了解超级电容器:类型、工作原理和应用说明;术语“超级”被添加到许多其他术语中。只要你听到或读到“超级”,你就知道它会很出色。电气世界中一个以“超级”为前缀的术语是超级电容器。那么,什么是超级电容器?如果你无法回答这个问题,请继续阅读这篇文章。
本博客将回答这个问题并揭示有关超级电容器的其他几点。因此,请从下面开始阅读,深入了解超级电容器的具体内容。
什么是超级电容器?
超级电容器又称为超级电容器或电双层电容器 (EDLC),与其他普通电容器相比,超级电容器具有非常高的电容值。这些高电容电容器的电压限制较低。选择这些电容器而非普通电容器的主要原因是它们具有更高的功率密度。超级电容器安全且易于使用,并且功耗更低。
超级电容器的工作原理
超级电容器通过储存电能来工作。它将电能储存在通过在电解质-电极界面上形成薄电荷层而产生的两个静电双层之间。要了解超级电容器的工作原理,您必须知道电容器的电容值始终与其导电板的表面积成正比。超级电容器的电容值非常高。因此,它存储的电荷值很高。此外,电容大小与板之间的距离成反比。超级电容器中的该距离明显较短,从而导致电容值较高。
超级电容器的金属板上覆盖有多孔材料或纳米材料,如典型的碳或活性炭。这些电容器使用静电来储存能量。这些电容器在电解质溶液中的两个板之间产生正负电荷离子。这是因为在有电压供应的情况下,一个板会产生正电荷,而另一个板会产生负电荷。结果,负离子被吸引到带正电的板上,而正离子被吸引到带负电的板上。最终导致在板的内表面上沉积一层薄薄的离子涂层。
离子沉积在镀层上会产生静电双层。该层类似于串联电容器的层。这两个电容器之间的距离非常小。因此,每个电荷都具有高电容,电极面积也很大。
超级电容器的类型
以下是三种类型的超级电容器。
静电双层电容器
第一种超级电容器是静电双层电容器。这些超级电容器由隔膜、电解质和两个电极组成。电解质是溶解在水中的含有负离子和正离子的混合物。隔膜将这些电容器的两个电极分开。它们具有碳电极或衍生物,具有相对较高的静电双层电容。与传统电容器相比,这些电容器中的电荷分离较小,范围为 0.3 至 0.8 nm。
伪电容器
伪电容器是指机电伪电容器。这些超级电容器使用具有高电化学伪电容的导电聚合物或金属氧化物电极。伪电容器通过在电解质和电极之间转移电子电荷来存储电能,这是通过氧化还原反应完成的。
混合电容器
另一种超级电容器是混合电容器。这些电容器结合了伪电容器和双层电容器的技术。它们的电极特性不同。混合电容器的一个电极能够显示静电电容,另一个电极具有电化学电容。锂离子电容器是这类电容器的典型例子。
超级电容器的优点和缺点
优点
- 与电池和电解质电容器相比,超级电容器具有较高的能量存储容量。这是因为它们使用活性炭材料来增加其电容值。
- 超级电容器的使用寿命比电池长。这是因为电池会因储存能量并通过电极材料内部的化学反应释放能量而提前退化。
- 超级电容器可以在短时间内提供较大的功率爆发和较高的功率密度。
- 这些电容器需要很短的时间来充电并供应频繁的高功率需求峰值。
缺点
- 超级电容器的自放电率很高。
- 它们的电压限制较低,需要串联才能产生高电压。
- 这些电容器具有所有类型电容器中最高的介电吸收率。
- 线性电压放电使得无法利用整个能量谱。
超级电容器的应用
由于其高存储能力,超级电容器被用于不同的领域。超级电容器的一些最重要的应用如下。
- 交通运输领域大量使用这些电容器。超级电容器在此领域的一个显著应用是混合动力公交车,它与电池结合使用,可延长电池寿命并减小尺寸。
- 平板电脑、笔记本电脑、智能手机和其他存储设备都是使用超级电容器开发的。它们还用于 LED 闪光灯装置。
- 超级电容器还用于可再生能源领域。它们用于为风能发电系统中的桨距控制提供电力。
- 超级电容器在节能服务领域正在迅速得到应用。
- 它们还用于汽车工业,在几秒钟内为车辆提供储存的能量。
- 它们还应用于交通、工业、医药、音乐和军事等领域。
电容器和超级电容器之间的区别
区分因素 | 电容器 | 超级电容器 |
工作准则 | 商店充电 | 商店带静电 |
介电材料 | 空气、陶瓷、塑料薄膜 | 金属氧化物、碳气凝胶、活性炭 |
电容 | 几法拉 | 数千法拉 |
能量密度 | <1 瓦时/千克 | 5-10瓦时/千克 |
功率密度 | ~100 瓦/千克 | ~10 千瓦/千克 |
充电时间 | 秒到小时 | 分钟 |
放电时间 | 秒到小时 | 分钟 |
阅读更多:- 什么是电容器以及它如何工作?
总结
超级电容器对需要高电容的行业来说是一种福音。不同类型的超级电容器在各个行业中有着不同的应用。如果您的行业也使用超级电容器,请只购买质量最好的产品以获得高功能性。在这里,您会遇到施耐德电子商店,它将超级电容器送到您家门口。因此,在线购物可以同时享受高耐用性、功能性和便利性。
经常问的问题
Q1. 超级电容器能使用多长时间?
答:超级电容器的使用寿命很长。它们通常超过一百万次充电和放电循环。这些设备的长寿命是由于它们的能量存储具有静电特性,不会因没有化学变化而导致性能下降。
Q2. 超级电容器使用安全吗?
答:是的,超级电容器由于其坚固的设计而可以安全使用。此外,它们不含有害物质。这些设备不会发生热失控,而热失控是锂离子电池中的一个重要问题。这降低了超级电容器发生火灾和爆炸的风险。
Q3. 影响超级电容器性能的因素有哪些?
答:超级电容器的性能受以下因素影响。
- 工作电压
- 温度
- 循环寿命