“扒開”超級電容的“外衣”，看看超級電容“超級”在哪兒

說起電容的作用，很多電子人脫口而出：濾波。沒錯，這是大部分電容在電路中的作用，但有一種電容生而不是為了濾波，那就是超級電容。本期貿(mào)澤科普實驗室，momo就為大家說一說超級電容——

正如視頻所講到的，超級電容，在本質(zhì)上，無疑是電容家族的一員，但其獨特的結(jié)構(gòu)設計賦予了它超乎尋常的能力——即能夠存儲更為龐大的電荷量，從而開辟了更廣闊的應用前景。接下來，讓我們“扒開”超級電容的“外衣”，從內(nèi)至外，好好的研究一番，為什么被稱為超級電容？超級電容怎么用？

為什么被稱為超級電容？

一是超級電容容量超級大。電路板上，隨處可見的電容容量多是nf或者μf級別的，容量比較小。而超級電容的容量遠超傳統(tǒng)電容，直接到法拉級，容量可達數(shù)萬法。

二是超級電容個頭超級大。有多大呢，與普通電容對比一下就知道了。下圖中左手是超級電容，右手鑷子上的就是普通的多層陶瓷電容。

超級電容有這么大的容量，這是因為它獨特的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

左側(cè)為普通電容，右側(cè)為超級電容

兩端電極使用了活性炭，其表面有細小的孔，因此電極表面積成倍擴大。而表面積越大就越能更多的蓄電，因此超級電容實現(xiàn)了非常高的靜電容量。

當超級電容器的兩個極板上施加外電壓時，極板的正電極存儲正電荷，負極板存儲負電荷，在兩極板上電荷產(chǎn)生的電場作用下，電解液與電極間的界面處形成極性相反的電荷用以平衡電解液的內(nèi)電場，這樣的正電荷與負電荷在活性炭和電解液的接觸面上，以正負電荷之間極短間隙排列在相反的位置上，這個電荷分布層也叫做雙電層。當兩極板間電勢低于電解液的氧化還原電極電位時，電解液界面上電荷不會脫離電解液，超級電容器為正常工作狀態(tài)，如電容器兩端電壓超過電解液的氧化還原電極電位時，電解液將分解，為非正常狀態(tài)。在超級電容器放電過程中，正、負極板上的電荷被外電路釋放，電解液的界面上的電荷相應減少。

超級電容適不適合濾波？

前面了解了超級電容的結(jié)構(gòu)、工作原理，那么問題又來了，在開發(fā)板上我們怎么沒有見過使用超級電容來濾波呢？

回答這個問題前，先來簡單的科普下電容的濾波原理，非常簡單，當輸入脈動電壓高于電源兩端電壓時，電容開始充電；當輸入脈動電壓低于電容兩端電壓時，電容開始放電，補充了輸入脈動電壓的下降，從而降低了脈動電壓。這就是利用了電容可以充、放電的原理。

下圖是常見的橋式整流濾波電路：

通過修改濾波電容C1的容值，看看不同容值下的濾波效果：

很明顯，當電容增大到一定容值之后，即使再用更大的電容，輸出的變化已經(jīng)非常小了。所以，超級電容的容值雖然很大，但是在很多電路中對濾波的作用不大。

不用超級電容濾波還有另外兩個原因：

1）尺寸受限，超級電容的大尺寸，決定現(xiàn)在很多對產(chǎn)品尺寸要求嚴格的場合不會用；

2）成本高，這是超級電容和普通電容的價格對比：

超級電容的真正用武之地

超級電容容量大，存儲的電荷那么多，是不是可以當作電池來用呢？

這就要了解超級電容的特性：

• 高能量釋放能力：超級電容器的容量很大，能夠在短時間內(nèi)釋放大量能量，提供瞬時大電流；

• 快速充放電：超級電容能夠在極短的時間內(nèi)完成充放電過程，甚至可以在幾秒鐘內(nèi)充滿電；

• 長循環(huán)壽命：超級電容器的充放電循環(huán)次數(shù)可達數(shù)百萬次以上

• 環(huán)保與安全：超級電容器不含有害物質(zhì)，對環(huán)境友好，符合現(xiàn)代綠色環(huán)保理念。相比鋰離子電池等傳統(tǒng)電池，超級電容器在過充、過放、短路或高溫條件下的安全性更高，不易發(fā)生爆炸或起火。

• 寬工作溫度范圍：超級電容器的工作溫度范圍廣泛，可以在極端氣候條件下穩(wěn)定工作，具有較高的可靠性和穩(wěn)定性。

• 轉(zhuǎn)換效率高：超級電容器在電能轉(zhuǎn)換過程中損失較小，能量轉(zhuǎn)換效率高。還可以串并聯(lián)組成超級電容組，以儲存更多電量，滿足更大規(guī)模的能源需求。

這里，我們把超級電容和電池做一下參數(shù)對比：

超級電容的這些特性和優(yōu)點，在某些特定的場合可以取代電池，比如：

• 電源備份：在系統(tǒng)供電電源斷開時，超級電容放電提出高輸出的備份電源，可以讓系統(tǒng)完成重要的數(shù)據(jù)保存、發(fā)出報警信號。1F—5F左右容量的單體超級電容就足夠了。

• 光伏發(fā)電儲能，太陽能等新能源發(fā)電：受太陽強度影響，發(fā)電不穩(wěn)定，可以先存在超級電容中，然后再輸出穩(wěn)定的電源。

• 新能源汽車的低壓系統(tǒng)主電源或高壓的輔助電源：通過串聯(lián)超級電容，提高工作耐壓，在12v和48v的電子系統(tǒng)中，超級電容大有可為。

總結(jié)就是超級電容適用于需要快速充放電、高功率需求但能量需求不高、長壽命和高可靠性、備用電源和瞬時功率支持、需要低溫性能以及對環(huán)境影響較小的多種場合。

提醒大家，超級電容雖好，但使用要得當，使用不當就會引發(fā)電容爆炸事故。在使用時，需要注意：

• 超級電容的耐壓，尤其是在串聯(lián)使用時，需要控制好電壓平衡，

• 超級電容具有固定的極性，使用前務必檢查極性是否正確；

• 在焊接超級電容時，需要控制好溫度和時間，以免過熱降低使用壽命；

• 安裝時，禁止強制傾斜或扭動，影響超級電容的性能。

關(guān)于超級電容的名字由來，內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理、關(guān)鍵參數(shù)、應用場合，就介紹這么多。如果您對超級電容還有疑問，歡迎在評論區(qū)留言討論。

本文轉(zhuǎn)載自：貿(mào)澤電子