超級電容器基本原理及性能特點
發布時間:2010-05-27 來源:電子元件技術網
中心議題:
超級電容的容量比通常的電容器大得多。由於其容量很大,對外表現和電池相同,因此也有稱作“電容電池”。 chaojidianrongshuyushuangdiancengdianrongqi,tashishijieshangyitouruliangchandeshuangdiancengdianrongqizhongrongliangzuidadeyizhong,qijibenyuanliheqitazhongleideshuangdiancengdianrongqiyiyang,doushiliyonghuoxingtanduokongdianjihedianjiezhizuchengdeshuangdiancengjiegouhuodechaodaderongliang。
超級電容器原理
電化學雙層電容器(EDLC)yinchaojidianrongqibeiwomensuoshuzhi。chaojidianrongqiliyongjingdianjihuadianjierongyedefangshichucunnengliang。suirantashiyigedianhuaxueqijian,dantadenengliangchucunjizhiqueyidianyebushejihuaxuefanying。zhegejizhishigaodukenide,tayunxuchaojidianrongqichongdianfangdiandashiwanshenzhishubaiwanci。
超chao級ji電dian容rong器qi可ke以yi被bei視shi為wei在zai兩liang個ge極ji板ban外wai加jia電dian壓ya時shi被bei電dian解jie液ye隔ge開kai的de兩liang個ge互hu不bu相xiang關guan的de多duo孔kong板ban。對dui正zheng極ji板ban施shi加jia的de電dian勢shi吸xi引yin電dian解jie液ye中zhong的de負fu離li子zi,而er負fu麵mian板ban電dian勢shi吸xi引yin正zheng離li子zi。這zhe有you效xiao地di創chuang建jian了le兩liang個ge電dian荷he儲chu層ceng,在zai正zheng極ji板ban分fen離li出chu一yi層ceng,並bing在zai負fu極ji板ban分fen離li出chu另ling外wai一yi層ceng。
chuantongdedianjiedianrongqicunchuquyulaizipingmian,daodiancailiaoboban。gaodianrongshitongguodaliangdecailiaozhedie。kenengtongguojinyibuzengjiaqibiaomianwenli,jinyibuzengjiatadebiaomianji。guoquchuantongdedianrongqiyongjiezhifenlidianji,zhexiejiezhiduoshuwei:塑料,紙或薄膜陶瓷。電介質越薄,在空間受限的區域越可以獲得更多的區域。可以實現對介質厚度的表麵麵積限製的定義。
超級電容器的麵積來自一個多孔的碳基電極材料。這種材料的多孔結構,允許其麵積接近2000平方米每克,遠遠大於通過使用塑料或薄膜陶瓷。超級電容器的充電距離取決於電解液中被吸引到電極的帶電離子的大小。這個距離(小於10埃)遠(yuan)遠(yuan)小(xiao)於(yu)通(tong)過(guo)使(shi)用(yong)常(chang)規(gui)電(dian)介(jie)質(zhi)材(cai)料(liao)的(de)距(ju)離(li)。巨(ju)大(da)的(de)表(biao)麵(mian)麵(mian)積(ji)的(de)組(zu)合(he)和(he)極(ji)小(xiao)的(de)充(chong)電(dian)距(ju)離(li)使(shi)超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)相(xiang)對(dui)傳(chuan)統(tong)的(de)電(dian)容(rong)器(qi)具(ju)有(you)極(ji)大(da)的(de)優(you)越(yue)性(xing)。
超級電容器內部結構
超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)結(jie)構(gou)上(shang)的(de)具(ju)體(ti)細(xi)節(jie)依(yi)賴(lai)於(yu)對(dui)超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)應(ying)用(yong)和(he)使(shi)用(yong)。由(you)於(yu)製(zhi)造(zao)商(shang)或(huo)特(te)定(ding)的(de)應(ying)用(yong)需(xu)求(qiu),這(zhe)些(xie)材(cai)料(liao)可(ke)能(neng)略(lve)有(you)不(bu)同(tong)。所(suo)有(you)超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)共(gong)性(xing)是(shi),他(ta)們(men)都(dou)包(bao)含(han)一(yi)個(ge)正(zheng)極(ji),一(yi)個(ge)負(fu)極(ji),及(ji)這(zhe)兩(liang)個(ge)電(dian)極(ji)之(zhi)間(jian)的(de)隔(ge)膜(mo),電(dian)解(jie)液(ye)填(tian)補(bu)由(you)這(zhe)兩(liang)個(ge)電(dian)極(ji)和(he)隔(ge)膜(mo)分(fen)離(li)出(chu)來(lai)的(de)兩(liang)個(ge)的(de)孔(kong)隙(xi)。
對於圓形或圓柱形封裝的產品,電極切割成卷軸方式配置。最後將電極箔焊接到終端,使外部的電容電流路徑擴展。
Maxwell超級電容器結構

圖2. 超級電容器電極

圖3.電極——製勝的關鍵
如上圖2所示,為Maxwell超級電容的電極,這被認為是他們超級電容器技術的最關鍵部分。這個電極是由鋁,碳元素製成,其中樹脂作為粘合劑,紙作為隔膜。
超級電容器的特點
(1)充電速度快,充電10秒~10分鍾可達到其額定容量的95%以上;
(2)循環使用壽命長,深度充放電循環使用次數可達1~50萬次,沒有“記憶效應”;
(3)大電流放電能力超強,能量轉換效率高,過程損失小,大電流能量循環效率≥90%;
(4)功率密度高,可達300W/KG~5000W/KG,相當於電池的5~10倍;
(5)產品原材料構成、生產、使用、儲存以及拆解過程均沒有汙染,是理想的綠色環保電源;
(6)充放電線路簡單,無需充電電池那樣的充電電路,安全係數高,長期使用免維護;
(7)超低溫特性好,溫度範圍寬-40℃~+70℃;
(8)檢測方便,剩餘電量可直接讀出;
(9)容量範圍通常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
- 超級電容器的原理、結構和特點
- Maxwell超級電容器結構
超級電容的容量比通常的電容器大得多。由於其容量很大,對外表現和電池相同,因此也有稱作“電容電池”。 chaojidianrongshuyushuangdiancengdianrongqi,tashishijieshangyitouruliangchandeshuangdiancengdianrongqizhongrongliangzuidadeyizhong,qijibenyuanliheqitazhongleideshuangdiancengdianrongqiyiyang,doushiliyonghuoxingtanduokongdianjihedianjiezhizuchengdeshuangdiancengjiegouhuodechaodaderongliang。
超級電容器原理
電化學雙層電容器(EDLC)yinchaojidianrongqibeiwomensuoshuzhi。chaojidianrongqiliyongjingdianjihuadianjierongyedefangshichucunnengliang。suirantashiyigedianhuaxueqijian,dantadenengliangchucunjizhiqueyidianyebushejihuaxuefanying。zhegejizhishigaodukenide,tayunxuchaojidianrongqichongdianfangdiandashiwanshenzhishubaiwanci。
超chao級ji電dian容rong器qi可ke以yi被bei視shi為wei在zai兩liang個ge極ji板ban外wai加jia電dian壓ya時shi被bei電dian解jie液ye隔ge開kai的de兩liang個ge互hu不bu相xiang關guan的de多duo孔kong板ban。對dui正zheng極ji板ban施shi加jia的de電dian勢shi吸xi引yin電dian解jie液ye中zhong的de負fu離li子zi,而er負fu麵mian板ban電dian勢shi吸xi引yin正zheng離li子zi。這zhe有you效xiao地di創chuang建jian了le兩liang個ge電dian荷he儲chu層ceng,在zai正zheng極ji板ban分fen離li出chu一yi層ceng,並bing在zai負fu極ji板ban分fen離li出chu另ling外wai一yi層ceng。
chuantongdedianjiedianrongqicunchuquyulaizipingmian,daodiancailiaoboban。gaodianrongshitongguodaliangdecailiaozhedie。kenengtongguojinyibuzengjiaqibiaomianwenli,jinyibuzengjiatadebiaomianji。guoquchuantongdedianrongqiyongjiezhifenlidianji,zhexiejiezhiduoshuwei:塑料,紙或薄膜陶瓷。電介質越薄,在空間受限的區域越可以獲得更多的區域。可以實現對介質厚度的表麵麵積限製的定義。
超級電容器的麵積來自一個多孔的碳基電極材料。這種材料的多孔結構,允許其麵積接近2000平方米每克,遠遠大於通過使用塑料或薄膜陶瓷。超級電容器的充電距離取決於電解液中被吸引到電極的帶電離子的大小。這個距離(小於10埃)遠(yuan)遠(yuan)小(xiao)於(yu)通(tong)過(guo)使(shi)用(yong)常(chang)規(gui)電(dian)介(jie)質(zhi)材(cai)料(liao)的(de)距(ju)離(li)。巨(ju)大(da)的(de)表(biao)麵(mian)麵(mian)積(ji)的(de)組(zu)合(he)和(he)極(ji)小(xiao)的(de)充(chong)電(dian)距(ju)離(li)使(shi)超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)相(xiang)對(dui)傳(chuan)統(tong)的(de)電(dian)容(rong)器(qi)具(ju)有(you)極(ji)大(da)的(de)優(you)越(yue)性(xing)。
超級電容器內部結構
超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)結(jie)構(gou)上(shang)的(de)具(ju)體(ti)細(xi)節(jie)依(yi)賴(lai)於(yu)對(dui)超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)應(ying)用(yong)和(he)使(shi)用(yong)。由(you)於(yu)製(zhi)造(zao)商(shang)或(huo)特(te)定(ding)的(de)應(ying)用(yong)需(xu)求(qiu),這(zhe)些(xie)材(cai)料(liao)可(ke)能(neng)略(lve)有(you)不(bu)同(tong)。所(suo)有(you)超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)共(gong)性(xing)是(shi),他(ta)們(men)都(dou)包(bao)含(han)一(yi)個(ge)正(zheng)極(ji),一(yi)個(ge)負(fu)極(ji),及(ji)這(zhe)兩(liang)個(ge)電(dian)極(ji)之(zhi)間(jian)的(de)隔(ge)膜(mo),電(dian)解(jie)液(ye)填(tian)補(bu)由(you)這(zhe)兩(liang)個(ge)電(dian)極(ji)和(he)隔(ge)膜(mo)分(fen)離(li)出(chu)來(lai)的(de)兩(liang)個(ge)的(de)孔(kong)隙(xi)。

圖1. 超級電容器結構
超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)部(bu)件(jian)從(cong)產(chan)品(pin)到(dao)產(chan)品(pin)可(ke)以(yi)有(you)所(suo)不(bu)同(tong)。這(zhe)是(shi)由(you)超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)包(bao)裝(zhuang)的(de)幾(ji)何(he)結(jie)構(gou)決(jue)定(ding)的(de)。對(dui)於(yu)棱(leng)形(xing)或(huo)正(zheng)方(fang)形(xing)封(feng)裝(zhuang)產(chan)品(pin)部(bu)件(jian)的(de)擺(bai)放(fang),內(nei)部(bu)結(jie)構(gou)是(shi)基(ji)於(yu)對(dui)內(nei)部(bu)部(bu)件(jian)的(de)設(she)置(zhi),即(ji)內(nei)部(bu)集(ji)電(dian)極(ji)是(shi)從(cong)每(mei)個(ge)電(dian)極(ji)的(de)堆(dui)疊(die)中(zhong)擠(ji)出(chu)。這(zhe)些(xie)集(ji)電(dian)極(ji)焊(han)盤(pan)將(jiang)被(bei)焊(han)接(jie)到(dao)終(zhong)端(duan),從(cong)而(er)擴(kuo)展(zhan)電(dian)容(rong)器(qi)外(wai)的(de)電(dian)流(liu)路(lu)徑(jing)。對於圓形或圓柱形封裝的產品,電極切割成卷軸方式配置。最後將電極箔焊接到終端,使外部的電容電流路徑擴展。
Maxwell超級電容器結構

圖2. 超級電容器電極

圖3.電極——製勝的關鍵
超級電容器的特點
(1)充電速度快,充電10秒~10分鍾可達到其額定容量的95%以上;
(2)循環使用壽命長,深度充放電循環使用次數可達1~50萬次,沒有“記憶效應”;
(3)大電流放電能力超強,能量轉換效率高,過程損失小,大電流能量循環效率≥90%;
(4)功率密度高,可達300W/KG~5000W/KG,相當於電池的5~10倍;
(5)產品原材料構成、生產、使用、儲存以及拆解過程均沒有汙染,是理想的綠色環保電源;
(6)充放電線路簡單,無需充電電池那樣的充電電路,安全係數高,長期使用免維護;
(7)超低溫特性好,溫度範圍寬-40℃~+70℃;
(8)檢測方便,剩餘電量可直接讀出;
(9)容量範圍通常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
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