鉅大LARGE | 點擊量：1671次 | 2021年04月06日
超級電容器的分類與優缺點的分析
電容器是儲存電荷的常用電子器件，在許多電子設備中得到了廣泛的運用。由于新時期行業技術的迅速發展，早期的電路結構逐漸被更復雜的電路形式取代，普通的電容器已經滿足不了電路運行的要。為了達到高負荷或超負荷電路運行的要，國內開始推廣使用超級電容器，這種器件在性能上比傳統電容器更加優越。文中闡述了電容器的原理、基本功能、優缺點等。
常規電容僅能滿足結構簡單、負荷較小的電路運行要求，關于大負荷的電路運行則難以起到儲存電荷的效果。近年來，超級電容器的推廣應用有效地解決了大負荷電路運行的難題，保證了電力電子設備使用性能的正常發揮。
1超級電容器原理與應用
超級電容器實際上屬于電化學元件，引起電荷或電能儲存流程可相互逆轉，其循環充電的次數達到10萬次。憑借多個方面的性能優勢，超級電容器的應用范圍逐漸擴大，掌握該裝置的原理有助于正常的操作使用。
1.1超級電容器的原理
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
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%
雙電層原理是超級電容器的核心，這是由該裝置的雙電層結構決定的。超級電容器是利用雙電層原理的電容器。當外加電壓用途于普通電容器的兩個極板時，裝置存儲電荷的原理是相同的，即正電極與正電荷對應、負電極與負電荷對應。而超級電容器除了這些功能外，若其受到電場用途則會在電解液、電極之間出現相反的電荷，此時正電荷、負電荷分別處于不同的接觸面，這種條件下的負荷分布則屬于雙電層，原理如圖1.因電容器結構組合上的改進，超級電容器的電容儲存量極大。此外，假如超級電容器兩極板間電勢小于電解液的標準電位時，超級電容器則是正常的工作狀態，相反則不正常。根據超級電容器原理，其在運用過程中并沒有出現化學反應，僅僅是在物理性質上的變化，因而超級電容器的穩定性更加可靠。
1.2超級電容器的應用
目前，超級電容器憑借強大的儲存容量及存儲性能，在許多大中小型設備中得到了普遍運用，且涉及到的行業較為廣泛。具體運用在：真空開關、儀器儀表、數碼相機等微小電流供電的后備電源；太陽能產品以及小型充電產品的充電電池。由于超級電容器的功能優勢顯著，在使用時可適當添加輔助元件以優化電容器結構，從而進一步增強了超級電容器的結構性能。2超級電容器的重要功能
與普通電容器相比，超級電容器在結構上進行了改進調整，且在原理上得到了優化。但在使用期間超級電容器與常規電容器的功能相近。新型電容裝置的功能集中表現在：旁路、去耦、儲能等方面，這些關于電路運行或存儲電荷都有著明顯的調控用途。具體功能如下：
(1)旁路。超級電容器中的旁路電容可以定期儲存電能，但其它元器件在運行中要能量時，則能及時釋放出電荷維持使用。旁路電容器的最大功能表現于穩壓器電荷輸出的均衡，防止了電荷傳輸混亂而引起電路故障，裝置充電、放電的靈活性較強，如圖2.
(2)去耦。去耦重要是針對電路內出現的耦合現象而言，耦合是由于電路中電流、電阻失去均衡而引起的一種噪聲，不利于電路內部載荷的均衡布置。
超級電容器使用之后，能有效地消除耦合現象，讓電路中的各項指標參數維持在標準狀態。
(3)儲能。無論是普通的電容器或者超級電容器，儲存電荷或電能都是極為關鍵的性能。超級電容器的電荷儲存容量更大，能滿足更多電子元件的使用需求。
3新型電容器的不同分類
由于超級電容器是一類新型產品，在結構、材料、性能等方面都進行了不同的更新調整。根據不同的內容，對超級電容器進行分類的方法是各不相同的。當前，關于超級電容器的分類一般參照電容器的原理、電解質等兩大要素劃分，每一類超級電容器又可分成不同的類別。(1)根據原理分類。根據不同的用途原理，超級電容器重要劃分成雙電層型超級電容器、贗電容型超級電容器等兩大類。雙電層型超級電容器，在制造材料上進行了更新處理，如：活性碳電極材料，結合高比表面積的活性碳材料加工后制成電極；碳氣凝膠電極材料，結合前驅材料制備凝膠，再進行碳化活化處理作為電極。贗電容型超級電容器，一般采用了金屬氧化物電極材料、聚合物電極材料。前者有：NiOx、MnO2、V2O5等用于正極材料，活性碳等用于負極材料，后者有：PPY、PTH、PAni、PAS、PFPT等經P型或N型或P/N型摻雜制取電極。
(2)根據電解質分類。電解質是溶于水溶液之后具備導電性能的化合物。超級電容器里的電解質包括：水性電解質、有機電解質等兩種。水性電解質比較普遍的電解質有酸性、堿性、中性之分，不同特性電解質的組成也不相同。如：酸性電解質由36%的H2SO4水溶液構成，堿性電解質由KOH、NaOH等強堿構成等。有機電解質一般選擇LiClO4為主的鋰鹽、teABF4為主的季胺鹽等當成電解質，有時可根據使用要添加相應的溶劑，如：PC、ACN、GBL、THL等，這些關于超級電容器的性能都有明顯的改善。
4超級電容器使用的優缺點
超級電容器在使用過程中并非每一個方面都是優越的，這就要求在運用超級電容器時能熟練掌握該裝置的優缺點。受到制造技術的限制，我國在使用超級電容器時還存在安裝、調試等方面的不足。不少設備因盲目使用超級電容器造成電路故障，影響了整個設備性能的發揮。作為電容器的新產品，超級電容器呈現出來的優點要顯著大于缺點。
(1)優點。超級電容器是普通電容裝置的升級，在對早期的電容器執行了多個方面的改良。重要優點在：①電容量。早期使用的常規電容器，電容存儲量較小，僅能滿足小負荷的電路需求；而超級電容器的電容量級別可達到法拉級，能適合更復雜的電路運行要。②電路。超級電容器對電路結構的要求較低，不要設置特殊的充電電路、控制放電電路，且電容器的使用時間不會受到過充、過放的影響。③焊接。普通電容器無法進行焊接，在安裝超級電容器時可根據要進行焊接處理，防止了電池接觸不良等現象的發生，提高了電容器元件的使用性能。
(2)缺點。通過對超級電容器的性能測試，筆者發現這種新型電容器也存在缺點。如：①泄漏。超級電容器安裝位置不合理，容易引起電解質泄漏等問題，破壞了電容器的結構性能。②電路。超級電容器僅限于直流電路的使用，這是由于與鋁電解電容器相比，超級電容器的內阻更大，不適合交流電路的運行要求。③價格。由于超級電容器是新一代高科技產品，其剛剛推向市場時價格相對較高，新增了設備運行的成本投入。
