電化學電容為電容濾波應用帶來新思路

電子發燒友網報道（文/李寧遠）電容依靠儲存電荷和不使直流電流通過這兩大基本性質，以各種形式被應用在日常使用的電子產品的電路中，發揮著重要作用。

不同的電壓等級和不同容值下，電容器有很多種細分的類別，從小容值到大容值大致上分為陶瓷電容、薄膜電容、鋁電解電容。而在超高容值范圍里還有電化學電容，也稱其為超級電容。

電化學電容，電容特性與電池特性的綜合體

電化學電容具有比傳統的電介質電容高出數十倍甚至數百倍以上的質量比電容，這是它最明顯的特征，這一特征由電極表面的雙電層電容和氧化還原反應導致的“假電容”的共同作用下引起，電化學界面的大容值電容性質由此而來。

隨著電容在儲能上的應用逐漸熱門，電化學電容巨大的利用價值被人們認識到。電化學電容填補了電池和傳統電容之間的空白。電池適用于長時間低電流的供電需要，電化學電容更適合短時間的大電流放電。

對于質量一定的電極活性材料來說，電化學電容的功率密度與最大工作電壓和ESR相關，所以電化學電容的電極、電解質材料是關鍵，決定了它的上限。不同電化學電容在電壓承載能力、電容量和功率密度上的表現不盡相同。

利用電化學電容快速充放電以及提供瞬時功率輸出的是現在很受關注的應用方向，在儲能、交通兩大行業有著很多有代表性的應用。

比如作為汽車的補充電源，電化學電容可以依靠高功率密度優勢作為安全冗余電源在電控制動、智能座艙等場景下應用。這種汽車輔助電源應用目前增速也很快。

功率型儲能應用也很有代表性，現在混合儲能系統需要配置電化學電容減少電力系統常規機組的調頻壓力，為其提供短時、高功率的峰值脈沖。電化學電容的高功率、高可靠、環保特性優勢在儲能應用上被充分發揮了出來。

電化學電容的濾波應用

除了類似電池的應用，電化學電容本身的比容量比電解電容高出這么多，理論上非常適合做微型化、集成化的濾波電容。

但其實不然，電化學電容受限于并不快速的離子遷移，在高頻率響應上一直不太理想，作為濾波電容使用有著比較大的硬傷。即便電化學電容以降低比容值的方式來提高高頻響應能力，還是很難將其用作濾波電容，這也是為什么現在很少有這種應用。

近期清華大學的研究團隊提出了一種電場增強離子遷移的新方案，方案通過提升局部電場強度促進內部離子遷移速率以降低串聯內阻，以此來彌補電化學電容器高頻特性的不足。

根據《Nature》上描述，這是一種超低阻的平面型電化學電容器，通過飛秒激光實現了高密度高一致性的集成。在高頻性能與電解電容相當的同時，超低阻的平面型電化學電容器的容值仍然保持了數量級的領先。

根據實場驗證的披露，這一新型電化學電容器表現出優異的濾波性能和電路兼容性，甚至針對柔性電子電路也表現出優異的穩定濾波能力。這一進展展現了電化學電容應用在傳統濾波上的可能性，為未來高集成、微型化的濾波用電化學電容提供了思路。

小結

儲能和汽車應用的火熱大大加速了電化學電容用作新型儲能器件的發展，而在傳統電容的濾波應用電化學電容一直有所欠缺。在當前濾波電容往提高容量、縮小體積、提升性能發展的情況下，電化學電容如果能應用于濾波，無疑將大大改變電容市場。