超级电容器介绍

在超级电容器，功能的基础上获取底漆，以及它们最适合的应用程序。

超级电容器的目前趋势是取代可充电电池，为基于纳米技术的能量提供新的储存方法。

与电池不同，超级电容器可以在几秒钟内再充电，并承受几乎无限的充电循环。超级电容器的能量密度比传统电容器更高，但能量密度较低，而不是电子产品，如IOT设备。

两个kemet超级电容器的图像，fr0h224zf.（左）和FYD0H223ZF.（右），礼貌Digi-key.

理论上可以用超级电容器代替电池，但更换整个电池的电池需要大量的体积。然而，随着稳步进展，超级电容器在许多应用市场中获得牵引力，例如汽车部门，在新兴产业中开辟了网络能源存储等新的可能性。

什么是超级电容器？

超级电容器（有时称为SC）是能够快速存储和提供大量循环（最多数百万个循环）的电化学装置，而不显示性能衰减。

最简单的超级电容器主要由两个电极和中间插入的电解液组成。电荷排列在电极/电解液界面内，不存在化学氧化还原过程。由于积累的物理过程是有限的，材料必须有一个高的表面积，以积累许多电荷。

超级电容器是双层电容，具有非常高的容量，但电压限制低。与电容器相比，超级电容器具有更大的区域，用于存储更多的电荷，电容进入Farad（F）范围，并且它们存储比电解电容器更多的能量。它们具有低漏电流，适用于可在1.8V-2.5V范围内运行的许多应用。超级电容器的生命是10 - 20年，尽管在大约8 - 10年后，容量可以从100％降至80％。

由于它们的低等效串联电阻（ESR），超级电容器提供了高负荷电流和快速充电。微型超级电容器是MEMS.- 静物装置，可容许重复弯曲，因此适用于柔性应用。这是可穿戴设备和物联网应用的理想选择。正在开发柔性固态微型超级电容器玻璃，硅和纸质基板。

当将电压施加到超级电容器时，在表面上产生两个单独的电荷层，其分离距离小于传统电容器的分离距离。这就是为什么超级电容器通常被称为双层电容器或EDLC。

用标准电容器的超级电容器的比较。图片来自Fairprice电子，来自Maxwell

超级电容器和电池之间有什么区别？

电池长期以来一直是储能的主要形式。如何通过电容器克服，即使是“超级”品种？

首先，电池逐渐失去充电能力，而电容器提供几乎无尽的充电和放电循环。

其次，与电池相比，电容器具有非常低的内阻。它们可以提供比电池更多的瞬时动力。

对于具有能源机制的物联网（物联网）应用，将如此强大的能量存储设备纳入芯片的能力是必不可少的要求。超级电容器和微电池是两种可以满足这些需求的工具。

四种能量储存技术的功率密度和能量密度。图片来自国际科学与工程研究，第4卷，第8期，8月8日 - 2013年583

除了几乎所有电动车外，锂离子电池几乎所有现代便携式电子设备。通过电池，充电和放电过程缓慢并且可以随着时间的推移降低电池内的化学化合物，从而降低功率密度和储存能力。

超级电容器使用不同的能量存储机制。在超级电容器中，能量静电地存储在材料的表面上，并且不涉及化学反应。与电池相比，超级电容器的初次缺乏是它们的低能量密度。此外，超级电容器材料的成本（如石墨烯通常超过电池制造中使用的材料。

超级电容器的应用

超级电容器可以与安装在紧的空间中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，可以减小电源的大小并提高整体性能。

以下是SuperCapacitors的一些可能的应用程序：

• 电源故障时内存数据存储和备份：SuperCapacitors可以集成到消费电子设备，IT设备和通信系统中以保护内存内容。相关应用程序是内部备份电源。超级电容器可以作为电池更换或短期备用电源。
• 电动车：电动电池车辆受到低功率密度，充电/放电循环，高温依赖性和扩展充电时间的限制的影响。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更高的成本。存储设备的组合可以是首选解决方案。可以通过超级电容器库等高功率器件满足与陡峭升级的加速度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，必须每3 - 7年更换电池，因为它们倾向于磨损。使用超级电容器可以消除频繁维护和更换的需求。此外，能量效率是以可再生方式生产能量的关键方面，超级电容器表现出比电池更高的电荷效率。

结论

超级电容器是一种新兴的能量存储技术，可以成为许多电子系统的重要组成部分。锂离子电池非常成功，但在谈到功率密度和充电/放电循环时，它们永远无法与超级电容器竞争。

如果您想了解有关如何将超级电容器融入低压设计的信息，请查看我们的文章无线射频能量收获使用PowerCast。