超级电容器知识大放送

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一、简介

超级电容器（supercapacitor,ultracapacitor），又叫双电层电容器(ElectricalDouble-Layer Capacitor)、电化学电容器(Electrochemcial Capacitor, EC)，黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次，甚至上百万次。超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应的多孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，在两个电极的表面形成紧密的电荷层，即双电层，它所形成的双电层和传统电容器中的电介质在电场作用下产生的极化电荷相似，从而产生电容效应，但是由于紧密的电荷层间距比普通电容器电荷层间的距离小得多，因而具有比普通电容器更大的容量。超级电容器不但具有电容的特性，同时也具有电池特性，是一种介于电池和电容之间的新型特殊元器件。

二、工作原理

当外加电压加到超级电容器的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在两极板上电荷产生的电场作用下，电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场。当电容器两端电压低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上电荷不会脱离电解液，超级电容器为正常工作状态（通常为3V以下），如果电容器两端电压高于电解液的氧化还原电极电位时，电解液将分解，为非正常状态。随着超级电容器的放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液界面上的电荷响应减少。因此超级电容器的充放电过程始终是物理过程，没有化学反应。与利用化学反应的蓄电池是不同的。

超级电容器在分离出的电荷中存储能量，用于存储电荷的面积越大、分离出的电荷越密集，其电容量越大。

为了获得较大的容量，电极卷制得很长，有时用特殊的结构来增加它的表面积，然后用绝缘材料隔开两极，这些材料通常要求尽可能的薄。

电极的面积基于多孔炭材料，该材料的多孔结够使其有很大的比表面积。电荷分离开的距离是由被吸引到带电电极的电解质离子尺寸决定的。该距离比传统电容器所能实现的距离要小的多。这种庞大的表面积再加上非常小的电荷分离距离使得超级电容器较传统电容器而言有惊人的电容量，这也是其“超级”所在。

 三、推出了各种各样的超级电容器。

如今，超级电容器作为产品已趋于成熟，其应用范围也不断拓展，在工业、消费电子、通讯、医疗器械、国防、军事装备、交通等领域得到越来越广泛的应用。从小容量的特殊储能到大规模的电力储能，从单独储能到与蓄电池或燃料电池组成的混合储能，超级电容器都展示出了独特的优越性。

四、结构

超级电容器结构上的具体细节依赖于对超级电容器的应用场所。由于制造商或特定的应用需求，这些材料可能略有不同。但所有超级电容器的共性是，它们都包含外壳、绝缘圈、密封圈、正极极片、负极极片、隔膜、电解液，极片、隔膜和电解液被密封在外壳内。外壳一般为铝。

形状上一般分为：圆柱形和方形。

引出端子一般分为：焊针式、引线式、焊柱式、螺纹式。

容量上一般分为：纽扣式（0.1F-5.0F）、小型卷绕引线式（1F-120F）、中型卷绕式（350F-600F）、大型卷绕式（800F-3000F）

五、优缺点

优点：

1、  充电速度快，充电5秒～1分钟可达到其额定容量的95%以上。

2、  循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达50万次以上，没有“记忆效应”。电池循环寿命一般是几千次。

3、  功率密度高，可达7000W/KG~11000W/KG，相当于电池的5~10倍。

4、  产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染，是理想的绿色环保电源。

5、  充放电线路简单，无需充电电池那样的充电电路，安全系数高，长期使用免维护。

6、  超低温特性好，温度范围宽-40℃～+70℃，电池一般是-20℃～+60℃。

缺点

1、  能量密度低：最多10Wh/kg，锂电池是超级电容的10-30倍。

2、  电压低：充电电压非常低，通常只有2.7V左右。这就意味着有的应用如果需要高达100V的电压（比如电动汽车），需要相当多这样的电容串联起来。给18个同型号串联电容加上48V电压，由于个体差异，有些电容上的电压会2.7V。那些高于2.7V的电容会更早失效，降低整个供电系统的寿命。可以改进的是对每个电容单独做充放电电路，但这会显著增加整个系统的成本。

3、  自放电大：24小时跑掉5%以上，72小时跑掉10%以上，半年后基本上就剩一半的电了。

4、  成本高：每千瓦时需要2000~5000美元，相比之下锂电池的成本只有500~1000美元。即使是不在乎体积和重量的应用，初期在超级电容上的投资也是相当大的负担。

六、典型应用

1、新能源客车

为多种新能源车辆提供复合车载电源中的超级电容储能单元，为启动、加速及制动能量回收提供高效、高可靠、安全、智能化的储能单元。

2、乘用车

车载电源复合电源，可满足车辆对于启停电源、稳定电压、减速和制动能量回收等多方面的需求，同时可为驾乘者提供应急启动电源。

3、轨道交通

应用于储能式有轨电车动力电源系统，地铁和轻轨的储能式制动能量回收系统和内燃机车复合启动电源系统，满足了车辆对电源系统的长寿命、高功率、高可靠的应用需求。

4、风力发电

提供系列化的全天候模组解决方案，作为风机变桨控制系统的后备电源，提高了变桨电源的可靠性、安全性和免维护性。

5、智能电网

为智能电网提供模组或一体化电源，应用于配网自动化设备、监测仪表、信号传输和执行机构的后备电源。

6、微电网

微电网的复合储能系统，可为微电网的储能系统提供短时，至兆瓦级的功率补偿，提升了微网电能质量。

7、智能仪表

智能三表执行机构、物联网传感器、IT和通讯设备数据存储及转发的后备电源，提升了可靠性和安全性，降低维护成本。

8、工程机械

工程机械负重下行所释放的势能转化为电能后，由超级电容系统吸收储存，在负载或上行的过程中释放，实现了能量的回收利用。对于并网机械还保护了电网及其他用电负载。