超级电容器：原理、制作和应用

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：超级电容器是一种电容量可达数千法拉的极大容量电容器。根据电容器的原理，电容量取决于电极间距离和电极的表面积，为达到这种容量，只有缩小电极间距离，增加电极面积，为此，采用双层和活性炭多孔化电极。温度与电压是影响超级电容器寿命的重要因素。温度每升高5℃，电容器的寿命将下降10%。为降低电压跌落，需选用大容量超级电容器。

超级电容器是一种电容量可达数千法拉的极大容量电容器。根据电容器的原理，电容量取决于电极间距离和电极的表面积，为达到这种容量，只有缩小电极间距离，增加电极面积，为此，采用双层和活性炭多孔化电极。电容器双层介质，在电容器的两个电极上施加电压，在靠近电极介质表面上产生的电荷极性相反的电荷被束缚在介质界面上，形成电容器的两个电极；同时，活性炭多孔化电极可以获得极大的电极表面积，因而这种结构的超级电容器具有极大的电容量，并能存储很大的静电能量。超级电容器充、放电速度快，而且容量大，能够用于备用电源、动力电池、相机闪光灯、混合动力电动汽车等各种节能环保领域。

1.超级电容器的特点

1）充电速度快：10min内可充到额定容量的95%以上。

2）大电流放电能力强，大电流能量循环效率大于95%。

3）功率密度高：可达300～6000W/kg，相当于电池的10倍以上，其容量范围为0.1～1000F。

4）超低温性能好：使用温度范围为-40～+80℃，其循环使用寿命高达500万h以上。

2.超级电容器的主要参数

1）寿命：超级电容器的内阻增加，则容量降低。在规定的参数范围内，它的有效使用时间是可以延长的，一般跟它的特点第4条所规定的有关。影响寿命的是活性干涸、内阻加大，存储电能能力下降至63.2%称为寿命终结。

2）电压：超级电容器有一个推荐电压和一个最佳工作电压。如果使用电压高于推荐电压，将缩短电容器的寿命，但是电容器能连续长期工作在过高压状态下，电容器内部的活性炭将分解形成气体，有利存储电能，但不能超过推荐电压的1.3倍，否则将会因电压超高而损坏超级电容器。

3）温度：超级电容器的正常操作温度是-40～70℃。温度与电压是影响超级电容器寿命的重要因素。温度每升高5℃，电容器的寿命将下降10%。在低温下，提高电容器的工作电压，电容器的内阻不会上升，可提高电容器的使用效率。

4）放电：在脉冲充电技术里，电容内阻是重要因素；在小电流放电中，容量又是重要因素，用公式表达如下：

式中，V_drop是起始工作电压与截止工作电压之差；I是放电电流；R是电容器的直流内阻；t是放电时间；C是电容容量。

为降低电压跌落，需选用大容量超级电容器。