文档介绍:该【超级电容原理 】是由【世界末末日】上传分享,文档一共【9】页,该文档可以免费在线阅读,需要了解更多关于【超级电容原理 】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。超级电容器原理电化学双层电容器〔EDLC〕因超级电容器被我们所熟知。超级电容器利用静电极化电解溶液的方式储存能量。虽然它是一个电化学器件,但它的能量储存机制却一点也不涉及化学反应。这个机制是高度可逆的,它允许超级电容器充电放电达十万甚至数百万次。超级电容器可以被视为在两个极板外加电压时被电解液隔开的两个互不相关的多孔板。对正极板施加的电势吸引电解液中的负离子,而负面板电势吸引正离子。这有效地创立了两个电荷储层,在正极板分别出一层,并在负极板分别出另外一层。传统的电解电容器存储区域来自平面,导电材料薄板。高电容是通过大量的材料折叠。可能通过进一步增加其外表纹理,进一步增加它的外表积。过去传统的电容器用介质分别电极,这些介质多数为:塑料,纸或薄膜陶瓷。电介质越薄,在空间受限的区域越可以获得更多的区域。可以实现对介质厚度的外表面积限制的定义。超级电容器的面积来自一个多孔的碳基电极材料。这种材料的多孔构造,允许其面积接近2000平方米每克,远远大于通过使用塑料或薄膜陶瓷。超级电容器的充电距离取决于电解液中被吸引到电极的带电离子的大小。这个距离〔小于10埃〕远远小于通过使用常规电介质材料的距离。巨大的外表面积的组合和微小的充电距离使超级电容器相对传统的电容器具有极大的优越性。超级电容器内部构造超级电容器构造上的具体细节依靠于对超级电容器的应用和使用。由于制造商或特定的应用需求,这些材料可能略有不同。全部超级电容器的共性是,他们都包含一个正极,一个负极,及这两个电极之间的隔膜,电解液填补由这两个电极和隔膜分别出来的两个的孔隙。。这是由超级电容器包装的几何构造打算的。对于棱形或正方形封装产品部件的摆放,内部构造是基于对内部部件的设置,即内部集电极是从每个电极的堆叠中挤出。这些集电极焊盘将被焊接到终端,从而扩展电容器外的电流路径。对于圆形或圆柱形封装的产品,电极切割成卷轴方式配置。最终将电极箔焊接到终端,使外部的电容电流路径扩展。——制胜的关键如上图2所示,为Maxwell超级电容的电极,这被认为是他们超级电容器技术的最关键局部。这个电极是由铝,碳元素制成,其中树脂作为粘合剂,纸作为隔膜。超级电容器的特点充电速度快,充电10秒~10分钟可到达其额定容量的95%以上;循环使用寿命长,深度充放电循环使用次数可达1~50万次,没有“记忆效应”;大电流放电力量超强,能量转换效率高,过程损失小,大电流能量循环效率≥90%;功率密度高,可达300W/KG~5000W/KG,相当于电池的5~10倍;产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染,是抱负的绿色环保电源;充放电线路简洁,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;超低温特性好,温度范围宽-40℃~+70℃;检测便利,剩余电量可直接读出;--1000F。法拉〔farad〕,简称“法”,符号是F1法拉是电容存储1库仑电量时,两极板间电势差是1伏特1F=1C/1V1库仑是1A电流在1s内输运的电量,即1C=1A?S。1库仑=1安培?秒1法拉=1安培?秒/伏特中心议题:超级电容器的原理及构造超级电容器的特性解决方案:利用双电层原理增加电容量超级电容器是一种高能量密度的无源储能元件,随着它的问世,如何应用好超级电容器,提高电子线路的性能和研发的电路、电子线路及应用领域是电力电子技术领域的科技工作者的一个热门课题。,超级电容器中,多孔化电极承受活性炭粉和活性炭和活性炭纤维,电解液承受有机电解质,如丙烯碳酸脂〔propylenecarbonate〕或高***酸四乙氨〔tetraetrylanmmoniumperchlorate〕。工作时,在可极化电极和电解质溶液之间界面上形成的双电层中聚拢的电容量c由下式确定:图1 超级电容器构造框图由图中可见,其多孔化电极是使用多孔性的活性碳有极大的外表积在电解液中吸附着电荷,因而将具有极大的电容量并可以存储很大的静电能量,超级电容器的这一特性是介于传统的电容器与电池之间。电池相较之间,尽管这能量密度是5%或是更少,但是这种能量的储存方式,也可以应用在传统电池缺乏之处与短时顶峰值电流之中。这种超级电容器有几点比电池好的特色。.工作原理超级电容器是利用双电层原理的电容器,原理示意图如图2。当外加电压加到超级电容器的两个极板上时,与一般电容器一样,极板的正电极存储正电荷,负极板存储负电荷,在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下,在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,这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上,以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上,这个电荷分布层叫做双电层,因此电容量格外大。当两极板间电势低于电解液的氧化复原电极电位时,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〕,如电容器两端电压超过电解液的氧化复原电极电位时,电解液将分解,为非正常状态。由于随着超级电容器放电,正、负极板上的电荷被外电路泄放,电解液的界面上的电荷响应削减。由此可以看出:超级电容器的充放电过程始终是物理过程,没有化学反响。因此性能是稳定的,与利用化学反响的蓄电池是不同的。:图2 超级电容器构造框图①.电容量大,超级电容器承受活性炭粉与活性炭纤维作为可极化电极与电解液接触的面积大大增加,依据电容量的计算公式,那么两极板的外表积越大,则电容量越大。因此,一般双电层电容器容量很简洁超过1F,它的消灭使一般电容器的容量范围突然跃升了3~4个数量级,目前单体超级电容器的最大电容量可达5000F。②.充放电寿命很长,可达500000次,或90000小时,而蓄电池的充放电寿命很难超过1000次,③.可以供给很高的放电电流〔如2700F的超级电容器额定放电电流不低于950A,放电峰值电流可达1680A,一般蓄电池通常不能有如此高的放电电流一些高放电电流的蓄电池在杂如此高的放电电流下的使用寿命将大大缩短。④.可以数十秒到数分钟内快速充电,而蓄电池再如此短的时间内布满电将是极危急的或几乎不行能。⑤.可以在很宽的温度范围内正常工作〔-40℃~+70℃〕而蓄电池很难在高温特别是低温环境下工作。⑥.超级电容器用的材料是安全的和无毒的,而铅酸蓄电池、镍镉蓄电池军具有毒性。⑦.等效串联电阻ESR相对常规电容器大〔10F/〕。⑧.可以任意并联使用一增加电容量,照实行均压后,还可以串联使用。超级电容器特性额定容量:单位:法拉〔F〕,测试条件:规定的恒定电流〔如1000F以上的超级电容器规定的充电电流为100A,200F以下的为3A〕充电到额定电压后保持2~3分钟,在规定的恒定电流放电条件下放电到端电压为零所需的时间与电流的乘积再除以额定电压值,即:由于等效串联电阻〔ESR〕比一般电容器大,因而充放电时ESR产生的电压降不行无视,:,%,在950A电流放电时的ESR电压降为380mV占额定电压的14%,%,这一特性将在图3中看到。额定电压:可以使用的最高安全端电压〔、、〕,除此之外还有承受浪涌电压电压〔可以短时承受的端电压,通常为额定电压的105%〕,实际上超级电容器的击穿电压远高于额定电压〔~3倍左右,与一般电容器的额定电压/击穿电压比值差不多。特性曲线图3 图4 超级电容器阻额定电流:5秒内放电到额定电压一半的电流,除此之外还有最大电流〔脉冲峰值电流〕最大存储能量:在额定电压是放电到零所释放的能量,以焦耳〔J〕或瓦时〔Wh〕为单位能量密度:最大存储能量除以超级电容器的重量或体积〔Wh/kg或Wh/l〕功率密度:在匹配的负载下,超级电容器产生电/热效应各半时的放电功率,用kW/kg或kW/l表示。等效串联电阻:测试条件:规定的恒定电流〔如1000F以上的超级电容器规定的充电电流为100A,200F以下的为3A〕和规定的频率〔DC和大容量的100Hz或小容量的KHz〕下的等效串联电阻。通常沟通ESR比直流ESR小,随温度上升而减小。超级电容器等效串联电阻较大的缘由是:为充分增加电极面积,电极为多孔化活性炭,由于多孔化活性炭电阻率明显大于金属,从而使超级电容器的ESR较其它电容器的大。阻抗频率特性:超级电容器的阻抗频率特性如图4,相对较大的是ESR造成平坦底部的缘由,超级电容器的频率特性是电容器中频率特性最差的。其缘由是:一般电容器的电荷是导体中的以电子导电方式建立或泄放,而超级电容器的电荷的建立或泄放是以介质中的离子或介质电离极化实现,响应速度相对慢;大容量电容器在制造时均承受卷绕工艺,寄生电感相对无感电容器大。工作与存储温度:通常为-40℃??+60℃或70℃,存储温度还可以高一些。漏电流:一般为10μA/F寿命:在25℃环境温度下的寿命通常在90000小时,在60℃的环境温度下为4000小时,与铝电解电容器的温度寿命关系相像。寿命随环境温度缩短的缘由是电解液的蒸发损失随温度上升。寿命终了的标准为:电容量低于额定容量20%,。循环寿命:20秒充电到额定电压,恒压充电10秒,10秒放电到额定电压的一半,间歇时间:10秒为一个循环。一般可达500000次。寿命终了的标准为:电容量低于额定容量20%,。命的关系图5 额定温度下纹波电流与寿寿命的关系图6 不同环境温度下纹波电流与发热:超级电容器通过纹波电流〔充、放电〕时,回发热,其发热量将随着纹波电流的增加而。超级电容器发热的缘由是纹波电流流过超级电容器的等效串联电阻〔ESR〕产生的功率〔能量〕损耗转变为热能。由于超级电容器的〔ESR〕较大,因此在同样纹波电流条件下发热量比一般电容器大。使用时应留意。留意事项超级电容器在串联应用时特别是较大电容量是应承受均压技术以保证每一个超级电容器单体端电压再额定电压内,目前国内已有各种规格的超级电容器均压电路商品。~3V,。主要有美国、德国、日本、韩国、俄罗斯和中国等国家生产。比较知名的公司有:Maxweii、Epcos、Nesscep、ELNA、NEC、松下等。我国有锦州超容等企业,,国内的锦州超容接近这一水平。体积在逐年减小,120F/,3F/。,,。、、、,循环寿命和寿命分别到达500000次和90000小时。