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優(yōu)點(diǎn)

在很小的體積下達(dá)到法拉級(jí)的電容量；無(wú)須特別的充電電路和控制放電電路；和電池相比過(guò)充、過(guò)放都不對(duì)其壽命構(gòu)成負(fù)面影響；從環(huán)保的角度考慮，它是一種綠色能源；超級(jí)電容器可焊接，因而不存在像電池接觸不牢固等問(wèn)題；

缺點(diǎn)

如果使用不當(dāng)會(huì)造成電解質(zhì)泄漏等現(xiàn)象；和鋁電解電容器相比，它內(nèi)阻較大，因而不可以用于交流電路；

?與電池的比較

超級(jí)電容器不同于電池，在某些應(yīng)用領(lǐng)域，它可能優(yōu)于電池。有時(shí)將兩者結(jié)合起來(lái)，將電容器的功率特性和電池的高能量存儲(chǔ)結(jié)合起來(lái)，不失為一種更好的途徑。

超級(jí)電容器在其額定電壓范圍內(nèi)可以被充電至任意電位，且可以完全放出。而電池則受自身化學(xué)反應(yīng)限制工作在較窄的電壓范圍，如果過(guò)放可能造成永久性破壞。

超級(jí)電容器的荷電狀態(tài)（SOC）與電壓構(gòu)成簡(jiǎn)單的函數(shù)，而電池的荷電狀態(tài)則包括多樣復(fù)雜的換算。

超級(jí)電容器與其體積相當(dāng)?shù)膫鹘y(tǒng)電容器相比可以存儲(chǔ)更多的能量，電池與其體積相當(dāng)?shù)某?jí)電容器相比可以存儲(chǔ)更多的能量。在一些功率決定能量存儲(chǔ)器件尺寸的應(yīng)用中，超級(jí)電容器是一種更好的途徑。

超級(jí)電容器可以反復(fù)傳輸能量脈沖而無(wú)任何不利影響，相反如果電池反復(fù)傳輸高功率脈沖其壽命大打折扣。

超級(jí)電容器可以快速充電而電池快速充電則會(huì)受到損害。

超級(jí)電容器可以反復(fù)循環(huán)數(shù)十萬(wàn)次，而電池壽命僅幾百個(gè)循環(huán)。

?工藝流程

超級(jí)電容器的工藝流程為：配料→混漿→制電極→裁片→組裝→注液→活化→檢測(cè)→包裝。

超級(jí)電容器在結(jié)構(gòu)上與電解電容器非常相似，它們的主要區(qū)別在于電極材料。早期的超級(jí)電容器的電極采用碳，碳電極材料的表面積很大，電容的大小取決于表面積和電極的距離，這種碳電極的大表面積再加上很小的電極距離，使超級(jí)電容器的容值可以非常大，大多數(shù)超級(jí)電容器可以做到法拉級(jí)，一般情況下容值范圍可達(dá)1-5000F。

超級(jí)電容器通常包含雙電極、電解質(zhì)、集流體、隔離物四個(gè)部件。超級(jí)電容器是利用活性炭多孔電極和電解質(zhì)組成的雙電層結(jié)構(gòu)獲得超大的電容量的。在超級(jí)電容器中，采用活性炭材料制作成多孔電極，同時(shí)在相對(duì)的兩個(gè)多孔炭電極之間充填電解質(zhì)溶液，當(dāng)在兩端施加電壓時(shí)，相對(duì)的多孔電極上分別聚集正負(fù)電子，而電解質(zhì)溶液中的正負(fù)離子將由于電場(chǎng)作用分別聚集到與正負(fù)極板相對(duì)的界面上，從而形成雙集電層。

?如何選擇

超級(jí)電容器的兩個(gè)主要應(yīng)用：高功率脈沖應(yīng)用和瞬時(shí)功率保持。高功率脈沖應(yīng)用的特征：瞬時(shí)流向負(fù)載大電流；瞬時(shí)功率保持應(yīng)用的特征：要求持續(xù)向負(fù)載提供功率，持續(xù)時(shí)間一般為幾秒或幾分鐘。瞬時(shí)功率保持的一個(gè)典型應(yīng)用：斷電時(shí)磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)頭的復(fù)位。不同的應(yīng)用對(duì)超電容的參數(shù)要求也是不同的。高功率脈沖應(yīng)用是利用超電容較小的內(nèi)阻(R)，而瞬時(shí)功率保持是利用超電容大的靜電容量(C)。

超級(jí)電容器應(yīng)用廣泛

下面提供了兩種計(jì)算公式和應(yīng)用實(shí)例：

C(F)： 超電容的標(biāo)稱(chēng)容量；

R(Ω)： 超電容的標(biāo)稱(chēng)內(nèi)阻；

ESR(Ω)：1KZ下等效串聯(lián)電阻；

Uwork(V)： 在電路中的正常工作電壓

Umin(V)： 要求器件工作的最小電壓；

t(s)： 在電路中要求的保持時(shí)間或脈沖應(yīng)用中的脈沖持續(xù)時(shí)間；

Udrop(V)： 在放電或大電流脈沖結(jié)束時(shí)，總的電壓降；

I(A)： 負(fù)載電流；

瞬時(shí)功率保持應(yīng)用

超電容容量的近似計(jì)算公式，該公式根據(jù)，保持所需能量=超電容減少能量。

保持期間所需能量=1/2I(Uwork+ Umin)t；

超電容減少能量=1/2C(Uwork2 -Umin2)，

因而，可得其容量(忽略由IR引起的壓降)C=I(Uwork+ Umin)t/(Uwork2 -Umin2)

實(shí)例：

假設(shè)磁帶驅(qū)動(dòng)的工作電壓5V，安全工作電壓3V。如果直流馬達(dá)要求0.5A保持2秒（可以安全工作），那么,根據(jù)上公式可得其容量至少為0.5 F。

因?yàn)?/span>5V的電壓超過(guò)了單體電容器的標(biāo)稱(chēng)工作電壓。因而，可以將兩電容器串聯(lián)。如兩相同的電容器串聯(lián)的話，那每只的電壓即是其標(biāo)稱(chēng)電壓2.5V。

如果我們選擇標(biāo)稱(chēng)容量是1F的電容器，兩串為0.5F。考慮到電容器－20%的容量偏差，這種選擇不能提供足夠的裕量。可以選擇標(biāo)稱(chēng)容量是1.5F的電容器，能提供1.5F/2=0.75F?？紤]－20%的容量偏差，最小值1.2F/2=0.6F。這種超級(jí)電容器提供了充足的安全裕量。大電流脈沖后，磁帶驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)入小電流工作模式，用超電容剩余的能量。

在該實(shí)例中，均壓電路可以確保每只單體不超其額定電壓。

脈沖功率應(yīng)用

脈沖功率應(yīng)用的特征：和瞬時(shí)大電流相對(duì)的較小的持續(xù)電流。脈沖功率應(yīng)用的持續(xù)時(shí)間從1ms到幾秒。

設(shè)計(jì)分析假定脈沖期間超電容是唯一的能量提供者。在該實(shí)例中總的壓降由兩部分組成：由電容器內(nèi)阻引起的瞬時(shí)電壓降和電容器在脈沖結(jié)束時(shí)壓降。關(guān)系如下：

Udrop=I(R+t/C)

電容板

上式表明電容器必須有較低的R和較高的C壓降Udrop才小。

對(duì)于多數(shù)脈沖功率應(yīng)用，R的值比C更重要。以2.5V1.5F為例。它的內(nèi)阻R可以用直流ESR估計(jì)，標(biāo)稱(chēng)是0.075Ω(DC ESR=AC ESR*1.5=0.060Ω*1.5=0.090Ω)。額定容量是1.5F。對(duì)于一個(gè)0.001s的脈沖，t/C小于0.001Ω。即便是0.010的脈沖t/C也小于0.0067Ω，顯然R（0.090Ω）決定了上式的Udrop輸出。

實(shí)例：

GSM/GPRS無(wú)線調(diào)制解調(diào)器需要一每間隔4.6ms達(dá)2A的電流，該電流持續(xù)0.6 ms。這種調(diào)制解調(diào)器現(xiàn)用在筆記本電腦的PCMCIA卡上。筆記本的和PCMCIA連接的限制輸出電壓3.3V+/-0.3V筆記本提供1A的電流。許多功率放大器（PA）要求3.0V的最小電壓。對(duì)于筆記本電腦輸出3.0V的電壓是可能的。到功率放大器的電壓必須先升到3.6V。在3.6V的工作電壓下（最小3.0V），允許的壓降是0.6V。

選擇超級(jí)電容器（C：0.15F,AC ESR：0.200Ω,DC ESR：0.250Ω）。對(duì)于2A脈沖，電池提供大約1A，超電容提供剩余的1A。根據(jù)上面的公式，由內(nèi)阻引起的壓降：1A×0.25Ω=0.25V。I(t/C)=0.04V它和由內(nèi)阻引起的壓降相比是小的。

結(jié)論

不管是功率保持還是功率脈沖應(yīng)用都可以用上公式計(jì)算．當(dāng)電路的工作電壓超過(guò)超電容的工作電壓時(shí)，可以用相同的電容器串聯(lián)．一般地，串聯(lián)應(yīng)該保持平衡以確保電壓平均分配．在脈沖功率應(yīng)用中由超電容內(nèi)阻引起的壓降通常是次要因素。電容器超低的內(nèi)阻提供一種克服傳統(tǒng)電池系統(tǒng)阻抗大的全新的解決方案。

?前景分析

從結(jié)構(gòu)上看，超級(jí)電容器主要由電極、電解質(zhì)、隔膜、端板、引線和封裝材料組成，其中電極、電解質(zhì)和隔膜的組成和質(zhì)量對(duì)超級(jí)電容器的性能起著決定性的影響，采用何種電極板和電解質(zhì)材料將基本決定最終產(chǎn)品的類(lèi)型與特性。

2007年1月16日，美國(guó)得克薩斯州一家研制電動(dòng)汽車(chē)儲(chǔ)能裝置，名為EEStor的公司打破沉默，對(duì)外宣告了他們“里程碑”式的成果：他們的自動(dòng)生產(chǎn)線已經(jīng)由獨(dú)立的第三方分析驗(yàn)收，其產(chǎn)品的關(guān)鍵物質(zhì)鋇鈦酸鹽粉末已經(jīng)完成了最初的純化，純度達(dá)到了99.9994%。

這一技術(shù)一旦進(jìn)入成熟的工業(yè)生產(chǎn)，他們所研制的新型超級(jí)電容器動(dòng)力系統(tǒng)將替代包括從電動(dòng)汽車(chē)到筆記本電腦的一切電化學(xué)電池。按照2006年4月發(fā)表的專(zhuān)利，EEStor這種能量存儲(chǔ)裝置是用陶瓷粉末涂在鋁氧化物和玻璃的表面。從技術(shù)上說(shuō)，它并不是電池，而是一種超級(jí)電容器，它在5分鐘內(nèi)充的電能可以讓一個(gè) 電動(dòng)車(chē)走500英里，電費(fèi)只有9美元。而燒汽油的內(nèi)燃機(jī)車(chē)走相同里程則要花費(fèi)60美元。

與傳統(tǒng)的電化學(xué)電池相比，超級(jí)電容器有很多好處。它可以無(wú)限制地接受無(wú)數(shù)次放電和充電，，超級(jí)電容器沒(méi)有“記憶”。但是，一般的超級(jí)電容器也有其弱點(diǎn)，就是能量存儲(chǔ)率有限，市場(chǎng)上的高端超級(jí)電容器每0.4536千克的存儲(chǔ)能量只有鋰電池的1/25。

而EEStor開(kāi)發(fā)的超級(jí)電容器，由于鋇鈦酸鹽有足夠的純度，存儲(chǔ)能量的能力大大提高。EEStor公司負(fù)責(zé)人聲稱(chēng)，該超級(jí)電容器每公斤所存儲(chǔ)的能量可達(dá)0.28千瓦時(shí)，相比之下，每公斤鋰電池是0.12千瓦時(shí)，鉛酸電池只有0.032千瓦時(shí)，這就讓超級(jí)電容器有了可用在從電動(dòng)車(chē)、起搏器到現(xiàn)代化武器等多種領(lǐng)域的可能。好的鉛酸電池能充電500～700次，而根據(jù)EEStor的聲明，新的超級(jí)電容器可反復(fù)充電100萬(wàn)次以上，也不會(huì)出現(xiàn)材料降解問(wèn)題。而且，由于它不是化學(xué)電池，而是一種固體狀態(tài)的能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)，不會(huì)出現(xiàn)鋰電池那種過(guò)熱甚至爆炸的危險(xiǎn)，沒(méi)有安全隱患。

這一發(fā)明的意義相當(dāng)重大，該突破不僅從根本上改變了電動(dòng)車(chē)在交通運(yùn)輸中的位置，也將改進(jìn)諸如風(fēng)能、太陽(yáng)能等間歇性能源的利用性能，增進(jìn)了電網(wǎng)的效率和穩(wěn)定性，滿足人們能源安全的需求，減少對(duì)石油的依賴(lài)。顯然，該突破也對(duì)下一代鋰電池的研制者造成威脅。EEStor公司負(fù)責(zé)人暗示，他們的技術(shù)不僅適用于小型旅客電動(dòng)車(chē)，還可能取代220500瓦的大型汽車(chē)。