1法拉等于多少安时-超级电容器为什么被称为“超级”?

新人999 2025-01-25 22 0

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超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，它既具有电容器快速充放电的特性，同时又具有电池的储能特性。与传统电容器相比，它具有较大的容量、比能量或能力密度，较宽的工作温度范围和极长的使用寿命;而与蓄电池相比，它又具有较高的比功率，且对环境无污染。那么超级电容器为什么被称为“超级”呢?“超级”在于何处呢?请看下文：

一、简介

超级电容，又名电化学电容，双电层电容器、黄金电容、法拉电容，是从上世纪七、八十年代发展起来的通过极化电解质来储能的一种电化学元件。它不同于传统的化学电源，是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原赝电容电荷储存电能。但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。

二、原理

超级电容器是通过电极与电解质之间形成的界面双层来存储能量的新型元器件。当电极与电解液接触时，由于库仑力、分子间力及原子间力的作用，使固液界面出现稳定和符号相反的双层电荷，称其为界面双层。把双电层超级电容看成是悬在电解质中的2个非活性多孔板，电压加载到2个板上。加在正极板上的电势吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，从而在两电极的表面形成了一个双电层电容器。双电层电容器根据电极材料的不同，可以分为碳电极双层超级电容器、金属氧化物电极超级电容器和有机聚合物电极超级电容器。

三、单位介绍

法拉(farad)，简称“法”，符号是F;

1法拉是电容存储1库仑电量时，两极板间电势差是1伏特1F=1C/1V;

1库仑是1A电流在1s内输运的电量，即1C=1A?S;

1库仑=1安培?秒;

1法拉=1安培?秒/伏特;

电瓶(蓄电池)12伏14安时的放电量=14*3600*1/12=4200 法拉(F)，(注：12伏14安时电瓶是由2v14安时6块串联来的，如果改成6快并联，就等于2v84安时，转换为1v就是168安时)。地球的电容值仅有1-2F左右。

四、结构

超级电容器结构上的具体细节依赖于对超级电容器的应用和使用。由于制造商或特定的应用需求，这些材料可能略有不同。所有超级电容器的共性是，他们都包含一个正极，一个负极，及这两个电极之间的隔膜，电解液填补由这两个电极和隔膜分离出来的两个的孔隙。

超级电容器的结构如图所示.是由高比表面积的多孔电极材料、集流体、多孔性电池隔膜及电解液组成。电极材料与集流体之间要紧密相连，以减小接触电阻;隔膜应满足具有尽可能高的离子电导和尽可能低的电子电导的条件，一般为纤维结构的电子绝缘材料，如聚丙烯膜。电解液的类型根据电极材料的性质进行选择。

上图中各部分为：(1)：聚四氟乙烯载体;(2)(4)：活性物质压在泡沫镍集电极上;(3)：聚丙烯电池隔膜。

超级电容器的部件从产品到产品可以有所不同。这是由超级电容器包装的几何结构决定的。对于棱形或正方形封装产品部件的摆放，内部结构是基于对内部部件的设置，即内部集电极是从每个电极的堆叠中挤出。这些集电极焊盘将被焊接到终端，从而扩展电容器外的电流路径。

对于圆形或圆柱形封装的产品，电极切割成卷轴方式配置。将电极箔焊接到终端，使外部的电容电流路径扩展。

五、特点

与蓄电池和传统物理电容器相比，超级电容器的特点主要体现在：

(1)功率密度高。可达102～104 W/kg，远高于蓄电池的功率密度水平。

(2)循环寿命长。在几秒钟的高速深度充放电循环50万次至100万次后，超级电容器的特性变化很小，容量和内阻仅降低10%～20%。

(3)工作温限宽。由于在低温状态下超级电容器中离子的吸附和脱附速度变化不大，因此其容量变化远小于蓄电池。商业化超级电容器的工作温度范围可达-40℃～ 80℃。

(4)免维护。超级电容器充放电效率高，对过充电和过放电有一定的承受能力，可稳定地反复充放电，在理论上是不需要进行维护的。

(5)绿色环保。超级电容器在生产过程中不使用重金属和其他有害的化学物质，且自身寿命较长，因而是一种新型的绿色环保电源。

六、分类

对于超级电容器来说，依据不同的内容可有不同的分类方法。

1.不同的储能机理

根据不同的储能机理，超级电容器可分为双电层电容器和法拉第准电容器两大类。其中，双电层电容器主要是通过纯静电电荷在电极表面进行吸附来产生存储能量。法拉第准电容器主要是通过法拉第准电容活性电极材料(如过渡金属氧化物和高分子聚合物)表面及表面附近发生可逆的氧化还原反应产生法拉第准电容，从而实现对能量的存储与转换。

2.电解液种类

根据电解液种类，可分为水系超级电容器和有机系超级电容器两大类。

3.活性材料的类型

根据活性材料的类型是否相同，可分为对称超级电容器和非对称超级电容器。

4.电解液的状态形

根据电解液的状态形式，又可将超级电容器分为固体电解质超级电容器和液体电解质超级电容器两大类。

七、主要参数

1.放电：在脉冲充电技术里，电容内阻是重要因素;在小电流放电中，容量又是重要因素。

2.充电：电容充电有多种方式，如恒流充电、恒压充电、脉冲充电等。在充电过程中，在电容回路串接一只电阻，将降低充电电流，提高电池的使用寿命。

3.寿命：超级电容器的内阻增加，则容量降低j在规定的参数范围内，它的有效使用时间是可以延长的，一般跟它的特点第4条所规定的有关。影响寿命的是活性干涸、内阻加大，存储电能能力下降至63.2%称为寿命终结。

4.温度：超级电容器的正常操作温度是-40~70℃。温度与电压是影响超级电容器寿命的重要因素。温度每升高5℃，电容器的寿命将下降10%。在低温下，提高电容器的工作电压，电容器的内阻不会上升，可提高电容器的使用效率。

5.电压：超级电容器有一个推荐电压和一个工作电压如果使用电压高于推荐电压，将缩短电容器的寿命，但是电容器能连续长期工作在过高压状态下，电容器内部的活性炭将分解形成气体，有利存储电能，但不能超过推荐电压的1.3倍，否则将会因电压超高而损坏超级电容器。