超級(jí)電容器詳解,超級(jí)電容器工作原理-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2023-11-15
雙電層電容器（英語(yǔ)：Electrostatic double-layer capacitor）也稱(chēng)為電雙層電容器，或超級(jí)電容器；一種相對(duì)傳統(tǒng)電容器而言具有更高容量的一種電容器。是介于電容器和電池之間的儲(chǔ)能器件，它既具有電容器可以快速充放電的特點(diǎn)，又具有電池的儲(chǔ)能特性。通過(guò)極化電解質(zhì)來(lái)儲(chǔ)存能量，它與普通電容的最大區(qū)別是它是一種電化學(xué)的物理部件，但本身并不進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，超級(jí)電容的儲(chǔ)電量特別大，達(dá)到法拉級(jí)的電容量。
雙電層電容器是擁有高能量密度的電化學(xué)電容器，比傳統(tǒng)的電解電容容量高上數(shù)百倍至千倍不等，其容量和性能介于電解電容和蓄電池之間。超級(jí)電容的吞吐速度可比電池快得多，充放電周期也遠(yuǎn)多于蓄電池。
由于具有功率密度高、充放電時(shí)間短、循環(huán)壽命長(zhǎng)、工作溫度范圍寬等特點(diǎn)，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，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。
超級(jí)電容器在結(jié)構(gòu)上與電解電容器非常相似，兩者的主要區(qū)別在于制造電極的材料。早期的超級(jí)電容器的電極采用碳，碳電極材料的表面積很大，電容的大小取決于表面積和電極的距離，這種碳電極的大表面積再加上很小的電極距離，使超級(jí)電容器的容值可以非常大，大多數(shù)超級(jí)電容器可以做到法拉級(jí)，一般容值范圍為1～5000F。
超級(jí)電容器的典型結(jié)構(gòu)：(1)電源；(2)收集器；(3)極化電極；(4)亥姆霍茲雙電層； (5)具有正負(fù)離子的電解質(zhì)；(6)分離器。
超級(jí)電容器由兩個(gè)被離子滲透膜隔開(kāi)的電極和連接兩個(gè)電極的電解質(zhì)組成。電極被外加電壓極化時(shí)，電解質(zhì)中的粒子便形成與電極極性相反的雙電層。例如，正極化的電極會(huì)在電極-電解質(zhì)界面上激發(fā)出一層負(fù)離子，同時(shí)，會(huì)有用以平衡的正離子層吸附在負(fù)離子層上。負(fù)極化電極的情況則相反。
此外，一些離子可以根據(jù)電極材料和表面形狀滲透進(jìn)雙層，成為特定的吸附離子，形成贗電容器，可視作總電容的一部分。
電極中負(fù)離子和液態(tài)電解質(zhì)中溶解的正離子形成的雙電層，被一層極化的溶劑分子隔開(kāi)。
基本原理為：當(dāng)向電極充電時(shí)，處于理想極化電極狀態(tài)的電極表面電荷將吸引周?chē)娊赓|(zhì)溶液中的異性離子，使這些離子附于電極表面上形成雙電荷層，構(gòu)成雙電層電容。由于兩電荷層的距離非常小（一般0.5nm以下），再加之采用特殊電極結(jié)構(gòu)，使電極表面積成萬(wàn)倍的增加，從而產(chǎn)生極大的電容量。
雙電層電容相比采用電化學(xué)原理的電池，其充放電過(guò)程完全沒(méi)有涉及到物質(zhì)的變化，所以其具有充電時(shí)間短、使用壽命長(zhǎng)、溫度特性好、節(jié)約能源和綠色環(huán)保等特點(diǎn)。
雙電層電容其雙電層的間距極小，致使耐壓能力很弱，一般不會(huì)超過(guò)20V，所以其通常用作低電壓直流或者是低頻場(chǎng)合下的儲(chǔ)能原件。
雙電層電容用途廣泛。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(chē)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(chē)輛的牽引能源可以生產(chǎn)電動(dòng)汽車(chē)、替代傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)、改造現(xiàn)有的無(wú)軌電車(chē)；用在軍事上可保證坦克車(chē)、裝甲車(chē)等戰(zhàn)車(chē)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。
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