电化学电容为电容滤波应用带来新思路

电子发烧友网报道（文/李宁远）电容依靠储存电荷和不使直流电流通过这两大基本性质，以各种形式被应用在日常使用的电子产品的电路中，发挥着重要作用。
 
不同的电压等级和不同容值下，电容器有很多种细分的类别，从小容值到大容值大致上分为陶瓷电容、薄膜电容、铝电解电容。而在超高容值范围里还有电化学电容，也称其为超级电容。
 
电化学电容，电容特性与电池特性的综合体
 
电化学电容具有比传统的电介质电容高出数十倍甚至数百倍以上的质量比电容，这是它最明显的特征，这一特征由电极表面的双电层电容和氧化还原反应导致的“假电容”的共同作用下引起，电化学界面的大容值电容性质由此而来。
 
随着电容在储能上的应用逐渐热门，电化学电容巨大的利用价值被人们认识到。电化学电容填补了电池和传统电容之间的空白。电池适用于长时间低电流的供电需要，电化学电容更适合短时间的大电流放电。
 
对于质量一定的电极活性材料来说，电化学电容的功率密度与最大工作电压和ESR相关，所以电化学电容的电极、电解质材料是关键，决定了它的上限。不同电化学电容在电压承载能力、电容量和功率密度上的表现不尽相同。
 
利用电化学电容快速充放电以及提供瞬时功率输出的是现在很受关注的应用方向，在储能、交通两大行业有着很多有代表性的应用。
 
比如作为汽车的补充电源，电化学电容可以依靠高功率密度优势作为安全冗余电源在电控制动、智能座舱等场景下应用。这种汽车辅助电源应用目前增速也很快。
 
功率型储能应用也很有代表性，现在混合储能系统需要配置电化学电容减少电力系统常规机组的调频压力，为其提供短时、高功率的峰值脉冲。电化学电容的高功率、高可靠、环保特性优势在储能应用上被充分发挥了出来。
 
电化学电容的滤波应用
 
除了类似电池的应用，电化学电容本身的比容量比电解电容高出这么多，理论上非常适合做微型化、集成化的滤波电容。
 
但其实不然，电化学电容受限于并不快速的离子迁移，在高频率响应上一直不太理想，作为滤波电容使用有着比较大的硬伤。即便电化学电容以降低比容值的方式来提高高频响应能力，还是很难将其用作滤波电容，这也是为什么现在很少有这种应用。
 
近期清华大学的研究团队提出了一种电场增强离子迁移的新方案，方案通过提升局部电场强度促进内部离子迁移速率以降低串联内阻，以此来弥补电化学电容器高频特性的不足。
 
根据《Nature》上描述，这是一种超低阻的平面型电化学电容器，通过飞秒激光实现了高密度高一致性的集成。在高频性能与电解电容相当的同时，超低阻的平面型电化学电容器的容值仍然保持了数量级的领先。
 
根据实场验证的披露，这一新型电化学电容器表现出优异的滤波性能和电路兼容性，甚至针对柔性电子电路也表现出优异的稳定滤波能力。这一进展展现了电化学电容应用在传统滤波上的可能性，为未来高集成、微型化的滤波用电化学电容提供了思路。
 
小结
 
储能和汽车应用的火热大大加速了电化学电容用作新型储能器件的发展，而在传统电容的滤波应用电化学电容一直有所欠缺。在当前滤波电容往提高容量、缩小体积、提升性能发展的情况下，电化学电容如果能应用于滤波，无疑将大大改变电容市场。