超级电容器概述

超级电容器概述

用于存储电能的化学电池的一种替代方案是超级电容器。超级电容器也被称为双电层电容器（EDLC），由涂覆在多孔材料中的电极制成，多孔材料通常是碳基的，由电解质分隔，电解质本身被膜分隔。典型的超级电容器结构如下图所示。

 

 

 

图1：超级电容器的基本结构

与电池不同，超级电容器通过电极之间电解质中的物理吸附和离子解吸快速储存和释放能量。当两个不同的固相和液相接触时，正电荷和负电荷在界面上分布一小段距离。沿着这个边界表面的电荷层被称为“双电层”。下图显示了双电层及其像电容器一样存储能量的主要功能。

 

 

 

图2：（a）双电层和（b）施加外部电压的电容器

碳基材料的现代进步使多孔电极能够具有大的表面积，从而产生高的电容密度和小的物理形状因子。如此高的体积效率使其成为取代小型二次硬币电池的理想候选者。用于在超级电容器中存储能量的离子过程也相对较快。该设备可以在几秒钟内充满电，而一个典型的电池可能需要十分钟到几个小时才能充满电。此外，超级电容器的寿命周期没有理论限制，而锂离子二次电池的有限寿命约为500次循环。

对于所有类型的器件，电解质特性决定了超级电容器端子的整体电压。当充满电时，电压通常小于3V。建造超级电容器的传统方法与硬币电池相当：通过型锻将下部和上部金属外壳连接起来，以包围碳电极和有机电解质。

小电池超级电容器具有高生命周期和快速充电和放电时间等功能，可以将硬币型电池从物联网设备、智能电表或医疗设备到汽车电子和工业计算等设备的备用电源中移除。

汽车用超级电容器

在汽车应用中，随着连接和自动驾驶技术在现代汽车中的吸引力越来越大，在断电期间对系统备份的需求变得越来越重要。然而，汽车环境异常恶劣，温度、湿度和振动都很高。传统的电解电容器和电池在高温条件下会随着时间的推移而变干，导致串联电阻增加和电容退化。

在这种情况下，可以使用专门的超级电容器，使设计工程师免受有限电池寿命的限制。此外，超级电容器的良性开路故障模式与可能导致排气或点火的典型短路电池故障形成对比。因此，超级电容器是小型备用电池的最具成本效益的替代品，根据负载类型和电流需求，它可以储存足够的能量，以提供几秒到几天的备用。找元器件现货上唯样商城

KEMET的超级电容器

KEMET的微型超级电容器是一种双电层电容器，它使用了一种独特的电解质水溶液，该溶液源自NEC的双电层电解电容器，这是1978年世界上第一个商用电容器。KEMET是世界上唯一一家使用电解质水溶液生产超级电容器的公司。水性电解质具有高导电性、低环境影响、无毒和不易燃性，具有很强的性能和安全性。它们通常也比有机化合物具有更大的吸湿性，从而具有更长的寿命和更好的稳定性。

KEMET的稀硫酸电解质即使在高温高湿条件下也能保持高耐久性。一种专有的隔膜是由一种高耐热材料开发的，该材料的孔径即使在长期使用后也不会闭合，以提高在高温下的稳健性。KEMET的小型超级电容器采用高强度硫化橡胶粘合，可防止液体电解质泄漏。图3所示的横截面说明了这些超级电容器是如何构建的，包括水性电解质、橡胶电极和隔膜。

 

 

 

图3:KEMET超级电容器结构

这些特性使KEMET的超级电容器成为高可靠性、恶劣环境（包括汽车应用）的理想选择。KEMET已经发布了两款符合汽车测试协议的超级电容器。这些电容器是在ISO TS 16949认证工厂制造的，并接受PPAP/PSW和变更控制。

图4展示了一种这样的产品，FMD0H334ZF，它提供0.33F和5.5V。这种高容量超级电容器采用树脂模制封装，可以进行磁带和卷轴包装，并与自动安装兼容。它是世界上第一款在85°C-85%的高温高湿环境中额定工作1000小时的超级电容器，并且在-40°C至85°C的工作温度范围内符合汽车测试协议。

 

 

 

图4:KEMET的FMD0H334ZF超级电容器及其结构

图5描述了另一种产品，FU0H105ZF超级电容器，它在5.5V下提供1F，外包装由密封的金属罐制成。该产品符合汽车测试协议，是一种长寿命设备，在85°C下运行时间超过4000小时。当参考汽车仪表板附近的任务剖面时，这种恶劣环境的寿命相当于10年的寿命。

 

 

 

图5:KEMET的FU0H105ZF及其结构

这些产品的终端材料经过优化，以提高对高湿度、热冲击和振动的抵抗力。特别是FU0H105ZF，由于其独特的电池堆叠技术，经过精心设计，可在不增加接触电阻的情况下进行多次堆叠。

结论

超级电容器在许多备用电源应用中为电池提供了一种高性能的替代品，提供了更长的循环寿命，避免了设计者担心电池更换或充电的问题。使用KEMET水性电解质的最新超级电容器是汽车市场所需的尖端储能设备，具有高电压、长寿命和耐环境性。KEMET的新型超级电容器非常适合用于汽车、医疗、航空航天、工业和其他需要高可靠性性能的领域。

审核编辑 黄宇