- 超級(jí)電容器的原理、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)
- Maxwell超級(jí)電容器結(jié)構(gòu)
超級(jí)電容的容量比通常的電容器大得多。由于其容量很大，對(duì)外表現(xiàn)和電池相同，因此也有稱作“電容電池”。 超級(jí)電容屬于雙電層電容器，它是世界上已投入量產(chǎn)的雙電層電容器中容量最大的一種，其基本原理和其它種類的雙電層電容器一樣，都是利用活性炭多孔電極和電解質(zhì)組成的雙電層結(jié)構(gòu)獲得超大的容量。
超級(jí)電容器原理
電化學(xué)雙層電容器（EDLC）因超級(jí)電容器被我們所熟知。超級(jí)電容器利用靜電極化電解溶液的方式儲(chǔ)存能量。雖然它是一個(gè)電化學(xué)器件，但它的能量?jī)?chǔ)存機(jī)制卻一點(diǎn)也不涉及化學(xué)反應(yīng)。這個(gè)機(jī)制是高度可逆的，它允許超級(jí)電容器充電放電達(dá)十萬(wàn)甚至數(shù)百萬(wàn)次。
超級(jí)電容器可以被視為在兩個(gè)極板外加電壓時(shí)被電解液隔開(kāi)的兩個(gè)互不相關(guān)的多孔板。對(duì)正極板施加的電勢(shì)吸引電解液中的負(fù)離子，而負(fù)面板電勢(shì)吸引正離子。這有效地創(chuàng)建了兩個(gè)電荷儲(chǔ)層，在正極板分離出一層，并在負(fù)極板分離出另外一層。
傳統(tǒng)的電解電容器存儲(chǔ)區(qū)域來(lái)自平面，導(dǎo)電材料薄板。高電容是通過(guò)大量的材料折疊。可能通過(guò)進(jìn)一步增加其表面紋理，進(jìn)一步增加它的表面積。過(guò)去傳統(tǒng)的電容器用介質(zhì)分離電極，這些介質(zhì)多數(shù)為：塑料，紙或薄膜陶瓷。電介質(zhì)越薄，在空間受限的區(qū)域越可以獲得更多的區(qū)域。可以實(shí)現(xiàn)對(duì)介質(zhì)厚度的表面面積限制的定義。
超級(jí)電容器的面積來(lái)自一個(gè)多孔的碳基電極材料。這種材料的多孔結(jié)構(gòu)，允許其面積接近2000平方米每克，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于通過(guò)使用塑料或薄膜陶瓷。超級(jí)電容器的充電距離取決于電解液中被吸引到電極的帶電離子的大小。這個(gè)距離（小于10埃）遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于通過(guò)使用常規(guī)電介質(zhì)材料的距離。巨大的表面面積的組合和極小的充電距離使超級(jí)電容器相對(duì)傳統(tǒng)的電容器具有極大的優(yōu)越性。
超級(jí)電容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)
超級(jí)電容器結(jié)構(gòu)上的具體細(xì)節(jié)依賴于對(duì)超級(jí)電容器的應(yīng)用和使用。由于制造商或特定的應(yīng)用需求，這些材料可能略有不同。所有超級(jí)電容器的共性是，他們都包含一個(gè)正極，一個(gè)負(fù)極，及這兩個(gè)電極之間的隔膜，電解液填補(bǔ)由這兩個(gè)電極和隔膜分離出來(lái)的兩個(gè)的孔隙。
圖1. 超級(jí)電容器結(jié)構(gòu)
超級(jí)電容器的部件從產(chǎn)品到產(chǎn)品可以有所不同。這是由超級(jí)電容器包裝的幾何結(jié)構(gòu)決定的。對(duì)于棱形或正方形封裝產(chǎn)品部件的擺放，內(nèi)部結(jié)構(gòu)是基于對(duì)內(nèi)部部件的設(shè)置，即內(nèi)部集電極是從每個(gè)電極的堆疊中擠出。這些集電極焊盤將被焊接到終端，從而擴(kuò)展電容器外的電流路徑。對(duì)于圓形或圓柱形封裝的產(chǎn)品，電極切割成卷軸方式配置。最后將電極箔焊接到終端，使外部的電容電流路徑擴(kuò)展。
Maxwell超級(jí)電容器結(jié)構(gòu)
圖2. 超級(jí)電容器電極
圖3.電極——制勝的關(guān)鍵
超級(jí)電容器的特點(diǎn)
（1）充電速度快，充電10秒～10分鐘可達(dá)到其額定容量的95％以上；
（2）循環(huán)使用壽命長(zhǎng)，深度充放電循環(huán)使用次數(shù)可達(dá)1~50萬(wàn)次，沒(méi)有“記憶效應(yīng)”；
（3）大電流放電能力超強(qiáng)，能量轉(zhuǎn)換效率高，過(guò)程損失小，大電流能量循環(huán)效率≥90%；
（4）功率密度高，可達(dá)300W/KG~5000W/KG，相當(dāng)于電池的5~10倍；
（5）產(chǎn)品原材料構(gòu)成、生產(chǎn)、使用、儲(chǔ)存以及拆解過(guò)程均沒(méi)有污染，是理想的綠色環(huán)保電源；
（6）充放電線路簡(jiǎn)單，無(wú)需充電電池那樣的充電電路，安全系數(shù)高，長(zhǎng)期使用免維護(hù)；
（7）超低溫特性好，溫度范圍寬-40℃～+70℃；
（8）檢測(cè)方便，剩余電量可直接讀出；
（9）容量范圍通常0.1F--1000F 。
法拉（farad），簡(jiǎn)稱“法”，符號(hào)是F
1法拉是電容存儲(chǔ)1庫(kù)侖電量時(shí)，兩極板間電勢(shì)差是1伏特1F=1C/1V
1庫(kù)侖是1A電流在1s內(nèi)輸運(yùn)的電量，即1C=1A•S。
1庫(kù)侖=1安培•秒
1法拉=1安培•秒/伏特
