鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:2873次 | 2018年09月12日
超級(jí)電容器的原理是什么
超級(jí)電容器是指介于傳統(tǒng)電容器和充電電池之間的一種新型儲(chǔ)能裝置,它既具有電容器快速充放電的特性,同時(shí)又具有電池的儲(chǔ)能特性。
超級(jí)電容器是通過電極與電解質(zhì)之間形成的界面雙層來(lái)存儲(chǔ)能量的新型元器件。當(dāng)電極與電解液接觸時(shí),由于庫(kù)侖力、分子間力及原子間力的作用,使固液界面出現(xiàn)穩(wěn)定和符號(hào)相反的雙層電荷,稱其為界面雙層。把雙電層超級(jí)電容看成是懸在電解質(zhì)中的2個(gè)非活性多孔板,電壓加載到2個(gè)板上。加在正極板上的電勢(shì)吸引電解質(zhì)中的負(fù)離子,負(fù)極板吸引正離子,從而在兩電極的表面形成了一個(gè)雙電層電容器。雙電層電容器根據(jù)電極材料的不同,可以分為碳電極雙層超級(jí)電容器、金屬氧化物電極超級(jí)電容器和有機(jī)聚合物電極超級(jí)電容器。與蓄電池和傳統(tǒng)物理電容器相比,超級(jí)電容器的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在:
(1)功率密度高??蛇_(dá)102~104W/kg,遠(yuǎn)高于蓄電池的功率密度水平。
(2)循環(huán)壽命長(zhǎng)。在幾秒鐘的高速深度充放電循環(huán)50萬(wàn)次至100萬(wàn)次后,超級(jí)電容器的特性變化很小,容量和內(nèi)阻僅降低10%~20%。
(3)工作溫限寬。由于在低溫狀態(tài)下超級(jí)電容器中離子的吸附和脫附速度變化不大,因此其容量變化遠(yuǎn)小于蓄電池。商業(yè)化超級(jí)電容器的工作溫度范圍可達(dá)-40℃~+80℃。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
(4)免維護(hù)。超級(jí)電容器充放電效率高,對(duì)過充電和過放電有一定的承受能力,可穩(wěn)定地反復(fù)充放電,在理論上是不需要進(jìn)行維護(hù)的。
(5)綠色環(huán)保。超級(jí)電容器在生產(chǎn)過程中不使用重金屬和其他有害的化學(xué)物質(zhì),且自身壽命較長(zhǎng),因而是一種新型的綠色環(huán)保電源。
對(duì)于超級(jí)電容器來(lái)說(shuō),依據(jù)不同的內(nèi)容可有不同的分類方法。
首先,根據(jù)不同的儲(chǔ)能機(jī)理,可將超級(jí)電容器分為雙電層電容器和法拉第準(zhǔn)電容器兩大類。其中,雙電層電容器主要是通過純靜電電荷在電極表面進(jìn)行吸附來(lái)產(chǎn)生存儲(chǔ)能量。法拉第準(zhǔn)電容器主要是通過法拉第準(zhǔn)電容活性電極材料(如過渡金屬氧化物和高分子聚合物)表面及表面附近發(fā)生可逆的氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生法拉第準(zhǔn)電容,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)能量的存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換。
其次,根據(jù)電解液種類可分為水系超級(jí)電容器和有機(jī)系超級(jí)電容器兩大類。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
此外,根據(jù)活性材料的類型是否相同,可分為對(duì)稱超級(jí)電容器和非對(duì)稱超級(jí)電容器。
最后,根據(jù)電解液的狀態(tài)形式,又可將超級(jí)電容器分為固體電解質(zhì)超級(jí)電容器和液體電解質(zhì)超級(jí)電容器兩大類。[2]
1)壽命:超級(jí)電容器的內(nèi)阻增加,則容量降低j在規(guī)定的參數(shù)范圍內(nèi),它的有效使用時(shí)間是可以延長(zhǎng)的,一般跟它的特點(diǎn)第4條所規(guī)定的有關(guān)。影響壽命的是活性干涸、內(nèi)阻加大,存儲(chǔ)電能能力下降至63.2%稱為壽命終結(jié)。
2)電壓:超級(jí)電容器有一個(gè)推薦電壓和一個(gè)最佳工作電壓如果使用電壓高于推薦電壓,將縮短電容器的壽命,但是電容器能連續(xù)長(zhǎng)期工作在過高壓狀態(tài)下,電容器內(nèi)部的活性炭將分解形成氣體,有利存儲(chǔ)電能,但不能超過推薦電壓的1.3倍,否則將會(huì)因電壓超高而損壞超級(jí)電容器。
3)溫度:超級(jí)電容器的正常操作溫度是-40~70℃。溫度與電壓是影響超級(jí)電容器壽命的重要因素。溫度每升高5℃,電容器的壽命將下降10%。在低溫下,提高電容器的工作電壓,電容器的內(nèi)阻不會(huì)上升,可提高電容器的使用效率。
4)放電:在脈沖充電技術(shù)里,電容內(nèi)阻是重要因素;在小電流放電中,容量又是重要因素。
5)充電:電容充電有多種方式,如恒流充電、恒壓充電、脈沖充電等。在充電過程中,在電容回路串接一只電阻,將降低充電電流,提高電池的使用壽命。超級(jí)電容器使用的注意事項(xiàng)包括:
1)超級(jí)電容器具有固定的極性。在使用前,應(yīng)確認(rèn)極性。
2)超級(jí)電容器應(yīng)在標(biāo)稱電壓下使用。當(dāng)電容器電壓超過標(biāo)稱電壓時(shí),將會(huì)導(dǎo)致電解液分解,同時(shí)電容器會(huì)發(fā)熱,容量下降,而且內(nèi)阻增加,壽命縮短。
3)超級(jí)電容器不可應(yīng)用于高頻率充放電的電路中。高頻率的快速充放電會(huì)導(dǎo)致電容器內(nèi)部發(fā)熱,容量衰減,內(nèi)阻增加。
4)外界環(huán)境溫度對(duì)于超級(jí)電容器的壽命有著重要的影響。因此超級(jí)電容器應(yīng)盡量遠(yuǎn)離熱源。
5)當(dāng)超級(jí)電容器被用做后備電源時(shí),由于超級(jí)電容器具有內(nèi)阻較大的特點(diǎn),在放電的瞬間存在電壓降。
6)超級(jí)電容器不可處于相對(duì)濕度大于85%或含有有毒氣體的環(huán)境中,這些環(huán)境下會(huì)導(dǎo)致引線及電容器殼體腐蝕,引起斷路。
7)超級(jí)電容器不能置于高溫、高濕的環(huán)境中,應(yīng)盡量在溫度-30~50℃、相對(duì)濕度小于60%的環(huán)境下儲(chǔ)存,且應(yīng)避免溫度驟升驟降,因?yàn)檫@樣會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品損壞。
8)當(dāng)超級(jí)電容器用于雙面電路板上,需要注意連接處不可經(jīng)過電容器可觸及的地方,由于超級(jí)電容器的安裝方式,會(huì)導(dǎo)致短路現(xiàn)象。
9)當(dāng)把電容器焊接在線路板上時(shí),不可將電容器殼體接觸到線路板上,不然焊接物會(huì)滲入至電容器穿線孔內(nèi),對(duì)電容器性能產(chǎn)生影響。
10)安裝超級(jí)電容器后,不可強(qiáng)行傾斜或扭動(dòng)電容器,這樣會(huì)導(dǎo)致電容器引線松動(dòng),導(dǎo)致性能劣化。
11)在焊接過程中應(yīng)避免使電容器過熱。若在焊接中使電容器出現(xiàn)過熱現(xiàn)象,會(huì)降低電容器的使用壽命。
12)在電容器焊接后,需要清洗線路板及電容器,因?yàn)槟承╇s質(zhì)可能會(huì)導(dǎo)致電容器短路。
13)當(dāng)超級(jí)電容器串聯(lián)使用時(shí),存在單體間的電壓均衡問題,單純的串聯(lián)會(huì)導(dǎo)致某個(gè)或幾個(gè)單體電容器過壓,從而損壞這些電容器,整體性能受到影響,因此在電容器串聯(lián)使用時(shí),需得到廠家的技術(shù)支持。
14)在使用超級(jí)電容器的過程中出現(xiàn)其他應(yīng)用上的問題,應(yīng)向生產(chǎn)廠家咨詢或參考超級(jí)電容器使用說(shuō)明的相關(guān)技術(shù)資料。
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