双电层电容器

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麦克斯韦技术英语Maxwell Technologies产品系列超级电容器.

雙電層電容器(EDLC)有時也稱為電雙層電容器,或超级電容器,是拥有高能量密度的电化学电容器,比傳統的电解电容容量高上數百倍至千倍不等。[1]

一个標準電池大小的电解电容电容为几十微法拉,但同样大小的EDLC的則可以达到几法拉,差別可達五个数量级。截至在2010年,最高商业化双电层电容器的能量密度为30 W⋅h/kg (0.1 MJ/kg)。高达85 W⋅h/kg的能量密度已在室温实验室实现,但仍然比锂电池低。

2011年,在实验室的雙電層電容器的能量密度提高了一個數量级。EDLC的价格亦正在下降:在2000年成本為5000美元的3 kF电容在2011年只需50美元。

双电层电容器主要用于能源储存,而非通用电路元件,特别适用于精密能源控制和瞬间负载设备。EDLC也有作为能量储存和KERS设备在车辆使用,另外亦有用於其他小型系統,例如需要快速充/放電的家用太阳能系统。

超级电容器及相关类型的分层分类.

概念[编辑]

比较三个电容的原理。
左:“正常”的电容器
中:电解电容
右:双电层电容器

在传统的电容器中,电荷电场中会受力而移动,当导体之间有了介质,则阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上,造成电荷的累积储存,储存的电荷量则称为电容。

双电层电容器的原理:插入电解质溶液中的金属电极表面与液面两侧会出现符号相反的过剩电荷,从而使相间产生电位差。那么,如果在电解液中同时插入两个电极,并在其间施加一个小于电解质溶液分解电压的电压,这时电解液中的正、负离子在电场的作用下会迅速向两极运动,并分别在两上电极的表面形成紧密的电荷层,即双电层,它所形成的双电层和传统电容器中的电介质在电场作用下产生的极化电荷相似,从而产生电容效应,紧密的双电层近似于平板电容器,但是,由于紧密的电荷层间距比普通电容器电荷层间的距离更小得多,因而具有比普通电容器更大的容量。双电层电容器没有传统的电介质,而是使用绝缘体隔开。这个绝缘层可以让电解液中的正负离子通过。该电解液本身不能传导电子。所以当充电结束后,电容器内部不会发生漏电(电子不会从一极流向另外一极)。当放电的时候,电极上的电子通过外部电路从一极流向另外一极。结果是电极与电解液中的离子吸附显著降低。从而使电解液中的正负离子重新均匀分布开来。

双电层电容器具有远高于电池的功率密度

因此,虽然现有的双电层电容器的能量密度是传统电池的1/10,但其功率密度是后者的10至100倍。它们适用于电化学电池(持续的能量释放),静电电容器 (瞬间能量释放)之间的应用。

缺點[编辑]

  • 能量密度低于電化學電池;
  • 存在介質吸收效应;
  • 高自放電 - 大大高於電化學電池
  • 工作电压低;
  • 非常低的內部電阻允許極快速放電,有发生電火花的危險;
  • 循环周期内电压变化幅度大,放电不平稳,往往需搭配DC-DC电路。

优点[编辑]

  • 寿命长;
  • 每周期的成本低;
  • 可逆性好;
  • 充电和放电效率高;
  • 非常低的内部电阻(ESR);
  • 高周期效率(95%以上);
  • 高输出功率;
  • 功率密度高。根据ITS(戴维斯,加利福尼亚交通研究学院)的测试结果,双电层电容器的功率密度可超过6kW/kg,效率为95%;
  • 一般采用腐蚀性较低,或无腐蚀性的中性电解质,提高了使用和储存的安全性。

参考文献[编辑]

外部链接[编辑]