- 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)十萬甚至數(shù)百萬次。
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)域來自平面,導(dǎo)電材料薄板。高電容是通過大量的材料折疊??赡芡ㄟ^進(jìn)一步增加其表面紋理,進(jìn)一步增加它的表面積。過去傳統(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??梢詫?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的兩個(gè)的孔隙。
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)
?。?)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)1~50萬次,沒有“記憶效應(yīng)”;
?。?)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%;
?。?)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)存以及拆解過程均沒有污染,是理想的綠色環(huán)保電源;
?。?)充放電線路簡(jiǎn)單,無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);
?。?)超低溫特性好,溫度范圍寬-40℃~+70℃;
?。?)檢測(cè)方便,剩余電量可直接讀出;
?。?)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庫侖電量時(shí),兩極板間電勢(shì)差是1伏特1F=1C/1V
1庫侖是1A電流在1s內(nèi)輸運(yùn)的電量,即1C=1A•S。
1庫侖=1安培•秒
1法拉=1安培•秒/伏特