超级电容为什么超级

超级电容为什么超级？

         超级电容器（Supercapacitors，ultracapacitor），又名电化学电容器（Electrochemical Capacitors），双电层电容器（ElectricalDouble-Layer Capacitor）、黄金电容、法拉电容，是从上世纪七、八十年代发展起来的通过极化电解质来储能的一种电化学元件。它不同于传统的化学电源，是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原赝电容电荷储存电能。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。其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。突出优点是功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽，是世界上已投入量产的双电层电容器中容量的一种。

1.超级电容的原理

        “双电层原理”是超级电容器的核心，这是由该装置的双电层结构决定的。超级电容器是利用双电层原理的电容器。当外加电压作用于普通电容器的两个极板时，装置存储电荷的原理是一样的，即正电极与正电荷对应、负电极与负电荷对应。而超级电容器除了这些功能外，若其受到电场作用则会在电解液、电极之间产生相反的电荷，此时正电荷、负电荷分别处于不同的接触面，这种条件下的负荷分布则属于“双电层”，因电容器结构组合上的改进，超级电容器的电容储存量极大。此外，如果超级电容器两极板间电势小于电解液的标准电位时，超级电容器则是正常的工作状态，相反则不正常。根据超级电容器原理，其在运用过程中并没有出现化学反应，仅仅是在物理性质上的变化，因而超级电容器的稳定性更加可靠。

         由于双电层电容的充放电纯属于物理过程，其循环次数高，充电过程快，因此比较适合在电动车中应用。双电层超级电容是悬在电解质中的两个非活性多孔板，电压加载到两个板上。加在正极板上的电势吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，从而在两电极的表面形成了一个双电层电容器。一个超级电容单元的电容量高达几法至数万法，由于这种结构采用特殊的工艺，使其等效电阻很低，电容量很大、内阻较小，使得超级电容具有很高的尖峰电流，因此超级电容具有很高的比功率，它的功率密度是电池的50～100倍，可达到10×103W/kg左右，此特点让超级电容非常适合应用在短时大功率的场合。

超级电容器的主要功能

与普通电容器相比，超级电容器在结构上进行了改进调整，且在原理上得到了优化。但在使用期间超级电容器与常规电容器的功能相近。新型电容装置的功能集中表现在：旁路、去耦、储能等方面，这些对于电路运行或存储电荷都有着明显的调控作用。具体功能如下：

(1)旁路。超级电容器中的旁路电容可以定期储存电能，但其它元器件在运行中需要能量时，则能及时释放出电荷维持使用。旁路电容器的大功能表现于稳压器电荷输出的均衡，避免了电荷传输混乱而引起电路故障，装置充电、放电的灵活性较强

旁路电容原理

(2)去耦。去耦主要是针对电路内产生的“耦合”现象而言，耦合是由于电路中电流、电阻失去均衡而引起的一种“噪声”，不利于电路内部载荷的均衡布置。

超级电容器使用之后，能有效地消除耦合现象，让电路中的各项指标参数维持在标准状态。

(3)储能。无论是普通的电容器或者超级电容器，储存电荷或电能都是极为关键的性能。超级电容器的电荷储存容量更大，能满足更多电子元件的使用需求

超级电容器的主要参数

电压 

       超级电容器具有一个推荐的工作电压或者佳工作电压，这个值是根据电容在高设定温度下长工作时间来确定的（假如超级电容的设定温度为65℃，工作电压90V的情况下能工作1500小时，则其他的电压值在此温度下是不会比1500小时更长的）。如果应用电压高于推荐电压，将缩短电容的寿命，如果过压比较长的时间，电容内部的电解液将会分解形成气体，当气体的压力逐渐增强时，电容的安全孔将会破裂或者冲破。短时间的过压对电容而言是可以容忍的。

极性

       超级电容器采用对称电极设计，也就说，他们具有类似的结构。当电容首次装配时，每一个电极都可以被当成正极或者负极，一旦电容被100%从满电时，电容就会变成有极性了，每一个超级电容器的外壳上都有一个负极的标志或者标识。虽然它们可以被短路以使电压降低到零伏，但电极依然保留很少一部分的电荷，此时变换极性是不推荐的。电容按照一个方向被充电的时间越长，它们的极性就变得越强，如果一个电容长时间按照一个方向充电后变换极性，那么电容的寿命将会被缩短。

· 温度 

         超级电容器的正常操作温度是-40 ℃ ～ 70℃，温度与电压的结合是影响超级电容器寿命的重要因素。通常情况下，超级电容器是温度每升高10℃，电容的寿命就将降低30%～50%，也就说，在可能的情况下，尽可以的降低超级电容器的使用温度，以降低电容的衰减与内阻的升高，如果不可能降低使用温度，那么可以降低电压以抵清高温对电容的负面影响。比如，如果电容的工作电压降低为1.8V，那么电容可以工作于65℃高温下。如果在低于室温的条件下使用超级电容器，那么可以使超级电容工作高于指定的电压，而不会加快超级电容器内部的退化并影响超级电容器的寿命，在低温下提高超级电容的工作电压，可有效地抵消超级电容低温下内阻的升高。在高温情况下，电容内阻会升高，此变化是的，不可逆转的（电解液已分解），在低温下，电容内阻的升高是暂时现象，因为低温下，电解液是黏輖性升高，降低了离子的运动速度

· 放电

       超级电容器放电时，会按照一条斜率曲线放电，当一个应用明确了电容的容量与内阻要求后，最重要的就是需要了解电阻及电容量对放电特性的影响。在脉冲应用中，电阻是最重要的因素，在小电流应用中，容量又是重要的因素、

· 充电 

      超级电容器具有多种充电形式，比如恒流、恒功率、恒压等。或者与电源并列，比如电池、燃料电池、DC变换器等。如果一个电容与一个电池并联，那么在电容回路中串联一个电阻将降低电容的充电电流，并提高电池的使用寿命。如果串联了电阻，那么要保证电容的电压输出是直接与负载连接，而没有经过电阻，否则电容是低电阻特性将是无效。很多电池系统不允许瞬间大电流放电，否则会影响到电池的寿命。一只电容的推荐充电电流计算公式如下: I=Vw/5R

超级电容器之所以称之为“超级”的原因：

1、超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板，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，实际上形成两个容性存储层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近。

2、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。

3、传统电容器的面积是导体的平板面积，为了获得较大的容量，导体材料卷制得很长，有时用特殊的组织结构来增加它的表面积。传统电容器是用绝缘材料分离它的两极板，一般为塑料薄膜、纸等，这些材料通常要求尽可能的薄。

4、超级电容器的面积是基于多孔炭材料，该材料的多孔结构允许其面积达到2000m2/g，通过一些措施可实现更大的表面积。超级电容器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（<10 Å）和传统电容器薄膜材料所能实现的距离更小。

5、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大的静电容量，这也是其“超级”所在