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超级电容,它为什么那么“超级”!文末有视频!

时间:2024-01-03



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超级电容

为了达到存贮非常高的能量并且能量可以在极短的时间内释放的性能,科学家研制出了单体高达数千法拉甚至数万法拉的电容,即我们俗称的:超级电容。研制超级电容最初的目的是为了给激光发生器提供短时极高功率的电能,当然现在在电动汽车领域也有了广泛的应用。


超级电容分类
















➤超级电容应该是对具有极高储能密度以及有快速放电性能的电容的一种统称。超级电容一般分为双层电解质原理的超级电容以及电化学原理的超级电容。

➤双层原理的超级电容(也称双层电容)。是指像陶瓷电容器和电解电容器一样没有电介质的电容器。取而代之的是,它使用的是固体(电极)和液体(电解液)在界面上形成的电气双层(双电层)的状态来取代了电介质。双层电容电极是活性炭多孔化电极,引出电极为铝箔,中间用电解电容器纸作为两个电极的隔膜,在除了引出电极,多孔化活性炭和隔膜外的所有空间均填充电解液,这样做可以获得比深度腐蚀的铝箔的实际面积与空间面积比大得多的面积。同样,具有流动性的电解液可以与多孔化的活性炭电极紧密接触,从而使实际电极具有更大的有效极板面积,最多可达每克200㎡。尽管超级电容器的实际电极使用活性碳粉,但仍比电解液的离子半径大得多,因此就形成了极大电容量的超级电容。

➤电化学原理的超级电容(也称法拉第电容或者赝电容)。将双层电容的两个碳电极中的一个换成金属电极,由于两个电极的电极电位不再相同,必将形成原电池,在充放电过程中必将产生化学效应。这种结构使得在这样的装置中,既存在双电层效应,又存在电化学过程,构成了双层电容器和电池的组合,即电化学原理的超级电容,法拉第电容。

 

超级电容的优缺点












超级电容的优点:

➤超级电容由于其焊接的安装方式,比起电池更牢固。其能量密度高,能在很小的体积下达到法拉级别的电容量。充放电电路简单。使用过程中过充和过放对其寿命本身影响不大。相较于电池其更绿色环保。

超级电容的缺点:

➤和普通电解电容一样,超级电容也存在电解质泄露的风险。超级电容由于其构造原理,本身内阻比较大,所以不可以用在交流电路中。温度因素对超级电容的寿命影响比较大,温度每升高5℃,电容器的寿命将下降10%。

 


超级电容的特性曲线

















➤超级电容的直流等效串联电阻的定义:在超级电容充满电的状态下,突然以一个恒定电流放电,由突然施加横流放电所产生的阶跃性电压跌落除以恒流值就是超级电容的直流等效串联电阻。由图可以看到直流等效串联电阻越大,超级电容的实际储能越小,所释放的储能就越少。

➤巨大的电容量和相对较大的ESR是造成平坦底部的原因。由于超级电容主要用途是储能和释放储能,类似电池的作用,在实际应用中超级电容的阻抗频率特性很少考虑。

➤超级电容的电容量极高,所以一般情况下所采用的单位为(F)。测试条件:以规定的恒定电流(如10F以上的超级电容规定的充电电流为5A,10F以下的为3A或1A)充电到额定电压后保持1min,在规定的恒定电流放电条件下放电到端电压为零所需的时间与电流的乘积再除以额定电压值。

 



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