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超級電容器原理及應用
來源:網絡來源 日期:2011-7-8 作者:全球電池網 點擊:

超級電容器(super capacitor),又叫雙電層電容器(Electrical Double-LayerCapacitor)、黃金電容、法拉電容,通過極化電解質來儲能。它是一種電化學元件,但在其儲能的過程并不發生化學反應,這種儲能過程是可逆的,也正因為此超級電容器可以反復充放電數十萬次。超級電容器可以被視為懸浮在電解質中的兩個無反應活性的多孔電極板,在極板上加電,正極板吸引電解質中的負離子,負極板吸引正離子,實際上形成兩個容性存儲層,被分離開的正離子在負極板附近,負離子在正極板附近。

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

超級電容器的電阻阻礙其快速放電,超級電容器的時間常數 τ 在 1-2s,完全給阻-容式電路放電大約需要 5τ,也就是說如果短路放電大約需要 5-10s(由于電極的特殊結構它們實際上得花上數個小時才能將殘留的電荷完全放完。

超級電容器在分離出的電荷中存儲能量,用于存儲電荷的面積越大、分離出的電荷越密集,其電容量越大。傳統電容器的面積是導體的平板面積,為了獲得較大的容量,導體材料卷制得很長,有時用特殊的組織結構來增加它的表面積。傳統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。超級電容器的面2積是基于多孔炭材料,該材料的多孔結夠允許其面積達到 2000m /g,通過一些措施可實現更大的表面積。超級電容器電荷分離開的距離是由被吸引到帶電電極的電解質離子尺寸決定的。該距離(<10 A)和傳統電容器薄膜材料所能實現的距離更小。 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電容器較傳統電容器而言有驚人大的靜電容量,這也是其“超級”所在。

超級電容器使用注意事項

1、 超級電容器具有固定的極性,在使用前應確認極性。
2、 超級電容器應在標稱電壓下使用:當電容器電壓超過標稱電壓時,將會導致電解液分解,同時電容器會發熱,容量下降,而且內阻增加,壽命縮短,在某些情況下,可導致電容器性能崩潰。
3、 超級電容器不可應用于高頻率充放電的電路中,高頻率的快速充放電會導致電容器內部發熱,容量衰減,內阻增加,在某些情況下會導致電容器性能崩潰。
4、 超級電容器的壽命:外界環境溫度對于超級電容器的壽命有著重要的影響。電容器應盡量遠離熱源。
5、 當超級電容器被用做后備電源時的電壓降:由于超級電容器具有內阻較大的特點,在放電的瞬間存在電壓降,?V=IR。
6、 使用中環境氣體:超級電容器不可處于相對濕度大于 85%或含有有毒氣體的場所,這些環境下會導致引線及電容器殼體腐蝕,導致斷路。
7、 超級電容器的存放:超級電容器不能置于高溫、高濕的環境中,應在溫度-30+50℃、相對濕度小于 60%的環境下儲存,避免溫度驟升驟降,因為這樣會導致產品損壞。
8、 超級電容器在雙面線路板上的使用:當超級電容器用于雙面電路板上,需要注意連接處不可經過電容器可觸及的地方,由于超級電容器的安裝方式,會導致短路現象。
9、 當把電容器焊接在線路板上時,不可將電容器殼體接觸到線路板上,不然焊接物會滲入至電容器穿線孔內,對電容器性能產生影響。
10、安裝超級電容器后,不可強行傾斜或扭動電容器,這樣會導致電容器引線松動,導致性能劣化。
11、在焊接過程中避免使電容器過熱:若在焊接中使電容器出現過熱現象,會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,焊接過程應為 260℃,時間不超過 5s。
12、焊接后的清洗:在電容器經過焊接后,線路板及電容器需要經過清洗,因為某些雜質可能會導致電容器短路。
13、將電容器串聯使用時:當超級電容器進行串聯使用時,存在單體間的電壓均衡問題,單純的串聯會導致某個或幾個單體電容器過壓,從而損壞這些電容器,整體性能受到影響,故在電容器進行串聯使用時,需得到廠家的技術支持。
14、其他:在使用超級電容器的過程中出現的其他應用上的問題,請向生產廠家咨詢或參照超級電容器使用說明的相關技術資料。

超級電容器的兩個主要應用:高功率脈沖應用和瞬時功率保持。高功率脈沖應用的特征:瞬時流向負載大電流;瞬時功率保持應用的特征:要求持續向負載提供功率,持續時間一般為幾秒或幾分鐘。瞬時功率保持的一個典型應用:斷電時磁盤驅動頭的復位。不同的應用對超級電容的參數要求也是不同的。高功率脈沖應用是利用超電容較小的內阻(R),而瞬時功率保持是利用超電容大的靜電容量(C)。

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