超级电容根本常识

Li离子、NiMH等新型电池可以供应一个可靠的能量储存方案，并且已经在很多领域中广泛利用。
众所周知，化学电池是通过电化学反应，产生法拉第电荷转移来储存电荷的，利用寿命较短，并且受温度影响较大，这也同样是采取铅酸电池（蓄电池）的设计者所面临的困难。

同时，大电流会直接影响这些电池的寿命，因此，对付哀求龟龄命、高可靠性的某些运用，这些基于化学反应的电池就显出各类不敷。

超级电容器的特点和上风超级电容器的事理并非新技能，常见的超级电容器大多是双电层构造，同电解电容器比较，这种超级电容器能量密度和功率密度都非常高。
同传统的电容器和二次电池比较，超级电容器储存电荷的能力比普通电容器高，并具有充放电速率快、效率高、对环境无污染、循环寿命长、利用温度范围宽、安全性高档特点。

电化学的目前TAIYO(太阳诱电)有一款叫锂电容，这种电容的特点是：

1、不能将电放空，出厂时已经充好电，如果把电放空会破坏电极。

2、容量较大，耐压较高。

3、充电电流太大的话，会发热很严重。

铝电解电容的基本事理

正极：表层被氧化的铝箔。

负极：电解液（硼酸、氨水、乙二醇等）浸在分外的纸上，再用铝箔贴上，方便引出端子。

隔离层：铝箔上衍生出来的三氧化二铝薄膜，厚度大约为0.02~0.03um。

如果正极接了负电压，会导致氧化铝被还原，因此它具有单引导电性，这种电容有电极方向。

由于正电压是直接加载铝箔上，与电解质是绝缘的，它不会导致电解液被分解，因此，它能耐高压（此电压不能击穿氧化层）。

双电层电容器基本事理

双电层理论：1879年由德国人亥姆霍兹（Helmholtz）提出，当金属插入电解液中时，金属表面内的净电荷将从溶液中吸引部分不规则分配地带异种电荷的离子，使它们在电极-溶液界面的溶液一侧离电极一定间隔排成一排，形成一个电荷数量与电极表面内剩余电荷数量相等而符号相反的界面层。
这个界面由两个电荷层组成，一层在电极上，另一层在溶液中，因此称为双电层。

正极：多孔活性炭

负极：多孔活性炭

隔离层：常日是玻璃纤维或陶瓷隔膜，只能通离子，不能通电子。

电解液：水溶液或氢氧化钾等液体

由于多孔活性炭的表面积非常大，可达到2km2/kg，因此，这种电容的容量比铝电解电容容量大很多。

由于正电压是直接加载电解液上的，高电压会分解电解液，因此，它常日不能耐高压。

目前产品中用到的超级电容，撤除TAIYO的PAS电容和锂离电容，大部分都是双电层电容器。

储能元件的特性比拟：

国内外超级电容主流厂商以及发展方向

国外：上世纪60年代开始研究，70年代有产品推出。
主流厂商有：美国的Powerstor、Maxwell；日本的Taiyo、NEC、Panasonic、Nichicon；韩国的NESSCAP等。

海内：上世纪90年代末开始起步，目前海内的主流厂商有上海奥威、北京集星、锦州凯美等公司。

与锂电池比较，超级电容目前紧张的瓶颈在于：能量密度、耐压性能、ESR、尺寸、本钱。

目前的发展方向为制备较高比表面积和较小内阻的多孔碳材料和对碳基材料进行改良。

由于金属氧化物在电极/溶液界面反应所产生的法拉第准电容要远大于碳材料的双电层电容，现在已经引起了不少研究者的兴趣，他们正在这方面投入更多的精力。
此外对付新型导电聚合物质料的运用也有了更深的研究，并且已经实现运用。

超级电容的运用处景

1、超级电容对环境的哀求低于电池，以是在常常掉电的场合，它显示出了很大的上风。
比如手机、相机等。

2、哀求瞬时功率输出较大的场合，如汽车马达启动的瞬间，采取ESR低的超级电容，可以帮助马达的快速启动。

3、超级电容器的脉冲功率性能、产品寿命、能够在极度的温度环境中可靠操作的特点，完备适宜于那些须要在几分之一秒至几分钟韶光的重复电能脉冲的运用产品。
例如在电动汽车（EV/HEV）、军工、轻轨、航空、电动自行车、后备电源、发电（风能发电、太阳能发电）、通讯、消费和娱乐电子、旗子暗记监控等领域的电源运用方面具有广阔的市场前景。

圆形超级电容的内部构造

1）将活性炭与其他材料拌成泥浆状态

2）将泥浆固化在铝箔上

3）并切开铝箔

4）在切开的铝箔上铆上端电极

5）铝箔卷绕

6）卷绕时将阳极夹在两层隔离纸中间，阴极在上部

7）将卷好的电容置入电解液中进行充分的浸润8）进行封装测试

金属氧化物包括NiOx、MnO2、V2O5等作为正极材料，活性炭作为负极材料制备的超级电容器，导电聚合物质料包括PPY、PTH、PAni、PAS、PFPT等经P型或N型或P/N型掺杂制取电极，以此制备超级电容器。
这一类型超级电容用具有非常高的能量密度，目前除NiOx型外，其它类型多处于研究阶段，还没有实现家当化生产。

超级电容内部布局-集电极材料

超级电容的集电极是介于内电极与端电极间的一层导电层，为了增强内电极与端电极间的导电性。
集电极常日选用导电性能良好的金属和石墨等来充当。

超级电容内部布局-电解液

1、电容器的耐压的一个主要决定成分是电解液溶液的材料：由于受到电解反应的影响，在电压高至一定限度时，溶液将被电解，产生其他物质，此时电容器的泄电流也增大，长期将导致电容器失落效。

2、电解质须要具有很高的导电性和足够的电化学稳定性

3、现有的电解质材料紧张有固体电解质、有机物电解质和水溶液电解质。

有机物电解质的分解电压高，一样平常都高于2.5V，但导电性比较差；

水溶液电解质紧张是KOH和H2SO4，它们的分解电压受到水的分解电位的限定，只有1.23V，以是单个水系超级电容的耐压只有1V旁边，但是其导电性是有机电解质的4倍以上。
因此一样平常ESR性能最好的是水系超级电容，但它的容量较氧化物电容和有机电解质电容小。

有机电解质由于它内部的离子颗粒大，移动速率慢，表现出较大的ESR或较小的功率密度。
但同时非水系电容器也具有较水系电容器高的价格。

固体polymer耐压要高一些，但是它的ESR非常大，常日不用这种做电解材料。

超级电容内部布局-隔离层

有机电解质常日利用聚合物或者纸作为隔膜，水溶液电解质，可以采取玻璃纤维或者陶瓷隔膜。
隔膜许可带电离子通过，阻挡电子通过（电绝缘）。

一个性能良好的超级电容器，须要以上的四个部件达到最佳优化。
电解质和隔膜的离子电导高、隔膜具有高的电子隔离阻力，电极电子电导高、比表面历年夜，隔膜和电极只管即便薄。
个中，电极材料和电解质的选择对电容量影响最大。

超级电容的关键参数

事情电压Vw：电容器能够连续长期保持的最大电压，也便是电容的耐压。
超过该电压将会导致电容泄电流增大，长期超过该电压会导致电容的性能低落，乃至失落效。

泄电流：对电容器进行充电后，为使电容器在某一电压处于稳定态而从外部施加的一个电流。
在电容器的内部会有一个等效的寄生并联电阻，也便是电容有一个内部回路，产生泄电流，以是充满电的电容在长期放置后也会因泄电而失落去储存的电荷。

等效串联电阻：是电容器的一个主要参数，在运用中它直接影响电容器的滤波效率和功率密度。
同时在电容器的串联运用中它会影响充放电的效率，如果这些电容的ESR不一致，还可能导致电容器过压失落效或充电不敷。
超级电容器的ESR比较传统电容器要大，在双电层电容中紧张缘故原由之一是由于活性炭粒子中有很多的空洞。

韶光常数（RC）：如果一个超大容量电容器能够仿照为一个电容和一个电阻的大略串联组合，则该电容和电阻的乘积便为韶光常数。
其单位为秒，相称于将电容器恒压充电至满充容量的63.2％时所须要的韶光。

放电容量：电容器在放电过程中可以放出的全部容量，详细打算方法是将放电过程中每一个瞬间的电压与电流的乘积对放电韶光进行积分。

充放电效率：在一个特定的充放电循环过程中，电容器放出的容量占充入的容量的百分比。
可利用容量（Eu）也称有效容量。
一个电容器的可利用容量和电位窗密切干系。
对付一个空想电容器来说个中Vf为电容器在电源系统中的可操作电压的下限，当Vf=0.5Vw时，Eu=0.75Ew。
当Vf=0.25Vw时，Eu=0.9375Ew。

能量密度：单位质量的电容所能存储的能量，单位是Wh/kg，等同于J/kg。
能量密度越大，表面电容的储能效率越高。

功率密度：单位质量的电容在放电（充电）时表现出的最大功率，单位是W/kg。

寿命：环境温度每降落10℃，寿命增加一倍。

其他参数：事情温度、充放电次数、封装以及引脚尺寸、容值范围。

工艺难点

l制作电解液时，要掌握水分，须要在密闭的环境下进行

l活性炭压在铝箔上时要掌握不良打仗点

l切割铝箔时刀具要锐利，不然产生的毛刺会刺穿铝箔导致短路。

l卷绕时要防止卷成螺旋状，卷的体积也要掌握好

l往外壳里面装的时候要有很高的精度，防止里面褶皱

l铆接端电极时随意马虎导致铝箔褶皱l套筒安装时须要加热，温度掌握不好随意马虎漏液，导致容量变革

l套筒破损，导致单板PCB上外壳下面的过孔短路