huì)導(dǎo)致短路現(xiàn)象。
9、 當(dāng)把電容器焊接在線路板上時(shí),不可將電容器殼體接觸到線路板上,不然焊接物會(huì)滲入至電容器穿線孔內(nèi),對(duì)電容器性能產(chǎn)生影響。
10、安裝超級(jí)電容器后,不可強(qiáng)行傾斜或扭動(dòng)電容器,這樣會(huì)導(dǎo)致電容器引線松動(dòng),導(dǎo)致性能劣化。
11、在焊接過(guò)程中避免使電容器過(guò)熱:若在焊接中使電容器出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象,會(huì)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(guò)程應(yīng)為 260℃,時(shí)間不超過(guò) 5s。
12、焊接后的清洗:在電容器經(jīng)過(guò)焊接后,線路板及電容器需要經(jīng)過(guò)清洗,因?yàn)槟承╇s質(zhì)可能會(huì)導(dǎo)致電容器短路。
13、將電容器串聯(lián)使用時(shí):當(dāng)超級(jí)電容器進(jìn)行串聯(lián)使用時(shí),存在單體間的電壓均衡問(wèn)題,單純的串聯(lián)會(huì)導(dǎo)致某個(gè)或幾個(gè)單體電容器過(guò)壓,從而損壞這些電容器,整體性能受到影響,故在電容器進(jìn)行串聯(lián)使用時(shí),需得到廠家的技術(shù)支持。
14、其他:在使用超級(jí)電容器的過(guò)程中出現(xiàn)的其他應(yīng)用上的問(wèn)題,請(qǐng)向生產(chǎn)廠家咨詢(xún)或參照超級(jí)電容器使用說(shuō)明的相關(guān)技術(shù)資料。

超級(jí)電容器的兩個(gè)主要應(yīng)用:高功率脈沖應(yīng)用和瞬時(shí)功率保持。高功率脈沖應(yīng)用的特征:瞬時(shí)流向負(fù)載大電流;瞬時(shí)功率保持應(yīng)用的特征:要求持續(xù)向負(fù)載提供功率,持續(xù)時(shí)間一般為幾秒或幾分鐘。瞬時(shí)功率保持的一個(gè)典型應(yīng)用:斷電時(shí)磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)頭的復(fù)位。不同的應(yīng)用對(duì)超級(jí)電容的參數(shù)要求也是不同的。高功率脈沖應(yīng)用是利用超電容較小的內(nèi)阻(R),而瞬時(shí)功率保持是利用超電容大的靜電容量(C)。

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