原创 超级电容器原理、分类及应用事项

有容乃大，普通电容器是储存电能的元件，超级电容器（super capacitor）是什么黑科技？与普通电容器相比，超级电容器能储存多少电能，还有哪些“超级”功能？

简言之，超级电容器是能量储存领域的一次革命，将在混合动力汽车、RAM、消费电子等领域取代传统蓄电池，有效地节约能源并提高电池的使用寿命。

工作原理

超级电容器是一种介于传统电容器和充电电池之间的特殊电容器，兼具普通电容器的大电流快速充放电特性与电池的储能特性，填补了普通电容器与电池之间能量与比功率的空白。超级电容器通过电极与电解质之间形成的界面双层来存储能量也因此有双电层电容器、电化学电容器等别称。。当电极与电解液接触时，由于库仑力、分子间力及原子间力的作用，使固液界面出现稳定和符号相反的双层电荷，称其为界面双层。

根据储能机理，可将超级电容器分为双电层电容器、法拉第准电容器两大类。其中，双电层电容器主要是通过纯静电电荷在电极表面进行吸附来产生存储能量。法拉第准电容器主要是通过法拉第准电容活性电极材料（如过渡金属氧化物和高分子聚合物）表面及表面附近发生可逆的氧化还原反应产生法拉第准电容，从而实现对能量的存储与转换。根据电极材料，可以分为碳电极双层超级电容器、金属氧化物电极超级电容器、有机聚合物电极超级电容器。根据电解质种类，可将超级电容器分为水系超级电容器和有机系超级电容器两大类。根据电解质的状态，可将超级电容器分为固体电解质超级电容器、液体电解质超级电容器两大类。

性能参数

与蓄电池和传统物理电容器相比，超级电容器具有功率密度高、循环寿命长、无记忆问题、工作温限宽、免维护、绿色环保等特点。这主要体现在：-功率密度远高于蓄电池，达102～104kW/kg。-循环寿命长，在50万次至100万次的充放电循环后性能变化很小，容量和内阻仅降低10%～20%。-工作温限宽，可达-40℃～+80℃。-免维护，对过充电和过放电的承受能力强，可稳定地反复充放电，理论上是不需要进行维护。-绿色环保，整个生产过程中不使用重金属和其他有害的化学物质，且自身寿命较长，是一种新型的绿色环保电源。

超级电容器的主要参数有：额定电压（V）、尺寸（mm）、额定能量（AH）、容量范围、内阻（mΩ）、标准充电电流（A）、标准放电电流（A）、最大充电电流（A）、最大放电电流（A）、循环寿命。其中，正常操作温度是-40~70℃，额定电压有2.7V，容量为1F-5000F，内阻要尽可能小。

应用事项

与锂离子等储能元件相比，超级电容器技术和市场目前仍处于起步阶段，使用时应遵从通用电子装联规程，并注意以下事项：

（1）超级电容器本质上属于电解电容器，使用前应确认极性。

（2）工作电压不要超过标称电压。当电容器电压超过标称电压时，将会导致电解液分解，同时电容器会发热，容量下降，而且内阻增加，寿命缩短。

（3）不可用于高频率的充放电电路中。高频率的快速充放电会导致电容器内部发热，容量衰减，内阻增加。

（4）应远离高温热源，因为外界环境温度对于超级电容器的寿命有着重要的影响。

（5）不能置于高温、高湿的环境中，应尽量在温度-30～50℃、相对湿度小于60%的环境下储存，且应避免温度骤升骤降，因为这样会导致产品损坏。

（6）不可处于腐蚀性气体环境中，这样会导致引线及电容器壳体腐蚀，引起断路。

（7）当超级电容器串联使用时，存在单体间的电压均衡问题，单纯的串联会导致某个或几个单体电容器过压，从而损坏这些电容器，整体性能受到影响，因此在电容器串联使用时，需得到厂家的技术支持。

（8）在PCB安装时，电容器壳体不能接触到PCB上，在焊接过程中应避免使电容器过热，焊接后需要及时清洗PCB及电容器，因为某些杂质可能会导致电容器短路。

（9）超级电容器安装后不可强行倾斜或扭动，以免引线松动，导致性能劣化。