法拉电容和电解电容介绍及应用

　法拉电容

　　法拉电容也是超级电容。超级电容器是介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，其容量可达几百至上千法拉，与传统电容器相比：它具有较大的容量、较高的能量、较宽的工作温度范围和极长的使用寿命；而与蓄电池相比：它又具有较高的比功率，且对环境无污染，因此可以说，超级电容器是一种高效、实用、环保的能量存储装置。法拉电容器的容量比通常的电容器大得多。由于其容量很大，对外表现和电池相同，因此也有称作“电容电池”。法拉电容器属于双电层电容器，它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种，其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。

　　

　　法拉电容的类型比较多，按不同方式可以分为多种产品。

　　一、按原理分为双电层型法拉电容和赝电容型法拉电容：

　　（1）双电层型法拉电容，包括

　　1.活性碳电极材料，采用了高比表面积的活性炭材料经过成型制备电极。

　　2.碳纤维电极材料，采用活性炭纤维成形材料，如布、毡等经过增强，喷涂或熔融金属增强其导电性制备电极。

　　3.碳气凝胶电极材料，采用前驱材料制备凝胶，经过炭化活化得到电极材料

　　4.碳纳米管电极材料，碳纳米管具有极好的中孔性能和导电性，采用高比表面积的碳纳米管材料，可以制得非常优良的法拉电容电极。

　　以上电极材料可以制成：

　　1.平板型法拉电容，在扣式体系中多采用平板状和圆片状的电极，另外也有Ecd 公司产品为典型代表的多层叠片串联组合而成的高压法拉电容，可以达到300V 以上的工作电压。

　　2.绕卷型溶剂电容器，采用电极材料涂覆在集流体上，经过绕制得到，这类电容器通常具有更大的电容量和更高的功率密度。

　　（2）赝电容型法拉电容：

　　包括金属氧化物电极材料与聚合物电极材料，金属氧化物包括NiOx、MnO2、V2O5 等作为正极材料，活性炭作为负极材料制备的法拉电容，导电聚合物材料包括PPY、PTH、PAni、PAS、PFPT 等经P 型或N 型或P/N 型掺杂制取电极，以此制备法拉电容。这一类型法拉电容具有非常高的能量密度，目前除NiOx 型外，其它类型多处于研究阶段，还没有实现产业化生产。

　　二、按电解质类型可以分为水性电解质和有机电解质类型：

　　（1）水性电解质，包括以下几类

　　1.酸性电解质，多采用36％的H2SO4 水溶液作为电解质。

　　2.碱性电解质，通常采用KOH、NaOH 等强碱作为电解质，水作为溶剂。

　　3.中性电解质，通常采用KCl、NaCl 等盐作为电解质，水作为溶剂，多用于氧化锰电极材料的电解液。

　　（2）有机电解质

　　通常采用LiClO4 为典型代表的锂盐、TEABF4 作为典型代表的季胺盐等作为电解质，有机溶剂如PC、ACN、GBL、THL 等有机溶剂作为溶剂，电解质在溶剂中接近饱和溶解度。

　　三、另外还可以分为：

　　1.液体电解质法拉电容，多数法拉电容电解质均为液态。

　　2.固体电解质法拉电容，随着固态电解液的发展，应用于法拉电容的电解质也对凝胶电解质和PEO 等固体电解质进行研究。到几百个串并联使用，组件电压从 12VDC 直到 800VDC 。

　　法拉电容结构法拉电容主要由极化电极、集电极、电解液、隔膜、引线和封装材料几部分组成。电极材料、电解质的组成、隔膜质量以及电极制造技术对法拉电容的性能有决定性的影响。电极材料的性能决定其电容量的大小；电解质的分解电压决定法拉电容的工作电压，以水溶液为电解液的电容器工作电压只有lV 左右，而有机电解液的可达3V 左右。法拉电容的关键技术包括：

　　（1）高比容量电极材料的制备技术；

　　（2）高性能电解液的合成技术；

　　（3）电容器的组装和封装技术。

　　四、法拉电容主要参数

　　1、标称电容量（CR）：电容器产品标出的电容量值。

　　云母和陶瓷介质电容器的电容量较低（大约在5000pF以下）；纸、塑料和一些陶瓷介质形式的电容量居中（大约在0005μF10μF）；通常电解电容器的容量较大。这是一个粗略的分类法。

　　2、类别温度范围：电容器设计所确定的能连续工作的环境温度范围，该范围取决于它相应类别的温度极限值，如上限类别温度、下限类别温度、额定温度（可以连续施加额定电压的最高环境温度）等。

　　3、额定电压（UR）：在下限类别温度和额定温度之间的任一温度下，可以连续施加在电容器上的最大直流电压或最大交流电压的有效值或脉冲电压的峰值。

　　电容器应用在高压场合时，必须注意电晕的影响。电晕是由于在介质/电极层之间存在空隙而产生的，它除了可以产生损坏设备的寄生信号外，还会导致电容器介质击穿。在交流或脉动条件下，电晕特别容易发生。对于所有的电容器，在使用中应保证直流电压与交流峰值电压之和不的超过直流电压额定值。

　　4、损耗角正切（tanδ）：在规定频率的正弦电压下，电容器的损耗功率除以电容器的无功功率。

　　在实际应用中，电容器并不是一个纯电容，其内部还有等效电阻。

　　这个关系用下式来表达： tanδ=Rs/Xc=2πf×c×Rs 因此，在应用当中应注意选择这个参数，避免自身发热过大，以减少设备的失效性。

　　5、电容器的温度特性：通常是以20℃基准温度的电容量与有关温度的电容量的百分比表示。

　　电解电容

　　1、电解电容介绍

　　电解电容是电容的一种，金属箔为正极（铝或钽），与正极紧贴金属的氧化膜（氧化铝或五氧化二钽）是电介质，阴极由导电材料、电解质（电解质可以是液体或固体）和其他材料共同组成，因电解质是阴极的主要部分，电解电容因此而得名。同时电解电容正负不可接错。铝电解电容器可以分为四类：引线型铝电解电容器；牛角型铝电解电容器；螺栓式铝电解电容器；固态铝电解电容器。

　　

　　2、电解电容特点

　　电解电容器特点一：单位体积的电容量非常大，比其它种类的电容大几十到数百倍。

　　电解电容器特点二：额定的容量可以做到非常大，可以轻易做到几万μf甚至几f（但不能和双电层电容比）。

　　电解电容器特点三：价格比其它种类具有压倒性优势，因为电解电容的组成材料都是普通的工业材料，比如铝等等。制造电解电容的设备也都是普通的工业设备，可以大规模生产，成本相对比较低。

　　

　　3、电解电容的作用

　　电解电容器广泛应用于家用电器和各种电子产品中，有极性电解电容器通常在电源电路或中频、低频电路中起电源滤波、退耦、信号耦合及时间常数设定、隔直流等作用。 无极性电解电容器通常用于音箱分频器电路、电视机S校正电路及单相电动机的起动电路。电解电容的作用主要分为以下几种：

　　1） 隔直流----作用是阻止直流通过而让交流通过。

　　2） 滤波----在电源电路中，整流电路将交流变成脉动的直流，而在整流电路之后接入一个较大容量的电解电容，利用其充放电特性（储能作用），使整流后的脉动直流电压变成相对比较稳定的直流电压。

　　3） 耦合作用----在低频信号的传递与放大过程中，为防止前后两级电路的静态工作点相互影响，常采用电容藕合。作为两个电路之间的连接，允许交流信号通过并传输到下一级电路。

　　4）旁路----为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。

　　

　　5）储能----储存电能，用于必须要的时候释放。

　　6） 温度补偿----针对其它元件对温度的适应性不够带来的影响，而进行补偿，改善电路的稳定性。

　　7） 调谐----对与频率相关的电路进行系统调谐，比如手机、收音机、电视机。