超级电容器的分类与优缺点分析.doc

超级电容器的分类与优缺点分析摘要：电容器是储存电荷的常用电子器件，在许多电子设备中得到了广泛的运用。由于新时期行业技术的迅速发展，早期的电路结构逐渐被更复杂的电路形式取代，普通的电容器已经满足不了电路运行的需要。为了达到高负荷或超负荷电路运行的需要，国内开始推广使用超级电容器，这种器件在性能上比传统电容器更加优越。文中阐述了电容器的原理、基本功能、优缺点等。常规电容仅能满足结构简单、负荷较小的电路运行要求，对于大负荷的电路运行则难以起到储存电荷的效果。近年来，超级电容器的推广应用有效地解决了大负荷电路运行的难题，保证了电力电子设备使用性能的正常发挥。1 超级电容器原理与应用超级电容器实际上属于电化学元件，引起电荷或电能储存流程可相互逆转，其循环充电的次数达到10万次。凭借多个方面的性能优势，超级电容器的应用范围逐渐扩大，掌握该装置的原理有助于正常的操作使用。1.1 超级电容器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,原理如图1.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。图1 超级电容的结构原理1.2 超级电容器的应用目前，超级电容器凭借强大的储存容量及存储性能，在许多大中小型设备中得到了普遍运用，且涉及到的行业较为广泛。具体运用在：真空开关、仪器仪表、数码相机等微小电流供电的后备电源；太阳能产品以及小型充电产品的充电电池。由于超级电容器的功能优势显着，在使用时可适当添加辅助元件以优化电容器结构，从而进一步增强了超级电容器的结构性能。2 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。旁路电容器的最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，如图2.图2 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。超级电容器把存储的能量利用变换器引线传送至电源的输出端之后，经过优化处理能进一步强化电容的存储性能。3 新型电容器的不同分类由于超级电容器是一类新型产品，在结构、材料、性能等方面都进行了不同的更新调整。根据不同的内容，对超级电容器进行分类的方法是各不相同的。当前，对于超级电容器的分类一般参照电容器的原理、电解质等两大要素划分，每一类超级电容器又可分成不同的类别。（1）根据原理分类。根据不同的作用原理，超级电容器主要划分成双电层型超级电容器、赝电容型超级电容器等两大类。双电层型超级电容器，在制造材料上进行了更新处理，如：活性碳电极材料，结合高比表面积的活性碳材料加工后制成电极；碳气凝胶电极材料，结合前驱材料制备凝胶，再进行碳化活化处理作为电极。赝电容型超级电容器，一般采用了金属氧化物电极材料、聚合物电极材料。前者有：NiOx、MnO2、V2O5等用于正极材料，活性碳等用于负极材料，后者有：PPY、PTH、PAni、PAS、PFPT等经P型或N型或P/N型掺杂制取电极。（2）根据电解质分类。电解质是溶于水溶液之后具备导电性能的化合物。超级电容器里的电解质包括：水性电解质、有机电解质等两种。水性电解质比较普遍的电解质有酸性、碱性、中性之分，不同特性电解质的组成也不相同。如：酸性电解质由36%的H2SO4水溶液构成，碱性电解质由KOH、NaOH 等强碱构成等。有机电解质一般选择LiClO4为主的锂盐、teABF4为主的季胺盐等当成电解质，有时可根据使用需要添加相应的溶剂，如：PC、ACN、GBL、THL等，这些对于超级电容器的性能都有明显的改善。根据电解质对超级电容器分类方法中，还可以结合电解质的具体状态详细分类。如：按照电解质的固态、液态形式又可分为固体电解质超级电容器、液体电解质超级电容器。4 超级电容器使用的优缺点超级电容器在使用过程中并非每一个方面都是优越的，这就要求在运用超级电容器时能熟练掌握该装置的优缺点。受到制造技术的限制，我国在使用超级电容器时还存在安装、调试等方面的不足。不少设备因盲目使用超级电容器造成电路故障，影响了整个设备性能的发挥。作为电容器的新产品，超级电容器呈现出来的优点要显着大于缺点。（1）优点。超级电容器是普通电容装置的升级，在对早期的电容器实施了多个方面的改良。主要优点在：电容量。早期使用的常规电容器，电容存储量较小，仅能满足小负荷的电路需求；而超级电容器的电容量级别可达到法拉级，能适合更复杂的电路运行需要。电路。超级电容器对电路结构的要求较低，不需要设置特殊的充电电路、控制放电电路，且电容器的使用时间不会受到过充、过放的影响。焊接。普通电容器无法进行焊接，在安装超级电容器时可根据需要进行焊接处理，防止了电池接触不良等现象的发生，提高了电容器元件的使用性能。（2）缺点。通过对超级电容器的性能测试，笔者发现这种新型电容器也存在缺点。如：泄漏。超级电容器安装位置不合理，容易引起电解质泄漏等问题，破坏了电容器的结构性能。电路。超级电容器仅限于直流电路的使用，这是由于与铝电解电容器相比，超级电容器的内阻更大，不适合交流电路的运行要求。价格。由于超级电容器是新一代高科技产品，其刚刚推向市场时价格相对较高，增