超级电容，又名电化学电容，双电层电容器、黄金电容、法拉电容，是从上世纪七、八十年代发展起来的通过极化电解质来储能的一种电化学元件。
它不同于传统的化学电源，是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原赝电容电荷储存电能。但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。
结构
超级电容器结构上的具体细节依赖于对超级电容器的应用和使用。由于制造商或特定的应用需求，这些材料可能略有不同。所有超级电容器的共性是，他们都包含一个正极，一个负极，及这两个电极之间的隔膜，电解液填补由这两个电极和隔膜分离出来的两个的孔隙。
超级电容器的结构如图所示．是由高比表面积的多孔电极材料、集流体、多孔性电池隔膜及电解液组成。电极材料与集流体之间要紧密相连，以减小接触电阻；隔膜应满足具有尽可能高的离子电导和尽可能低的电子电导的条件，一般为纤维结构的电子绝缘材料，如聚丙烯膜。电解液的类型根据电极材料的性质进行选择。
上图中各部分为：（1）：聚四氟乙烯载体；（2）（4）：活性物质压在泡沫镍集电极上；（3）：聚丙烯电池隔膜。
超级电容器的部件从产品到产品可以有所不同。这是由超级电容器包装的几何结构决定的。对于棱形或正方形封装产品部件的摆放，内部结构是基于对内部部件的设置，即内部集电极是从每个电极的堆叠中挤出。这些集电极焊盘将被焊接到终端，从而扩展电容器外的电流路径。
对于圆形或圆柱形封装的产品，电极切割成卷轴方式配置。最后将电极箔焊接到终端，使外部的电容电流路径扩展。
分类及工作原理编辑
其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。
突出优点是功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽，是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种。
根据储能机理的不同可以分为以下两类：
1、双电层电容：是在电极/溶液界面通过电子或离子的定向排列造成电荷的对峙而产生的。对一个电极/溶液体系，会在电子导电的电极和离子导电的电解质溶液界面上形成双电层。当在两个电极上施加电场后，溶液中的阴、阳离子分别向正、负电极迁移，在电极表面形成双电层；撤消电场后，电极上的正负电荷与溶液中的相反电荷离子相吸引而使双电层稳定，在正负极间产生相对稳定的电位差。这时对某一电极而言，会在一定距离内(分散层)产生与电极上的电荷等量的异性离子电荷，使其保持电中性；当将两极与外电路连通时，电极上的电荷迁移而在外电路中产生电流，溶液中的离子迁移到溶液中呈电中性，这便是双电层电容的充放电原理。
2、法拉第准电容：其理论模型是由Conway首先提出，是在电极表面和近表面或体相中的二维或准二维空间上，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸脱附和氧化还原反应，产生与电极充电电位有关的电容。对于法拉第准电容，其储存电荷的过程不仅包括双电层上的存储，而且包括电解液离子与电极活性物质发生的氧化还原反应。当电解液中的离子(如H+、OH-、K+或Li+)在外加电场的作用下由溶液中扩散到电极/溶液界面时，会通过界面上的氧化还原反应而进入到电极表面活性氧化物的体相中，从而使得大量的电荷被存储在电极中。放电时，这些进入氧化物中的离子又会通过以上氧化还原反应的逆反应重新返回到电解液中，同时所存储的电荷通过外电路而释放出来，这就是法拉第准电容的充放电机理。[1]
突出特点编辑
（1）充电速度快，充电10秒～10分钟可达到其额定容量的95%以上；
（2）循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达1~50万次，没有“**效应”；
（3）大电流放电能力超强，能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率≥90%；
（4）功率密度高，可达300W/KG~5000W/KG，相当于电池的5~10倍；
（5）产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染，是理想的绿色环保电源；
（6）充放电线路简单，无需充电电池那样的充电电路，安全系数高，长期使用免维护；
（7）超低温特性好，温度范围宽-40℃～+70℃；
（8）检测方便，剩余电量可直接读出；
（9）容量范围通常0.1F--1000F 。
优点
很小的体积下达到法拉级的电容量；
无须特别的充电电路和控制放电电路；
和电池相比过充、过放都不对其寿命构成负面影响；
从环保的角度考虑，它是一种绿色能源；
超级电容器可焊接，因而不存在像电池接触不牢固等问题；
缺点
如果使用不当会造成电解质泄漏等现象；
和铝电解电容器相比，它内阻较大，因而不可以用于交流电路；
单位介绍编辑
法拉（farad），简称“法”，符号是F；
1法拉是电容存储1库仑电量时，两极板间电势差是1伏特1F=1C/1V；
1库仑是1A电流在1s内输运的电量，即1C=1A·S；
1库仑=1安培·秒；
1法拉=1安培·秒/伏特；
电瓶（蓄电池）12伏14安时的放电量=14*3600*1/12=4200 法拉(F)，（注：12伏14安时电瓶是由2v14安时6块串联来的，如果改成6快并联，就等于2v84安时，转换为1v就是168安时）。地球的电容值仅有1-2F左右。
超级所在编辑
超级电容器之所以称之为“超级”的原因：
1、超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，实际上形成两个容性存储层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近。
2、超级电容器在分离出的电荷中存储能量，用于存储电荷的面积越大、分离出的电荷越密集，其电容量越大。
3、传统电容器的面积是导体的平板面积，为了获得较大的容量，导体材料卷制得很长，有时用特殊的组织结构来增加它的表面积。传统电容器是用绝缘材料分离它的两极板，一般为塑料薄膜、纸等，这些材料通常要求尽可能的薄。
4、超级电容器的面积是基于多孔炭材料，该材料的多孔结构允许其面积达到2000m2/g，通过一些措施可实现更大的表面积。超级电容器电荷分离开的距离是由被吸引到带电电极的电解质离子尺寸决定的。该距离（<10 Å）和传统电容器薄膜材料所能实现的距离更小。
5、庞大的表面积再加上非常小的电荷分离距离使得超级电容器较传统电容器而言有惊人大的静电容量，这也是其“超级”所在。
放电控制编辑
控制超级电容器的放电：
超级电容器的电阻阻碍其快速放电，超级电容器的时间常数τ在1~2s，完全给阻-容式电路放电大约需要5τ，也就是说如果短路放电大约需要5~10s（由于电极的特殊结构它们实际上得花上数个小时才能将残留的电荷完全放干净）。
放电的控制时间：
超级电容器可以快速充放电，峰值电流仅受其内阻限制，甚至短路也不是致命的。实际上决定于电容器单体大小，对于匹配负载，小单体可放10A，大单体可放1000A。另一放电率的限制条件是热，反复地以剧烈的速率放电将使电容器温度升高，最终导致断路。
使用注意编辑
1、超级电容器具有固定的极性。使用前应确认极性。
2、应在标称电压下使用。 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，在某些情况下，可导致电容器性能崩溃。
3、不可应用于高频率充放电的电路中。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，在某些情况下会导致电容器性能崩溃。
4、外部环境温度对使用寿命有着重要影响。电容器应尽量远离热源。
5、被用做后备电源时的电压降。由于超级电容器具有内阻较大的特点，在放电的瞬间存在电压降ΔV=IR。
6、不可处于相对湿度大于85%或含有有毒气体的场所。这些环境下会导致引线及电容器壳体腐蚀，导致断路。
7、不能置于高温、高湿的环境中。应在温度-30+50℃、相对湿度小于60%的环境下储存，避免温度骤升骤降，否则会导致损坏。
8、用于双面电路板上时连接处不可经过电容器可触及的地方。由于超级电容器的安装方式，会导致短路现象。
9、当把电容器焊接在线路板上，不可将电容器壳体接触到线路板上。否则焊接物会渗入至电容器穿线孔内，对电容器性能产生影响。
10、安装超级电容器后，不可强行倾斜或扭动电容器。否则会导致电容器引线松动，导致性能劣化。
11、在焊接过程中避免使电容器过热。若在焊接中使电容器出现过热现象，会降低电容器的使用寿命，例如：如果使用厚度为1.6mm的印刷线路板，焊接过程应为260℃，时间不超过5s。
12、在电容器经过焊接后，线路板及电容器需要经过清洗。因为某些杂质可能会导致电容器短路。
13、将电容器串联使用。由于工艺原因，单极超级电容器的额定工作电压一般在2.8V左右，所以大多情况下必须串联使用，由于串联回路每个单体容量很难保证100%相同，也很难保证每个单体漏电也相同，这样就会导致串联回路的每个单体充电电压不同，可能会导致电容器过压损坏，因此，超级电容器串联必须附加均压电路。当超级电容器进行串联使用时，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，故在电容器进行串联使用时，需得到厂家的技术支持。[2]
选择标准编辑
对于超级电容的选择，功率要求、放电时间及系统电压变化起决定作用。超级电容器的输出电压降由两部分组成，一部分是超级电容器释放能量；另一部分是由于超级电容器内阻引起。两部分谁占主要取决于时间，在非常快的脉冲中，内阻部分占主要的，相反在长时间放电中，容性部分占主要。
参数选择
以下基本参数决定选择的电容器的大小：
1、 最高工作电压；
2、 工作截止电压；
3、 平均放电电流；
4、 放电时间多长。
超级电容器和电池的选择方法
超级电容与电池比较有如下特性：
a.超低串联等效电阻（LOW ESR），功率密度(Power Density)是锂离子电池的数十倍以上，适合大电流放电，（一枚4.7F电容能释放瞬间电流18A以上）。
b. 超长寿命，充放电大于50万次，是Li-Ion电池的500倍，是Ni-MH和Ni-Cd电池的1000倍，如果对超级电容每天充放电20次，连续使用可达68年。
c. 可以大电流充电，充放电时间短，对充电电路要求简单，无**效应。
d. 免维护，可密封。
e.温度范围宽-40℃～+70℃，一般电池是-20℃～60℃。
f.超级电容可以串并联组成成超级电容模组，可耐压储存更高容量。
具体选择方法：
1、超级电容器不同于电池，在某些应用领域，它可能优于电池。有时将两者结合起来，将电容器的功率特性和电池的高能量存储结合起来，不失为一种更好的途径。
2、超级电容器在其额定电压范围内可以被充电至任意电位，且可以完全放出。而电池则受自身化学反应限制工作在较窄的电压范围，如果过放可能造成永久性破坏。
3、超级电容器的荷电状态（SOC）与电压构成简单的函数，而电池的荷电状态则包括多样复杂的换算。
4、超级电容器与其体积相当的传统电容器相比可以存储更多的能量，电池与其体积相当的超级电容器相比可以存储更多的能量。在一些功率决定能量存储器件尺寸的应用中，超级电容器是一种更好的途径。
5、超级电容器可以反复传输能量脉冲而无任何不利影响，相反如果电池反复传输高功率脉冲其寿命大打折扣。
6、超级电容器可以快速充电而电池快速充电则会受到损害。
7、超级电容器可以反复循环数十万次，而电池寿命仅几百个循环。
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