超級電容器概述

超級電容器概述

用于存儲電能的化學電池的一種替代方案是超級電容器。超級電容器也被稱為雙電層電容器（EDLC），由涂覆在多孔材料中的電極制成，多孔材料通常是碳基的，由電解質分隔，電解質本身被膜分隔。典型的超級電容器結構如下圖所示。

圖1：超級電容器的基本結構

與電池不同，超級電容器通過電極之間電解質中的物理吸附和離子解吸快速儲存和釋放能量。當兩個不同的固相和液相接觸時，正電荷和負電荷在界面上分布一小段距離。沿著這個邊界表面的電荷層被稱為“雙電層”。下圖顯示了雙電層及其像電容器一樣存儲能量的主要功能。

圖2：（a）雙電層和（b）施加外部電壓的電容器

碳基材料的現代進步使多孔電極能夠具有大的表面積，從而產生高的電容密度和小的物理形狀因子。如此高的體積效率使其成為取代小型二次硬幣電池的理想候選者。用于在超級電容器中存儲能量的離子過程也相對較快。該設備可以在幾秒鐘內充滿電，而一個典型的電池可能需要十分鐘到幾個小時才能充滿電。此外，超級電容器的壽命周期沒有理論限制，而鋰離子二次電池的有限壽命約為500次循環。

對于所有類型的器件，電解質特性決定了超級電容器端子的整體電壓。當充滿電時，電壓通常小于3V。建造超級電容器的傳統方法與硬幣電池相當：通過型鍛將下部和上部金屬外殼連接起來，以包圍碳電極和有機電解質。

小電池超級電容器具有高生命周期和快速充電和放電時間等功能，可以將硬幣型電池從物聯網設備、智能電表或醫療設備到汽車電子和工業計算等設備的備用電源中移除。

汽車用超級電容器

在汽車應用中，隨著連接和自動駕駛技術在現代汽車中的吸引力越來越大，在斷電期間對系統備份的需求變得越來越重要。然而，汽車環境異常惡劣，溫度、濕度和振動都很高。傳統的電解電容器和電池在高溫條件下會隨著時間的推移而變干，導致串聯電阻增加和電容退化。

在這種情況下，可以使用專門的超級電容器，使設計工程師免受有限電池壽命的限制。此外，超級電容器的良性開路故障模式與可能導致排氣或點火的典型短路電池故障形成對比。因此，超級電容器是小型備用電池的最具成本效益的替代品，根據負載類型和電流需求，它可以儲存足夠的能量，以提供幾秒到幾天的備用。找元器件現貨上唯樣商城

KEMET的超級電容器

KEMET的微型超級電容器是一種雙電層電容器，它使用了一種獨特的電解質水溶液，該溶液源自NEC的雙電層電解電容器，這是1978年世界上第一個商用電容器。KEMET是世界上唯一一家使用電解質水溶液生產超級電容器的公司。水性電解質具有高導電性、低環境影響、無毒和不易燃性，具有很強的性能和安全性。它們通常也比有機化合物具有更大的吸濕性，從而具有更長的壽命和更好的穩定性。

KEMET的稀硫酸電解質即使在高溫高濕條件下也能保持高耐久性。一種專有的隔膜是由一種高耐熱材料開發的，該材料的孔徑即使在長期使用后也不會閉合，以提高在高溫下的穩健性。KEMET的小型超級電容器采用高強度硫化橡膠粘合，可防止液體電解質泄漏。圖3所示的橫截面說明了這些超級電容器是如何構建的，包括水性電解質、橡膠電極和隔膜。

圖3:KEMET超級電容器結構

這些特性使KEMET的超級電容器成為高可靠性、惡劣環境（包括汽車應用）的理想選擇。KEMET已經發布了兩款符合汽車測試協議的超級電容器。這些電容器是在ISO TS 16949認證工廠制造的，并接受PPAP/PSW和變更控制。

圖4展示了一種這樣的產品，FMD0H334ZF，它提供0.33F和5.5V。這種高容量超級電容器采用樹脂模制封裝，可以進行磁帶和卷軸包裝，并與自動安裝兼容。它是世界上第一款在85°C-85%的高溫高濕環境中額定工作1000小時的超級電容器，并且在-40°C至85°C的工作溫度范圍內符合汽車測試協議。

圖4:KEMET的FMD0H334ZF超級電容器及其結構

圖5描述了另一種產品，FU0H105ZF超級電容器，它在5.5V下提供1F，外包裝由密封的金屬罐制成。該產品符合汽車測試協議，是一種長壽命設備，在85°C下運行時間超過4000小時。當參考汽車儀表板附近的任務剖面時，這種惡劣環境的壽命相當于10年的壽命。

圖5:KEMET的FU0H105ZF及其結構

這些產品的終端材料經過優化，以提高對高濕度、熱沖擊和振動的抵抗力。特別是FU0H105ZF，由于其獨特的電池堆疊技術，經過精心設計，可在不增加接觸電阻的情況下進行多次堆疊。

結論

超級電容器在許多備用電源應用中為電池提供了一種高性能的替代品，提供了更長的循環壽命，避免了設計者擔心電池更換或充電的問題。使用KEMET水性電解質的最新超級電容器是汽車市場所需的尖端儲能設備，具有高電壓、長壽命和耐環境性。KEMET的新型超級電容器非常適合用于汽車、醫療、航空航天、工業和其他需要高可靠性性能的領域。

審核編輯 黃宇