超級電容器的分類與優(yōu)缺點分析

　　摘要：電容器是儲存電荷的常用電子器件，在許多電子設(shè)備中得到了廣泛的運用。由于新時期行業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，早期的電路結(jié)構(gòu)逐漸被更復(fù)雜的電路形式取代，普通的電容器已經(jīng)滿足不了電路運行的需要。為了達到高負荷或超負荷電路運行的需要，國內(nèi)開始推廣使用超級電容器，這種器件在性能上比傳統(tǒng)電容器更加優(yōu)越。文中闡述了電容器的原理、基本功能、優(yōu)缺點等。

　　常規(guī)電容僅能滿足結(jié)構(gòu)簡單、負荷較小的電路運行要求，對于大負荷的電路運行則難以起到儲存電荷的效果。近年來，超級電容器的推廣應(yīng)用有效地解決了大負荷電路運行的難題，保證了電力電子設(shè)備使用性能的正常發(fā)揮。

　　1 超級電容器原理與應(yīng)用

　　超級電容器實際上屬于電化學(xué)元件，引起電荷或電能儲存流程可相互逆轉(zhuǎn)，其循環(huán)充電的次數(shù)達到10萬次。憑借多個方面的性能優(yōu)勢，超級電容器的應(yīng)用范圍逐漸擴大，掌握該裝置的原理有助于正常的操作使用。

　　1.1 超級電容器的原理

　　“雙電層原理”是超級電容器的核心，這是由該裝置的雙電層結(jié)構(gòu)決定的。超級電容器是利用雙電層原理的電容器。當外加電壓作用于普通電容器的兩個極板時，裝置存儲電荷的原理是一樣的，即正電極與正電荷對應(yīng)、負電極與負電荷對應(yīng)。而超級電容器除了這些功能外，若其受到電場作用則會在電解液、電極之間產(chǎn)生相反的電荷，此時正電荷、負電荷分別處于不同的接觸面，這種條件下的負荷分布則屬于“雙電層”，原理如圖1.因電容器結(jié)構(gòu)組合上的改進，超級電容器的電容儲存量極大。此外，如果超級電容器兩極板間電勢小于電解液的標準電位時，超級電容器則是正常的工作狀態(tài)，相反則不正常。根據(jù)超級電容器原理，其在運用過程中并沒有出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，僅僅是在物理性質(zhì)上的變化，因而超級電容器的穩(wěn)定性更加可靠。

　　圖1 超級電容的結(jié)構(gòu)原理

　　1.2 超級電容器的應(yīng)用

　　目前，超級電容器憑借強大的儲存容量及存儲性能，在許多大中小型設(shè)備中得到了普遍運用，且涉及到的行業(yè)較為廣泛。具體運用在：真空開關(guān)、儀器儀表、數(shù)碼相機等微小電流供電的后備電源;太陽能產(chǎn)品以及小型充電產(chǎn)品的充電電池。由于超級電容器的功能優(yōu)勢顯著，在使用時可適當添加輔助元件以優(yōu)化電容器結(jié)構(gòu)，從而進一步增強了超級電容器的結(jié)構(gòu)性能。

　　2 超級電容器的主要功能

　　與普通電容器相比，超級電容器在結(jié)構(gòu)上進行了改進調(diào)整，且在原理上得到了優(yōu)化。但在使用期間超級電容器與常規(guī)電容器的功能相近。新型電容裝置的功能集中表現(xiàn)在：旁路、去耦、儲能等方面，這些對于電路運行或存儲電荷都有著明顯的調(diào)控作用。具體功能如下：

　　(1)旁路。超級電容器中的旁路電容可以定期儲存電能，但其它元器件在運行中需要能量時，則能及時釋放出電荷維持使用。旁路電容器的最大功能表現(xiàn)于穩(wěn)壓器電荷輸出的均衡，避免了電荷傳輸混亂而引起電路故障，裝置充電、放電的靈活性較強，如圖2.

　　圖2 旁路電容原理

　　(2)去耦。去耦主要是針對電路內(nèi)產(chǎn)生的“耦合”現(xiàn)象而言，耦合是由于電路中電流、電阻失去均衡而引起的一種“噪聲”，不利于電路內(nèi)部載荷的均衡布置。

　　超級電容器使用之后，能有效地消除耦合現(xiàn)象，讓電路中的各項指標參數(shù)維持在標準狀態(tài)。