超级电容将替代可充电电池

超级电容以前主要用作大功率电源和大型工业与消费类电源设备，如今在各种尺寸的产品、尤其是便携式设备中也寻找了用武之地。超级电容以超过数千法拉的电容值和较慢充放电速率而闻名于世。　　由于需要长时间存储大量的电能，超级电容展现出得更加看起来电池而不是一个标准电容。

事实上，随着技术的变革，它们将替代众多产品中的可充电电池，从计算机、数码相机、手机到其它手执设备。　　超级电容是什么？　　非常简单地说道，超级电容是一种十分大的极化电解质电容。

这里的lsquo;大rsquo;所指的是容量，而不是它们的物理尺寸。　　的确，对于普通的电解电容来说，电容值和/或电压值越大，整个PCB也越大。电解电容一般来说获取微法拉数量级的电容值，从约0.1uF到大约1F，其电压标称值最低平均1kVdc。

一般来说，额定电压越高，电容值就就越小，而电容值越大，PCB也就越大，而且工作电压也可能会减少。　　这些规则基本上也限于于超级电容。超级电容的容值在1F以上，工作电压范围从1.5V到160V甚至更高。随着电容值和电压减少，其体积也不会减少。

　　电容值在数十法拉左右的早期超级电容是个大块头，主要用作大型电源设备。具备低电压工作能力的小体积超级电容则常用不作消费电子设备中的短期可用电源。　　尽管超级电容和电解电容不存在相当大的相似性，但在电气性能和物理尺寸方面也有相当大的差异。

例如，一个普通的10uF、25Vdc额定电压电解电容尺寸有可能额大于甚至等同于1F到10F、2.7Vdc的超级电容。随着最近技术的变革，将超级电容的工作电压提升到25Vdc时，尺寸减少将近一倍，根据明确应用于场合，这样的体积变化有可能并不十分明显。　　剖析超级电容　　应以谈，人们可以将超级电容看做是一个可充电电池。

它能存储与其容量成正比的电荷，并在拒绝静电时获释电荷。超级电容与电解电容的仅次于区别是其电子双层架构，它能构建更高的容量。　　　　标准电容的结构是在两个附属于金属板上的电极之间夹一层电介质层（图1）。

根据电容类型有所不同，电介质可以是氧化铝、四水解钽、氧化钛钡或聚丙烯聚酯，有所不同的材料要求了有所不同的容量和电压特性（图2）。电介质的多少和极板间的距离也不会影响电容量。然而，极板间仅次于容许距离容许了电介质的数量。

　　　　在这种单层结构中，减少电介质数量来提升容量一般来说是不切实际的，方法有三种，即减少PCB宽度和极板尺寸、减少PCB长度和减少极板距离或这两种方法的人组。这三种方法都将造成电容器的体积逆大，这是减少电容容量必需作出的一种壮烈牺牲。

　　双电层电容器（EDLC）正如它的字面意义那样可以解决问题上述问题，它在完全相同的PCB内减少了第二个电介层，这个电介层与第一层在中间隔绝物的两边分段工作（图3）。EDLC也使用无孔电介质，如活性碳、碳纳米管、炭黑凝胶，并搭配导电聚合物，其存储容量要比标准的电解材料高达许多。额外层和更加高效电介材料的这种人组能使电容容量提升近4个数量级。

　　　　不过，电压能力是超级电容的薄弱环节，根源在于电介质材料。EDLC中的电介质尤其厚，只有纳米数量级，因此能产生相当大的表面积，从而构成更大的容量。但这些外壳的层不具备传统电介质理想的绝缘特性，因此拒绝较低的工作电压。

　　超级电容应用于　　与标准电容和电池比起，EDLC的多个优点使得它们能沦为理想的替代品。这些优点还包括：与可反复充电电池比起充放电次数更加多，实际效率高约98%，更加较低的内部电阻，大输出功率，更佳的热性能，与电池和标准电容比起有更佳的安全性余量。　　与所有类型的电池有所不同，EDLC没类似的处置拒绝，因此在整个生命周期内都具备环境友好特性。

以前又大又轻巧的超级电容现在早已有了各种尺寸的产品，可以合适任何应用于以及完全任何支出。　　针对便携式设备的超级电容　　如前所述，大电容值的超级电容在物理尺寸方面仍然是一个障碍。5F以上的超级电容早已开始应用于许多便携式和手持式产品。在一些案例中，这些元件甚至可以替换给这些产品供电的电池。

　　TecateGroup发售了具备多样配备的多种PowerBurst品牌超级电容器。针对标准化的脉冲电源、混合电池和便携式产品应用于，径向引线的TPL和径向折弯的TPLS系列双层电容器分别具备0.5F到70F和100F到400F的容量（图4）。这两类器件的电压额定值都是2.7V，工作温度范围是-40℃到65℃。

TPL和TPLS系列的仅次于高度分别是45mm（100F）和60mm（400F）。　　　　CAP-XX公司专门针对便携式市场发售了GS/GW系列单节和双节超级电容器（图5）。这些电容获取了电能受限的电池的替代品，寿命十分宽，单节配备电压为2.3V，串联相连的双节电容器电压平均4.5V。　　　　这两种电容的工作温度范围都是-40℃到75℃。

GW系列产品的外形尺寸为28.5x17mm，电压4.5V时的电容量最低为0.4F，等效串联电阻（ESR）高于60mOmega;。GS系列产品的外形尺寸为39x17mm，电压4.5V的电容量平均0.7F，ESR较低至34mOmega;。

　　某种程度针对灵活空间设计但可耐更高温度的CAP-XX公司HS和HW系列电容器具备外壳的外壳，工作温度范围是-40℃到85℃（图6）。在4.5到5.5V电压范围内，HW的尺寸为28.5x17mm。在5.5V电压时的电容量平均0.4F，ESR在5.5V时可低至100mOmega;。　　　　这些元件的厚度范围从0.9mm到2.9mm平均。

电容量平均0.7F的HS系列外形尺寸为39mmx17mm，厚度范围某种程度为0.9mm到2.9mm，大于ESR为55mOmega;。这两个系列的超级电容可以处置高达20A的脉冲电流，额定的RMS电流为4A。

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