什么是超級(jí)電容電池
發(fā)布時(shí)間：2011-08-16
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來源：我愛方案網(wǎng)
作者：benchen
超級(jí)電容電池名詞解釋
超級(jí)電容電池又叫黃金電容、法拉電容，它通過極化電解質(zhì)來儲(chǔ)能，屬于雙層電容的一種。由于其儲(chǔ)能的過程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此這種儲(chǔ)能過程是可逆的，正因 為此超級(jí)電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬次。超級(jí)電容一般使用活性碳電極材料，具有吸附面積大，靜電儲(chǔ)存多的特點(diǎn)，在新能源汽車中有廣泛使用。
超級(jí)電容器電池又叫雙電層電容器(ElectricalDoule- LayerCapacitor)是一種新型儲(chǔ)能裝置，它具有充電時(shí)間短、使用壽命長、溫度特性好、節(jié)約能源和綠色環(huán)保等特點(diǎn)。超級(jí)電容器用途廣泛。用作起 重裝置的電力平衡電源，可提供超大電流的電力；用作車輛啟動(dòng)電源，啟動(dòng)效率和可靠性都比傳統(tǒng)的蓄電池高，可以全部或部分替代傳統(tǒng)的蓄電池；用作車輛的牽引 能源可以生產(chǎn)電動(dòng)汽車、替代傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)、改造現(xiàn)有的無軌電車；用在軍事上可保證坦克車、裝甲車等戰(zhàn)車的順利啟動(dòng)（尤其是在寒冷的冬季）、作為激光武器的 脈沖能源。此外還可用于其他機(jī)電設(shè)備的儲(chǔ)能能源 超級(jí)電容器由于石油資源日趨短缺，并且燃燒石油的內(nèi)燃機(jī)尾氣排放對(duì)環(huán)境的污染越來越嚴(yán)重（尤其 是在大、中城市），人們都在研究替代內(nèi)燃機(jī)的新型能源裝置。已經(jīng)進(jìn)行混合動(dòng)力、燃料電池、化學(xué)電池產(chǎn)品及應(yīng)用的研究與開發(fā)，取得了一定的成效。但是由于它 們固有的使用壽命短、溫度特性差、化學(xué)電池污染環(huán)境、系統(tǒng)復(fù)雜、造價(jià)高昂等致命弱點(diǎn)，一直沒有很好的解決辦法。而超級(jí)電容器以其優(yōu)異的特性揚(yáng)長避短，可以 部分或全部替代傳統(tǒng)的化學(xué)電池用于車輛的牽引電源和啟動(dòng)能源，并且具有比傳統(tǒng)的化學(xué)電池更加廣泛的用途。
超級(jí)電容器是建立在德國物理學(xué)家亥姆霍茲提出的界面雙電層理論基礎(chǔ)上的一種全新的電容器。眾所周知，插入電解質(zhì)溶液中的金屬電極表面與液面兩側(cè)會(huì)出現(xiàn)符 號(hào)相反的過剩電荷，從而使相間產(chǎn)生電位差。那么，如果在電解液中同時(shí)插入兩個(gè)電極，并在其間施加一個(gè)小于電解質(zhì)溶液分解電壓的電壓，這時(shí)電解液中的正、負(fù) 離子在電場(chǎng)的作用下會(huì)迅速向兩極運(yùn)動(dòng)，并分別在兩上電極的表面形成緊密的電荷層，即雙電層，它所形成的雙電層和傳統(tǒng)電容器中的電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的極 化電荷相似，從而產(chǎn)生電容效應(yīng)，緊密的雙電層近似于平板電容器，但是，由于緊密的電荷層間距比普通電容器電荷層間的距離更小得多，因而具有比普通電容器更 大的容量。
雙電層電容器與鋁電解電容器相比內(nèi)阻較大，因此，可在無負(fù)載電阻情況下直接充電，如果出現(xiàn)過電 壓充電的情況，雙電層電容器將會(huì)開路而不致?lián)p壞器件，這一特點(diǎn)與鋁電解電容器的過電壓擊穿不同。同時(shí)，雙電層電容器與可充電電池相比，可進(jìn)行不限流充電， 且充電次數(shù)可達(dá)106次以上，因此雙電層電容不但具有電容的特性，同時(shí)也具有電池特性，是一種介于電池和電容之間的新型特殊元器件。
超級(jí)電容電池的特點(diǎn)
（1）充電速度快，只要充電幾十秒到幾分鐘就可達(dá)到其額定容量的95%以上；而現(xiàn)在使用面積最大的鉛酸電池充電通常需要幾個(gè)小時(shí)。
（2）循環(huán)使用壽命長，深度充放電循環(huán)使用次數(shù)可達(dá)50萬次，如果對(duì)超級(jí)電容每天充放電20次，連續(xù)使用可達(dá)68年如果相應(yīng)地和鉛酸電池比較, 它的使用壽命可達(dá)68年, 且沒有“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)于普通電池的數(shù)十倍；比能量大大提高，鉛酸電池一般只能達(dá)到0.02kWh/kg，而超級(jí)電容電池目前研發(fā)已可達(dá)10 kWh/kg，
（5）產(chǎn)品原材料構(gòu)成、生產(chǎn)、使用、儲(chǔ)存以及拆解過程均沒有污染，是理想的綠色環(huán)保電源；
（6）充放電線路簡單，無需充電電池那樣的充電電路，安全系數(shù)高，長期使用免維護(hù)；
（7）超低溫特性好，使用環(huán)境溫度范圍寬達(dá)-40℃～+70℃；
（8）檢測(cè)方便，剩余電量可直接讀出；
（9）單體容量范圍通常0.1F--1000F 。
超級(jí)電容電池的結(jié)構(gòu)和工作原理
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，因此也稱作“電容電池”或說“黃金電池”。超級(jí)電容器電池也屬于雙電層電容 器,它是目前世界上已投入量產(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. 傳統(tǒng)物理電容中儲(chǔ)存的電能來源于電荷在兩塊極板上的分離,兩塊極板之間為真空(相對(duì)介電常數(shù)為 1)或一層介電物質(zhì)(相對(duì)介電常數(shù)為ε)所隔離,電容值為:C = ε·A / 3.6 πd ·10-6 (μF) 其中A為極板面積,d為介質(zhì)厚度。所儲(chǔ)存的能量為: E = C (ΔV)2/2，其中C為電容值,ΔV為極板間的電壓降.可見,若想獲得較大的電容量,儲(chǔ)存更多的能量,必須增大面積A或減少介質(zhì)厚度d，但這個(gè)伸縮空間 有限，導(dǎo)致它的儲(chǔ)電量和儲(chǔ)能量較小。超級(jí)電容采用活性炭材料制作成多孔電極,同時(shí)在相對(duì)的碳多孔電極之間充填電解質(zhì)溶液,當(dāng)在兩端施加電壓時(shí),相對(duì)的多孔 電極上分別聚集正負(fù)電子,而電解質(zhì)溶液中的正負(fù)離子將由于電場(chǎng)作用分別聚集到與正負(fù)極板相對(duì)的界面上,從而形成兩個(gè)集電層,相當(dāng)于兩個(gè)電容器串聯(lián),由于活 性碳材料具有≥1200m2/g的超高比表面積(即獲得了極大的電極面積A),而且電解液與多孔電極間的界面距離不到1nm(即獲得了極小的介質(zhì)厚度 d),根據(jù)前面的計(jì)算公式可以看出,這種雙電層電容器比傳統(tǒng)的物理電容的容值要大很多,比容量可以提高100倍以上, 從而使單位重量的電容量可達(dá)100F/g，并且電容的內(nèi)阻還能保持在很低的水平，碳材料還具有成本低，技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。從而使利用電容器進(jìn)行大電量的儲(chǔ)能 成為可能，且在實(shí)際使用時(shí)，可以通過串聯(lián)或者并聯(lián)以提高輸出電壓或電流。
超級(jí)電容器電池使用注意事項(xiàng)
1、超級(jí)電容器具有固定的極性。在使用前，應(yīng)確認(rèn)極性。
2、超級(jí)電容器應(yīng)在標(biāo)稱電壓下使用：當(dāng)電容器電壓超過標(biāo)稱電壓時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致電解液分解，同時(shí)電容器會(huì)發(fā)熱，容量下降，而且內(nèi)阻增加，壽命縮短，在某些情況下，可導(dǎo)致電容器性能崩潰。
3、超級(jí)電容器不可應(yīng)用于高頻率充放電的電路中，高頻率的快速充放電會(huì)導(dǎo)致電容器內(nèi)部發(fā)熱，容量衰減，內(nèi)阻增加，在某些情況下會(huì)導(dǎo)致電容器性能崩潰。
4、安裝超級(jí)電容器后，不可強(qiáng)行傾斜或扭動(dòng)電容器，這樣會(huì)導(dǎo)致電容器引線松動(dòng)，導(dǎo)致性能劣化。
5、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(xiàn)過熱現(xiàn)象，會(huì)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(yīng)為260℃，時(shí)間不超過5s。
6、將電容器串聯(lián)使用時(shí)：當(dāng)超級(jí)電容器進(jìn)行串聯(lián)使用時(shí)，存在單體間的電壓均衡問題，單純的串聯(lián)會(huì)導(dǎo)致某個(gè)或幾個(gè)單體電容器過壓，從而損壞這些電容器，整體性能受到影響。另外，超級(jí)電容器在變配電站直流系統(tǒng)中、稅控機(jī)、稅控收款機(jī)上、搖晃式手電筒上（免換電池，只要搖晃30秒鐘，即可發(fā)光5分鐘；照射距離1公尺）、智能表類（如智能水表和煤氣表）上、計(jì)算機(jī)UPS電源方面亦多有應(yīng)用。
