超級(jí)電容器簡(jiǎn)介
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人們對(duì)于綠色能源和生態(tài)環(huán)境越來(lái)越關(guān)注,超級(jí)電容器作為一種新型的儲(chǔ)能器件,因?yàn)槠錈o(wú)可替代的優(yōu)越性,越來(lái)越受到人們的重視。在一些需要高功率、高效率解決方案的設(shè)計(jì)中,工程師已開始采用超級(jí)電容器來(lái)取代傳統(tǒng)的電池。
電池技術(shù)的缺陷
Li離子、NiMH等新型電池可以提供一個(gè)可靠的能量?jī)?chǔ)存方案,并且已經(jīng)在很多領(lǐng)域中廣泛使用。眾所周知,化學(xué)電池是通過電化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生法拉第電荷轉(zhuǎn)移來(lái)儲(chǔ)存電荷的,使用壽命較短,并且受溫度影響較大,這也同樣是采用鉛酸電池（蓄電池）的設(shè)計(jì)者所面臨的困難。同時(shí),大電流會(huì)直接影響這些電池的壽命,因此,對(duì)于要求長(zhǎng)壽命、高可靠性的某些應(yīng)用,這些基于化學(xué)反應(yīng)的電池就顯出種種不足。
超級(jí)電容器的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)
超級(jí)電容器的原理并非新技術(shù),常見的超級(jí)電容器大多是雙電層結(jié)構(gòu),同電解電容器相比,這種超級(jí)電容器能量密度和功率密度都非常高。同傳統(tǒng)的電容器和二次電池相比,超級(jí)電容器儲(chǔ)存電荷的能力比普通電容器高,并具有充放電速度快、效率高、對(duì)環(huán)境無(wú)污染、循環(huán)壽命長(zhǎng)、使用溫度范圍寬、安全性高等特點(diǎn)。
除了可以快速充電和放電,超級(jí)電容器的另一個(gè)主要特點(diǎn)是低阻抗。所以,當(dāng)一個(gè)超級(jí)電容器被全部放電時(shí),它將表現(xiàn)出小電阻特性,如果沒有限制,它會(huì)拽取可能的源電流。因此,必須采用恒流或恒壓充電器。
１０年前,超級(jí)電容器每年只能賣出去很少的數(shù)量,而且價(jià)格很貴,大約１～２美元／法拉,現(xiàn)在,超級(jí)電容器已經(jīng)作為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品大批量供應(yīng)市場(chǎng),價(jià)格也大大降低,平均0.01～0.02美元／法拉。在最近幾年中,超級(jí)電容器已經(jīng)開始進(jìn)入很多應(yīng)用領(lǐng)域,如消費(fèi)電子、工業(yè)和交通運(yùn)輸業(yè)等領(lǐng)域。
圖1 超級(jí)電容器循環(huán)壽命長(zhǎng),具有很高的功率密度、安全性和效率
超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)
雖然,目前全球已有許多家超級(jí)電容器生產(chǎn)商,可以提供許多種類的超級(jí)電容器產(chǎn)品,但大部分產(chǎn)品都是基于一種相似的雙電層結(jié)構(gòu),超級(jí)電容器在結(jié)構(gòu)上與電解電容器非常相似,它們的主要區(qū)別在于電極材料,如圖2所示。
圖2 在結(jié)構(gòu)上,超級(jí)電容器和電池或電解電容器的主要區(qū)別是電極材料
早期的超級(jí)電容器的電極采用碳,碳電極材料的表面積很大,電容的大小取決于表面積和電極的距離,這種碳電極的大表面積再加上很小的電極距離,使超級(jí)電容器的容值可以非常大,大多數(shù)超級(jí)電容器可以做到法拉級(jí),一般容值范圍為1～5000F。
使用超級(jí)電容器
超級(jí)電容器具有廣泛的用途。與燃料電池等高能量密度的物質(zhì)相結(jié)合,超級(jí)電容器能提供快速的能量釋放,滿足高功率需求,從而使燃料電池可以僅作為能量源使用。目前,超級(jí)電容器的能量密度可高達(dá)20kW/kg,已經(jīng)開始搶占傳統(tǒng)電容器和電池之間的這部分市場(chǎng)。
在那些要求高可靠性而對(duì)能量要求不高的應(yīng)用中,可以用超級(jí)電容器來(lái)取代電池,也可以將超級(jí)電容器和電池結(jié)合起來(lái),應(yīng)用在對(duì)能量要求很高的場(chǎng)合,從而可以采用體積更小、更經(jīng)濟(jì)的電池。
超級(jí)電容器的ESR值很低,從而可以輸出大電流,也可以快速吸收大電流。同化學(xué)充電原理相比,超級(jí)電容器的工作原理使這種產(chǎn)品的性能更穩(wěn)定,因此,超級(jí)電容器的使用壽命更長(zhǎng)。對(duì)于像電動(dòng)工具和玩具這種
