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超级电容器基础知识

了解超级电容器的基础知识、功能及其最适合的应用。

目前超级电容器的趋势是取代可充电电池，基于纳米技术为能源提供新的储存方式。

与电池不同，超级电容器可以在几秒钟内充电，并且可以承受几乎无限的充电周期。超级电容器的能量密度比传统电容器高，但比物联网设备等电子产品中使用的标准电池能量密度低。

两个KEMET超级电容FR0H224ZF(左)和fydo h 223 ZF(右)的图像

理论上可以用超级电容代替电池，但是更换整个电池组需要大量的电池。然而，随着稳步发展，超级电容器在许多应用市场(如汽车行业)越来越受到重视，为网络储能等新行业开辟了新的可能性。

什么是超级电容器？

超级电容器(有时称为SC)是一种电化学装置，能够快速储存和提供大功率功率和大量循环(高达数百万次循环)，而不会出现性能下降。

最简单的超级电容器主要由两个电极和插入其中的电解液组成。电荷排列在电极/电解质界面，不存在化学氧化还原过程。因为积累的物理过程是有限的，材料必须有高的表面积才能积累很多电荷。

超级电容器是双层电容器，具有非常高的容量但具有低电压限制。与电容器相比，超级电容器具有更大的面积，用于存储更多电荷，电容达到法拉（F）范围，并且它们比电解电容器存储更多能量。它们具有低漏电流，适用于可在1.8V - 2.5V范围内工作的许多应用。超级电容器的寿命为10 - 20年，但在大约8 - 10年后，容量可以从100％降低到80％。

由于等效串联电阻(ESR)低，超级电容器可以提供高负载电流和快速充电。微型超级电容器是类似微机电系统的器件，可以承受反复弯曲，因此适用于灵活的应用。这是可穿戴设备和物联网应用的理想选择。正在开发用于柔性固体微型超级电容器的玻璃、硅和纸基材。

当电压施加到超级电容器上时，在表面上产生两个独立的电荷层，它们之间的距离小于传统电容器的距离。这就是为什么超级电容器通常被称为双层电容器或EDLC。

超级电容器与标准电容器的比较。

超级电容器和电池有什么区别？

电池长期以来一直是储能的主要形式。它们是如何被电容克服的，甚至是“超级”电容？

一是电池逐渐失去充电能力，而电容提供几乎无限的充放电周期。

其次，与电池相比，电容的内阻非常低。它们能提供比电池更多的瞬时功率。

对于具有能量供应机制的物联网(IoT)应用，将这种强大的能量存储设备集成到芯片中的能力是一项基本要求。超级电容器和微电池是两种可以满足这些需求的工具。

四种储能技术的功率密度和能量密度。

除了几乎所有的电动汽车，锂离子电池几乎为所有现代便携式电子设备供电。对于电池来说，充电和放电过程很慢，随着时间的推移，电池中的化合物会减少，从而降低功率密度和存储容量。

超级电容器使用不同的储能机制。在超级电容器中，能量以静电方式储存在材料表面，不涉及化学反应。超级电容器的主要缺点是与电池相比能量密度低。此外，超级电容器材料(如石墨烯)的成本通常超过制造电池的材料成本。

超级电容器的应用

超级电容器可以与安装在小空间的能量收集解决方案结合使用。当它们用作峰值输出的辅助电源时，您可以减小电源的尺寸并提高整体性能。

以下是超级电容器的一些可能应用：

断电时存储和备份内存数据：超级电容器可以集成到消费类电子产品、IT设备和通信系统中，以保护内存内容。相关应用是内部备用电源。超级电容器可以作为电池替代或短期备用电源。

电动汽车：电动汽车受到功率密度低、充放电周期有限、温度依赖性高、充电时间延长等限制的影响。超级电容器克服了这些限制，尽管它们具有较低的能量密度和较高的成本。存储设备的组合可能是优选的解决方案。超级电容器组等高功率设备可以满足与陡升加速或努力相关的峰值负载要求。此外，超级电容器可用于再生制动系统。

可再生能源的应用：在太阳能光伏应用中，每隔3到7年就需要更换电池，因为电池容易磨损。超级电容器的使用可以消除频繁维护和更换的需要。此外，能效是可再生能源生产的关键方面，超级电容器显示出比电池更高的充电效率。

结论

超级电容器是一种新型储能技术，可以成为很多电子系统的重要组成部分。锂离子电池非常成功，但在功率密度和充放电循环方面永远无法与超级电容器竞争。