超级超级电容 一文了解超级电容器

超级电容器可称为大容量电容器、储能电容器、（黄）金电容器、双电层电容器或法拉电容器，其英文名称为EDLC，即ElectricDoubleLayerCapacitors，俗称UltraCapacitors、GOLDCapacitors、SuperCapacitors，以法拉为单位，是从上世纪七、八十年代发展起来的通过极化电解质来储能的一种功率型电子元器件。它不同于传统的化学电源，是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原赝电容电荷储存电能，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。相比蓄电池而言，超级电容器作为新型储能装置具有适应环境能力强、温度特性好、使用寿命长、可快速充电等诸多优点。

目前，超级电容器在汽车、铁路、通讯、电力、国防、消费电子等应用领域具有很大的应用价值与市场潜力，受到世界上很多国家的广泛关注。作为一种无源器件，超级电容的特性介于普通电容器和电池之间，不仅具有大电流快速充放电的特性，还具有电池存储能量特点，可重复使用，而且寿命长。超级电容（SC）释放电流是因为导体间的移动电子，而非单纯的化学反应。随着可持续发展观念的进一步普及，人们对生态环境和绿色能源重视度提高，作为一种新型的储能元件，超级电容由于不可替代的优越性，受到人们越来越多的重视，工程师已经开始在需要高功率，高效率方案设计中使用超级电容器来代替蓄电池。

超级电容的结构与工作原理

（1）超级电容的结构

图2为超级电容器内部结构框图，超级电容器结构中，多孔电极一般使用活性炭粉、活性炭、活性炭纤维等。电解质使用有机电解质，如碳酸亚丙酯或四氯化钛。多孔活性炭具有较大的表面积，在电解质中吸附电荷，这可以储存大量静电电荷。相比蓄电池而言，尽管超级电容能量密度较小，但此种存储能量的方法可以替代传统电池在储能方面的不足，也可以应用在需要短时高峰值电流的场合。

（2）超级电容工作原理

超级电容是利用双电层原理的电容器，当给超级电容器的两个极板外接电压时，正电极和负电极分别存储不同极性电荷，这与普通电容原理相同。超级电容器电荷运动在双极板上产生电场，由于电场力作用，在电极与电解质之间的界面处形成了相反的电场，以此来平衡电解质的内部电场。正电荷与负电荷处于两个不同极性之间的短间隙接触面上，其中电荷分布层称为双电层，电容量非常大。当电解质的氧化还原电极电势高于两极板之间的电势时，电解质不会与电解质界面上的电荷分离，超级电容器为正常工作状态。如果电解质的氧化还原电极电势低于电容两端的电压，电解质将与界面的电荷分解，这样将是异常状态。若正极板和负极板上储存的电荷通过外部电路放电，超级电容器电解质界面处的电荷量逐渐减小。由此可知：超级电容器的充放电是物理过程，无复杂的化学反应，所以相比化学反应的蓄电池，其性能更稳定。

（3）超级电容的特点

①体积小、容量大：相比同体积的电解电容而言，超级电容的电容量大许多倍。超级电容器的可极化电极使用活性炭粉和活性炭纤维，增加了电极与电解液接触的面积，由于两极板的表面积与电容量成正比超级超级电容，这就使电容的容量增大。通常超级电容器的容量很容易超过1F，和一般的电容容量相比其范围扩大了3~4个数量级，单体超级电容目前的容量最大可达到60000F。

②充放电寿命长：其充放电次数可达到50万次左右，超级电容器充放电是一种可以反复充、放电，且可循环的物理过程。

③可提供很大的放电电流。

④较强的充放电能力：可快速充电，也可大电流放电。超级电容可以在大电流下，数十秒或者数分钟内快速完成充电。

⑤工作温度范围宽：超级电容正常工作温度范围为-40~+70℃，相反，若蓄电池在低温或者高温环境下将很难正常工作。