超级电容器简介
随着社会经济的发展,人们对于绿色能源和生态环境越来越关注,超级电容器作为一种新型的储能器件,因为其无可替代的优越性,越来越受到人们的重视。在一些需要高功率、高效率解决方案的设计中,工程师已开始采用超级电容器来取代传统的电池。
电池技术的缺陷
Li离子、NiMH等新型电池可以提供一个可靠的能量储存方案,并且已经在很多领域中广泛使用。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,使用寿命较短,并且受温度影响较大,这也同样是采用铅酸电池（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,对于要求长寿命、高可靠性的某些应用,这些基于化学反应的电池就显出种种不足。
超级电容器的特点和优势
超级电容器的原理并非新技术,常见的超级电容器大多是双电层结构,同电解电容器相比,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相比,超级电容器储存电荷的能力比普通电容器高,并具有充放电速度快、效率高、对环境无污染、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性高等特点。
除了可以快速充电和放电,超级电容器的另一个主要特点是低阻抗。所以,当一个超级电容器被全部放电时,它将表现出小电阻特性,如果没有限制,它会拽取可能的源电流。因此,必须采用恒流或恒压充电器。
１０年前,超级电容器每年只能卖出去很少的数量,而且价格很贵,大约１～２美元／法拉,现在,超级电容器已经作为标准产品大批量供应市场,价格也大大降低,平均0.01～0.02美元／法拉。在最近几年中,超级电容器已经开始进入很多应用领域,如消费电子、工业和交通运输业等领域。
图1 超级电容器循环寿命长,具有很高的功率密度、安全性和效率
超级电容器的结构
虽然,目前全球已有许多家超级电容器生产商,可以提供许多种类的超级电容器产品,但大部分产品都是基于一种相似的双电层结构,超级电容器在结构上与电解电容器非常相似,它们的主要区别在于电极材料,如图2所示。
图2 在结构上,超级电容器和电池或电解电容器的主要区别是电极材料
早期的超级电容器的电极采用碳,碳电极材料的表面积很大,电容的大小取决于表面积和电极的距离,这种碳电极的大表面积再加上很小的电极距离,使超级电容器的容值可以非常大,大多数超级电容器可以做到法拉级,一般容值范围为1～5000F。
使用超级电容器
超级电容器具有广泛的用途。与燃料电池等高能量密度的物质相结合,超级电容器能提供快速的能量释放,满足高功率需求,从而使燃料电池可以仅作为能量源使用。目前,超级电容器的能量密度可高达20kW/kg,已经开始抢占传统电容器和电池之间的这部分市场。
在那些要求高可靠性而对能量要求不高的应用中,可以用超级电容器来取代电池,也可以将超级电容器和电池结合起来,应用在对能量要求很高的场合,从而可以采用体积更小、更经济的电池。
超级电容器的ESR值很低,从而可以输出大电流,也可以快速吸收大电流。同化学充电原理相比,超级电容器的工作原理使这种产品的性能更稳定,因此,超级电容器的使用寿命更长。对于像电动工具和玩具这种
