詳細信息
超級電容器(Supercapa超級電容citors)，又名電化學(xué)電容器(Electrochemical Capacitors)，是上世紀(jì)七、八十年代發(fā)展起來的一種新型的儲能裝置。它是一種介于傳統(tǒng)電容器與電池之間、具有特殊性能的電源，主要依靠雙電層和氧化還原假電容電荷儲存電能，因而不同于傳統(tǒng)的化學(xué)電源。超級電容器的突出優(yōu)點是功率密度高、充放電時間短、循環(huán)壽命長、工作溫度范圍寬。
特點
（1）充電速度快，充電10秒～10分鐘可達到其額定容量的95%以上；
（2）循環(huán)使用壽命長，深度充放電循環(huán)使用次數(shù)可達1~50萬次，沒有“記憶效應(yīng)”；
（3）大電流放電能力超強，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；
（7）超低溫特性好，溫度范圍寬-40℃～+70℃；
（8）檢測方便，剩余電量可直接讀出；
（9）容量范圍通常0.1F--3000F 。
法拉（farad），簡稱“法”，符號是F
1法拉是電容存儲1庫侖電量時，兩極板間電勢差是1伏特1F=1C/1V
1庫侖是1A電流在1s內(nèi)輸運的電量，即1C=1A·S。
1庫侖=1安培·秒
1法拉=1安培·秒/伏特
類比
電瓶（蓄電池）12伏14安時的放電量=14*3600*12=604800 法拉(F)，（注：12伏14安時電瓶是由2v14安時6塊串聯(lián)來的，如果改成6快并聯(lián)，就等于2v84安時，轉(zhuǎn)換為1v就是168安時）
地球的電容值僅有1-2F左右
超級電容與電池比較有如下特性：
a.超低串聯(lián)等效電阻（LOW ESR），功率密度(Power Density)是鋰離子電池的數(shù)十倍以上，適合大電流放電，（一枚4.7F電容能釋放瞬間電流18A以上）。
b. 超長壽命，充放電大于50萬次，是Li-Ion電池的500倍，是Ni-MH和Ni-Cd電池的1000倍，如果對超級電容每天充放電20次，連續(xù)使用可達68年。
c. 可以大電流充電，充放電時間短，對充電電路要求簡單，無記憶效應(yīng)。
d. 免維護，可密封。
e.溫度范圍寬-40℃～+70℃，一般電池是-20℃～60℃。
f.超級電容可以串并聯(lián)組成成超級電容模組，可耐壓儲存更高容量！
補充
◆ 超級電容器（supercapacitor,ultracapacitor），又叫雙電層電容器(Electrical Doule-Layer Capacitor)、黃金電容、法拉電容，通過極化電解質(zhì)來儲能。它是一種電化學(xué)元件，但在其儲能的過程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種儲能過程是可逆的，也正因為此超級電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬次。
◆ 超級電容器可以被視為懸浮在電解質(zhì)中的兩個無反應(yīng)活性的多孔電極板，在極板上加電，正極板吸引電解質(zhì)中的負離子，負極板吸引正離子，實際上形成兩個容性存儲層，被分離開的正離子在負極板附近，負離子在正極板附近。（見圖1）
一、超級電容器為何不同于傳統(tǒng)電容器其"超級"在哪？
◆ 超級電容器在分離出的電荷中存儲能量，用于存儲電荷的面積越大、分離出的電荷越密集，其電容量越大。
◆ 傳統(tǒng)電容器的面積是導(dǎo)體的平板面積，為了獲得較大的容量，導(dǎo)體材料卷制得很長，有時用特殊的組織結(jié)構(gòu)來增加它的表面積。傳統(tǒng)電容器是用絕緣材料分離它的兩極板，一般為塑料薄膜、紙等，這些材料通常要求盡可能的薄。
◆ 超級電容器的面積是基于多孔炭材料，該材料的多孔結(jié)夠允許其面積達到2000m2/g，通過一些措施可實現(xiàn)更大的表面積。超級電容器電荷分離開的距離是由被吸引到帶電電極的電解質(zhì)離子尺寸決定的。該距離（<10 Å）和傳統(tǒng)電容器薄膜材料所能實現(xiàn)的距離更小。
◆ 這種龐大的表面積再加上非常小的電荷分離距離使得超級電容器較傳統(tǒng)電容器而言有驚人大的靜電容量，這也是其“超級”所在。
二、超級電容器有哪些優(yōu)點和缺點？
1、 優(yōu)點
◆ 在很小的體積下達到法拉級的電容量；
◆ 無須特別的充電電路和控制放電電路
◆ 和電池相比過充、過放都不對其壽命構(gòu)成負面影響；
◆ 從環(huán)保的角度考慮，它是一種綠色能源；
◆ 超級電容器可焊接，因而不存在像電池接觸不牢固等問題；
2、缺點
◆ 如果使用不當(dāng)會造成電解質(zhì)泄漏等現(xiàn)象；
◆ 和鋁電解電容器相比，它內(nèi)阻較大，因而不可以用于交流電路；
三、超級電容器都有哪些應(yīng)用？
◆ 超級電容器的低阻抗對于當(dāng)今許多高功率應(yīng)用是必不可少的。對于快速充放電，超級電容器小的ESR意味著更大的功率輸出。
◆ 瞬時功率脈沖應(yīng)用，重要存儲、記憶系統(tǒng)的短時間功率支持。
四、應(yīng)用舉例
1、快速充電應(yīng)用，幾秒鐘充電，幾分鐘放電。例如電動工具、電動玩具；
2、在UPS系統(tǒng)中，超級電容器提供瞬時功率輸出，作為發(fā)動機或其它不間斷系統(tǒng)的備用電源的補充；
3、應(yīng)用于能量充足，功率匱乏的能源，如太陽能；
4、當(dāng)公共汽車從一種動力源切換到另一動力源時的功率支持；
5、小電流，長時間持續(xù)放電，例如計算機存儲器后備電源；
五、我可以多快給超級電容器放電？
◆ 超級電容器可以快速充放電，峰值電流僅受其內(nèi)阻限制，甚至短路也不是致命的。
◆ 實際上決定于電容器單體大小，對于匹配負載，小單體可放10A，大單體可放1000A。
◆ 另一放電率的限制條件是熱，反復(fù)地以劇烈的速率放電將使電容器溫度升高，最終導(dǎo)致斷路。
六、我怎么樣控制超級電容器的放電？
◆ 超級電容器的電阻阻礙其快速放電，超級電容器的時間常數(shù)τ在1~2s，完全給阻-容式電路放電大約需要5τ，也就是說如果短路放電大約需要5~10s。（由于電極的特殊結(jié)構(gòu)它們實際上得花上數(shù)個小時才能將殘留的電荷完全放干凈）
七、超級電容器比電池更好？
◆ 超級電容器不同于電池，在某些應(yīng)用領(lǐng)域，它可能優(yōu)于電池。有時將兩者結(jié)合起來，將電容器的功率特性和電池的高能量存儲結(jié)合起來，不失為一種更好的途徑。
◆ 超級電容器在其額定電壓范圍內(nèi)可以被充電至任意電位，且可以完全放出。而電池則受自身化學(xué)反應(yīng)限制工作在較窄的電壓范圍，如果過放可能造成永久性破壞。
◆ 超級電容器的荷電狀態(tài)（SOC）與電壓構(gòu)成簡單的函數(shù)，而電池的荷電狀態(tài)則包括多樣復(fù)雜的換算。
◆ 超級電容器與其體積相當(dāng)?shù)膫鹘y(tǒng)電容器相比可以存儲更多的能量，電池與其體積相當(dāng)?shù)某夒娙萜飨啾瓤梢源鎯Ω嗟哪芰俊Ｔ谝恍┕β蕸Q定能量存儲器件尺寸的應(yīng)用中，超級電容器是一種更好的途徑。
◆ 超級電容器可以反復(fù)傳輸能量脈沖而無任何不利影響，相反如果電池反復(fù)傳輸高功率脈沖其壽命大打折扣。
◆ 超級電容器可以快速充電而電池快速充電則會受到損害。
◆ 超級電容器可以反復(fù)循環(huán)數(shù)十萬次，而電池壽命僅幾百個循環(huán)。
八、如何選擇我所需的超級電容器？
◆ 首先，功率要求、放電時間及系統(tǒng)電壓變化起決定作用。
◆ 超級電容器的輸出電壓降由兩部分組成，一部分是超級電容器釋放能量；另一部分是由于超級電容器內(nèi)阻引起。兩部分誰占主要取決于時間，在非?？斓拿}沖中，內(nèi)阻部分占主要的，相反在長時間放電中，容性部分占主要。
◆ 以下基本參數(shù)決定您選擇電容器的大小
1、 最高工作電壓；
2、 工作截止電壓；
3、 平均放電電流;
4、 放電時間多長
市場狀況
超級電容器產(chǎn)品雖然問世不久，但由于它具有特殊的優(yōu)點，已在許多領(lǐng)域中獲得了應(yīng)用，其前景可以認為是非常廣闊。2010年上海世博會中穩(wěn)定運營的36輛超級電容客車更是吸引了眾多觀光者的眼球。超級電容車一旦展開普及，市場會大的超出想象。
國內(nèi)從事大容量超級電容器研發(fā)的廠家共有50多家，然而，能夠批量生產(chǎn)并達到實用化水平的廠家不到20家。國內(nèi)廠商大多生產(chǎn)液體雙電層電容器，重要企業(yè)有錦州凱美能源（原錦州富辰、錦州錦容）、北京集星電子、北京海峰時代科技，北京合眾匯能科技，朝陽博艾格，上海奧威等十多家。錦州凱美能源是國內(nèi)最大的超級電容器專業(yè)生產(chǎn)廠，主要生產(chǎn)紐扣型和卷繞型超級電容器。北京集星可生產(chǎn)卷繞型和大型電容器，而上海奧威產(chǎn)品多集中在車用超級電容器上。
從各廠商的產(chǎn)品來看，核心企業(yè)間的競爭并不直接，因為沒有完全重復(fù)的，競爭也只是局限于一個領(lǐng)域范圍內(nèi)的。預(yù)計2010-2010年各企業(yè)之間仍將有良好的合作，市場格局不會發(fā)生大的變化。上海奧威、凱美、集星電子等幾家企業(yè)仍將占據(jù)國內(nèi)市場絕大的份額，細分市場上各企業(yè)的競爭優(yōu)勢將更加明顯?？偟脕碚f，市場競爭不會太激烈。
基于中國消費電子近年來的驚人增長表現(xiàn)，預(yù)計今后幾年內(nèi)，我國紐扣型超級電容器有望保持30%以上的平均增長率，卷繞型和大型超級電容器則有可能保持50%以上的平均增長率。到2013年，我國超級電容器的整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望達到79億元。
使用注意
1、超級電容器具有固定的極性。在使用前，應(yīng)確認極性。[1]2、超級電容器應(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，將會導(dǎo)致電解液分解，同時電容器會發(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，在某些情況下會導(dǎo)致電容器性能崩潰。 4、超級電容器的壽命： 外界環(huán)境溫度對于超級電容器的壽命有著重要的影響。電容器應(yīng)盡量遠離熱源。 5、當(dāng)超級電容器被用做后備電源時的電壓降： 由于超級電容器具有內(nèi)阻較大的特點，在放電的瞬間存在電壓降，ΔV=IR。 6、使用中環(huán)境氣體： 超級電容器不可處于相對濕度大于85%或含有有毒氣體的場所，這些環(huán)境下會導(dǎo)致引線及電容器殼體腐蝕，導(dǎo)致斷路。 7、超級電容器的存放：
超級電容器不能置于高溫、高濕的環(huán)境中，應(yīng)在溫度-30+50℃、相對濕度小于60%的環(huán)境下儲存，避免溫度驟升驟降，因為這樣會導(dǎo)致產(chǎn)品損壞。 8、超級電容器在雙面線路板上的使用： 當(dāng)超級電容器用于雙面電路板上，需要注意連接處不可經(jīng)過電容器可觸及的地方，由于超級電容器的安裝方式，會導(dǎo)致短路現(xiàn)象。 9、當(dāng)把電容器焊接在線路板上時，不可將電容器殼體接觸到線路板上，不然焊接物會滲入至電容器穿線孔內(nèi)，對電容器性能產(chǎn)生影響。 10、安裝超級電容器后，不可強行傾斜或扭動電容器，這樣會導(dǎo)致電容器引線松動，導(dǎo)致性能劣化。 11、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℃，時間不超過5s。 12、焊接后的清洗： 在電容器經(jīng)過焊接后，線路板及電容器需要經(jīng)過清洗，因為某些雜質(zhì)可能會導(dǎo)致電容器短路。 13、將電容器串聯(lián)使用時： 當(dāng)超級電容器進行串聯(lián)使用時，存在單體間的電壓均衡問題，單純的串聯(lián)會導(dǎo)致某個或幾個單體電容器過壓，從而損壞這些電容器，整體性能受到影響，故在電容器進行串聯(lián)使用時，需得到廠家的技術(shù)支持。 14、其他： 在使用超級電容器的過程中出現(xiàn)的其他應(yīng)用上的問題，請向生產(chǎn)廠家咨詢或參照超級電容器使用說明的相關(guān)技術(shù)資料執(zhí)行
超級電容的工作原理
電化學(xué)電容根據(jù)儲能機理的不同可以分為兩類：
1)雙電層電容：是在電極/溶液界面通過電子或離子的定向排列造成電荷的對峙而產(chǎn)生的。對一個電極/溶液體系，會在電子導(dǎo)電的電極和離子導(dǎo)電的電解質(zhì)溶液界面上形成雙電層。當(dāng)在兩個電極上施加電場后，溶液中的陰、陽離子分別向正、負電極遷移，在電極表面形成雙電層；撤消電場后，電極上的正負電荷與溶液中的相反電荷離子相吸引而使雙電層穩(wěn)定，在正負極間產(chǎn)生相對穩(wěn)定的電位差。這時對某一電極而言，會在一定距離內(nèi)(分散層)產(chǎn)生與電極上的電荷等量的異性離子電荷，使其保持電中性；當(dāng)將兩極與外電路連通時，電極上的電荷遷移而在外電路中產(chǎn)生電流，溶液中的離子遷移到溶液中呈電中性，這便是雙電層電容的充放電原理。
2)法拉第準(zhǔn)電容：其理論模型是由Conway首先提出，是在電極表面和近表面或體相中的二維或準(zhǔn)二維空間上，電活性物質(zhì)進行欠電位沉積，發(fā)生高度可逆的化學(xué)吸脫附和氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生與電極充電電位有關(guān)的電容。對于法拉第準(zhǔn)電容，其儲存電荷的過程不僅包括雙電層上的存儲，而且包括電解液離子與電極活性物質(zhì)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)。當(dāng)電解液中的離子(如H+、OH-、K+或Li+)在外加電場的作用下由溶液中擴散到電極/溶液界面時，會通過界面上的氧化還原反應(yīng)而進入到電極表面活性氧化物的體相中，從而使得大量的電荷被存儲在電極中。放電時，這些進入氧化物中的離子又會通過以上氧化還原反應(yīng)的逆反應(yīng)重新返回到電解液中，同時所存儲的電荷通過外電路而釋放出來，這就是法拉第準(zhǔn)電容的充放電機理。
串聯(lián)
由于工藝原因，單極超級電容器的額定工作電壓一般在2.8V左右，所以大多情況下必須串聯(lián)使用，由于串聯(lián)回路每個單體容量很難保證100%相同，也很難保證每個單體漏電也相同，這樣就會導(dǎo)致串聯(lián)回路的每個單體充電電壓不同，可能會導(dǎo)致電容器過壓損壞，因此，超級電容器串聯(lián)必須附加均壓電路，也是超級電容使用最需要注意的問題。
汽車應(yīng)用
由于電動汽車頻繁啟動和停車，使得蓄電池的放電過程變化很大。在正常行駛時，電動汽車從蓄電池中汲取的平均功率相當(dāng)?shù)?，而加速和爬坡時的峰值又相當(dāng)高，一輛電動汽車的峰值功率與平均功率之比可達到16：1.事實上，電動汽車在行駛中用于加速和爬坡時所消耗的能量占總能耗的2/3。在現(xiàn)有的電動汽車電池技術(shù)條件下，蓄電池必須在比能量和比功率以及比功率和循環(huán)壽命之間做出平衡，而難以在一套能源系統(tǒng)上同時追求高比能量、高比功率和長壽命。為了解決電動汽車?yán)m(xù)駛里程與加速爬坡性能之間的矛盾，可以考慮采用兩套能源系統(tǒng)，其中由主能源提高最佳的續(xù)駛里程，而由輔助能源在加速和爬坡時提供短時的輔助動力。輔助能源系統(tǒng)的能量可以直接取自主能源，也可以在電動汽車剎車或下坡時回收可再生的動能，選用超級電容做輔助能。
1、超級電容的特點
在短期內(nèi)，超級電容極低的比能量使其不可能被單獨用作電動汽車能源系統(tǒng)，但是用超級電容做輔助能量源具有顯著優(yōu)點。在電動汽車上使用的最佳組合為電池-超級電容混合能量系統(tǒng)，對電池的比能量和比功率要求分開。電動汽車可以集中于對比能量和循環(huán)壽命問題的考慮，而不必過多地考慮比功率問題。超級電容具有負載均衡作用，電池的放電電流減少使用電池的可利用能量、使用壽命得到顯著提高；與電池相比，超級電容可以迅速高效地吸收電動汽車制動產(chǎn)生的再生動能。
超級電容的早和均衡和能量回收作用使車輛的續(xù)駛里程得到極大的提高。但系統(tǒng)要對電池、超級電容、電動機和功率逆變器等做綜合控制和優(yōu)化匹配，功率變換器及其控制器的設(shè)計應(yīng)用充分考慮電動機和超級電容之間的匹配。
2、超級電容應(yīng)用技術(shù)
電池的輸出量應(yīng)與車輛平均行駛功率需求相當(dāng)，而超級電容應(yīng)出書高于平均功率需求的功率并且可吸收再生能量。當(dāng)電動汽車的實際行駛功率需求高于超級電容的醉倒功率時，多余部分由電池提供。超級電容由再生能量為其充電，若沒有充足電，剩余部分由主電池在電動汽車低功率行駛時進行補充。當(dāng)超級電容充滿詩，再生制動能量為主電池充電，在主電池和超級電容之間采用兩象限D(zhuǎn)C-DC變換器控制功率分配，并限制主電池在車輛低功率行駛時對超級電容的充電率。若沒有DC-DC變換器，則主電池和超級電容將具有相同的電壓，導(dǎo)致超級電容盡在電池電壓發(fā)生快速變化。
3、超級電容研究進展
根據(jù)美國能源部對電動汽車用超級電容提出的目標(biāo)，比能量和比功率應(yīng)分別達到5 W·h/kg 和500 W·h/kg，最好分別超過15 W·h/kg進而1 600 W·h/kg。目前，還沒有滿足該性能指標(biāo)的超級電容，但一些公司已經(jīng)開始積極地研發(fā)電動汽車用超級電容。
Maxwell科技公司宣稱，他們生產(chǎn)的功率存儲器PC7223 超級電容具有目前最高的電容量（2 700F@2.3V），并已經(jīng)進入批量化生產(chǎn)，該電容器的比能量和比功率分別為2.48 W/kg 和732 W·h/kg。使用287個PC7223 電容量串聯(lián)得到的56@95F超級電容器可儲能150 KJ，同時可提供1.12 W·h/kg的比能量和330 w/kg 的比功率。Panasonic 也成功成差一系列電容器。