超級電容器概述

超級電容器概述

用于存儲電能的化學(xué)電池的一種替代方案是超級電容器。超級電容器也被稱為雙電層電容器（EDLC），由涂覆在多孔材料中的電極制成，多孔材料通常是碳基的，由電解質(zhì)分隔，電解質(zhì)本身被膜分隔。典型的超級電容器結(jié)構(gòu)如下圖所示。

圖1：超級電容器的基本結(jié)構(gòu)

與電池不同，超級電容器通過電極之間電解質(zhì)中的物理吸附和離子解吸快速儲存和釋放能量。當(dāng)兩個(gè)不同的固相和液相接觸時(shí)，正電荷和負(fù)電荷在界面上分布一小段距離。沿著這個(gè)邊界表面的電荷層被稱為“雙電層”。下圖顯示了雙電層及其像電容器一樣存儲能量的主要功能。

圖2：（a）雙電層和（b）施加外部電壓的電容器

碳基材料的現(xiàn)代進(jìn)步使多孔電極能夠具有大的表面積，從而產(chǎn)生高的電容密度和小的物理形狀因子。如此高的體積效率使其成為取代小型二次硬幣電池的理想候選者。用于在超級電容器中存儲能量的離子過程也相對較快。該設(shè)備可以在幾秒鐘內(nèi)充滿電，而一個(gè)典型的電池可能需要十分鐘到幾個(gè)小時(shí)才能充滿電。此外，超級電容器的壽命周期沒有理論限制，而鋰離子二次電池的有限壽命約為500次循環(huán)。

對于所有類型的器件，電解質(zhì)特性決定了超級電容器端子的整體電壓。當(dāng)充滿電時(shí)，電壓通常小于3V。建造超級電容器的傳統(tǒng)方法與硬幣電池相當(dāng)：通過型鍛將下部和上部金屬外殼連接起來，以包圍碳電極和有機(jī)電解質(zhì)。

小電池超級電容器具有高生命周期和快速充電和放電時(shí)間等功能，可以將硬幣型電池從物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、智能電表或醫(yī)療設(shè)備到汽車電子和工業(yè)計(jì)算等設(shè)備的備用電源中移除。

汽車用超級電容器

在汽車應(yīng)用中，隨著連接和自動(dòng)駕駛技術(shù)在現(xiàn)代汽車中的吸引力越來越大，在斷電期間對系統(tǒng)備份的需求變得越來越重要。然而，汽車環(huán)境異常惡劣，溫度、濕度和振動(dòng)都很高。傳統(tǒng)的電解電容器和電池在高溫條件下會隨著時(shí)間的推移而變干，導(dǎo)致串聯(lián)電阻增加和電容退化。

在這種情況下，可以使用專門的超級電容器，使設(shè)計(jì)工程師免受有限電池壽命的限制。此外，超級電容器的良性開路故障模式與可能導(dǎo)致排氣或點(diǎn)火的典型短路電池故障形成對比。因此，超級電容器是小型備用電池的最具成本效益的替代品，根據(jù)負(fù)載類型和電流需求，它可以儲存足夠的能量，以提供幾秒到幾天的備用。找元器件現(xiàn)貨上唯樣商城

KEMET的超級電容器

KEMET的微型超級電容器是一種雙電層電容器，它使用了一種獨(dú)特的電解質(zhì)水溶液，該溶液源自NEC的雙電層電解電容器，這是1978年世界上第一個(gè)商用電容器。KEMET是世界上唯一一家使用電解質(zhì)水溶液生產(chǎn)超級電容器的公司。水性電解質(zhì)具有高導(dǎo)電性、低環(huán)境影響、無毒和不易燃性，具有很強(qiáng)的性能和安全性。它們通常也比有機(jī)化合物具有更大的吸濕性，從而具有更長的壽命和更好的穩(wěn)定性。

KEMET的稀硫酸電解質(zhì)即使在高溫高濕條件下也能保持高耐久性。一種專有的隔膜是由一種高耐熱材料開發(fā)的，該材料的孔徑即使在長期使用后也不會閉合，以提高在高溫下的穩(wěn)健性。KEMET的小型超級電容器采用高強(qiáng)度硫化橡膠粘合，可防止液體電解質(zhì)泄漏。圖3所示的橫截面說明了這些超級電容器是如何構(gòu)建的，包括水性電解質(zhì)、橡膠電極和隔膜。

圖3:KEMET超級電容器結(jié)構(gòu)

這些特性使KEMET的超級電容器成為高可靠性、惡劣環(huán)境（包括汽車應(yīng)用）的理想選擇。KEMET已經(jīng)發(fā)布了兩款符合汽車測試協(xié)議的超級電容器。這些電容器是在ISO TS 16949認(rèn)證工廠制造的，并接受PPAP/PSW和變更控制。

圖4展示了一種這樣的產(chǎn)品，F(xiàn)MD0H334ZF，它提供0.33F和5.5V。這種高容量超級電容器采用樹脂模制封裝，可以進(jìn)行磁帶和卷軸包裝，并與自動(dòng)安裝兼容。它是世界上第一款在85°C-85%的高溫高濕環(huán)境中額定工作1000小時(shí)的超級電容器，并且在-40°C至85°C的工作溫度范圍內(nèi)符合汽車測試協(xié)議。

圖4:KEMET的FMD0H334ZF超級電容器及其結(jié)構(gòu)

圖5描述了另一種產(chǎn)品，F(xiàn)U0H105ZF超級電容器，它在5.5V下提供1F，外包裝由密封的金屬罐制成。該產(chǎn)品符合汽車測試協(xié)議，是一種長壽命設(shè)備，在85°C下運(yùn)行時(shí)間超過4000小時(shí)。當(dāng)參考汽車儀表板附近的任務(wù)剖面時(shí)，這種惡劣環(huán)境的壽命相當(dāng)于10年的壽命。

圖5:KEMET的FU0H105ZF及其結(jié)構(gòu)

這些產(chǎn)品的終端材料經(jīng)過優(yōu)化，以提高對高濕度、熱沖擊和振動(dòng)的抵抗力。特別是FU0H105ZF，由于其獨(dú)特的電池堆疊技術(shù)，經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，可在不增加接觸電阻的情況下進(jìn)行多次堆疊。

結(jié)論

超級電容器在許多備用電源應(yīng)用中為電池提供了一種高性能的替代品，提供了更長的循環(huán)壽命，避免了設(shè)計(jì)者擔(dān)心電池更換或充電的問題。使用KEMET水性電解質(zhì)的最新超級電容器是汽車市場所需的尖端儲能設(shè)備，具有高電壓、長壽命和耐環(huán)境性。KEMET的新型超級電容器非常適合用于汽車、醫(yī)療、航空航天、工業(yè)和其他需要高可靠性性能的領(lǐng)域。

審核編輯 黃宇