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為什么被稱為超級(jí)電容?超級(jí)電容怎么用?

貿(mào)澤電子 ? 來源:貿(mào)澤電子 ? 2024-10-24 10:15 ? 次閱讀

說起電容的作用,很多電子人脫口而出:濾波。沒錯(cuò),這是大部分電容在電路中的作用,但有一種電容生而不是為了濾波,那就是超級(jí)電容。本期貿(mào)澤科普實(shí)驗(yàn)室,momo就為大家說一說超級(jí)電容——

正如視頻所講到的,超級(jí)電容,在本質(zhì)上,無疑是電容家族的一員,但其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)賦予了它超乎尋常的能力——即能夠存儲(chǔ)更為龐大的電荷量,從而開辟了更廣闊的應(yīng)用前景。接下來,讓我們“扒開”超級(jí)電容的“外衣”,從內(nèi)至外,好好的研究一番,為什么被稱為超級(jí)電容?超級(jí)電容怎么用?

01為什么被稱為超級(jí)電容?

一是超級(jí)電容容量超級(jí)大。電路板上,隨處可見的電容容量多是nf或者μf級(jí)別的,容量比較小。而超級(jí)電容的容量遠(yuǎn)超傳統(tǒng)電容,直接到法拉級(jí),容量可達(dá)數(shù)萬法。

二是超級(jí)電容個(gè)頭超級(jí)大。有多大呢,與普通電容對(duì)比一下就知道了。下圖中左手是超級(jí)電容,右手鑷子上的就是普通的多層陶瓷電容。

超級(jí)電容有這么大的容量,這是因?yàn)樗?dú)特的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

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▲ 左側(cè)為普通電容,右側(cè)為超級(jí)電容

兩端電極使用了活性炭,其表面有細(xì)小的孔,因此電極表面積成倍擴(kuò)大。而表面積越大就越能更多的蓄電,因此超級(jí)電容實(shí)現(xiàn)了非常高的靜電容量。

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當(dāng)超級(jí)電容器的兩個(gè)極板上施加外電壓時(shí),極板的正電極存儲(chǔ)正電荷,負(fù)極板存儲(chǔ)負(fù)電荷,在兩極板上電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)作用下,電解液與電極間的界面處形成極性相反的電荷用以平衡電解液的內(nèi)電場(chǎng),這樣的正電荷與負(fù)電荷在活性炭和電解液的接觸面上,以正負(fù)電荷之間極短間隙排列在相反的位置上,這個(gè)電荷分布層也叫做雙電層。當(dāng)兩極板間電勢(shì)低于電解液的氧化還原電極電位時(shí),電解液界面上電荷不會(huì)脫離電解液,超級(jí)電容器為正常工作狀態(tài),如電容器兩端電壓超過電解液的氧化還原電極電位時(shí),電解液將分解,為非正常狀態(tài)。在超級(jí)電容器放電過程中,正、負(fù)極板上的電荷被外電路釋放,電解液的界面上的電荷相應(yīng)減少。

02超級(jí)電容適不適合濾波?

前面了解了超級(jí)電容的結(jié)構(gòu)、工作原理,那么問題又來了,在開發(fā)板上我們?cè)趺礇]有見過使用超級(jí)電容來濾波呢?

回答這個(gè)問題前,先來簡(jiǎn)單的科普下電容的濾波原理,非常簡(jiǎn)單,當(dāng)輸入脈動(dòng)電壓高于電源兩端電壓時(shí),電容開始充電;當(dāng)輸入脈動(dòng)電壓低于電容兩端電壓時(shí),電容開始放電,補(bǔ)充了輸入脈動(dòng)電壓的下降,從而降低了脈動(dòng)電壓。這就是利用了電容可以充、放電的原理。

下圖是常見的橋式整流濾波電路:

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通過修改濾波電容C1的容值,看看不同容值下的濾波效果:

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很明顯,當(dāng)電容增大到一定容值之后,即使再用更大的電容,輸出的變化已經(jīng)非常小了。所以,超級(jí)電容的容值雖然很大,但是在很多電路中對(duì)濾波的作用不大。

不用超級(jí)電容濾波還有另外兩個(gè)原因:

1)尺寸受限,超級(jí)電容的大尺寸,決定現(xiàn)在很多對(duì)產(chǎn)品尺寸要求嚴(yán)格的場(chǎng)合不會(huì)用;

2)成本高,這是超級(jí)電容和普通電容的價(jià)格對(duì)比:

03超級(jí)電容的真正用武之地

超級(jí)電容容量大,存儲(chǔ)的電荷那么多,是不是可以當(dāng)作電池來用呢?

這就要了解超級(jí)電容的特性:

高能量釋放能力:超級(jí)電容器的容量很大,能夠在短時(shí)間內(nèi)釋放大量能量,提供瞬時(shí)大電流;

快速充放電:超級(jí)電容能夠在極短的時(shí)間內(nèi)完成充放電過程,甚至可以在幾秒鐘內(nèi)充滿電;

長(zhǎng)循環(huán)壽命:超級(jí)電容器的充放電循環(huán)次數(shù)可達(dá)數(shù)百萬次以上

環(huán)保與安全:超級(jí)電容器不含有害物質(zhì),對(duì)環(huán)境友好,符合現(xiàn)代綠色環(huán)保理念。相比鋰離子電池等傳統(tǒng)電池,超級(jí)電容器在過充、過放、短路或高溫條件下的安全性更高,不易發(fā)生爆炸或起火。

寬工作溫度范圍:超級(jí)電容器的工作溫度范圍廣泛,可以在極端氣候條件下穩(wěn)定工作,具有較高的可靠性和穩(wěn)定性。

轉(zhuǎn)換效率高:超級(jí)電容器在電能轉(zhuǎn)換過程中損失較小,能量轉(zhuǎn)換效率高。還可以串并聯(lián)組成超級(jí)電容組,以儲(chǔ)存更多電量,滿足更大規(guī)模的能源需求。

這里,我們把超級(jí)電容和電池做一下參數(shù)對(duì)比:

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超級(jí)電容的這些特性和優(yōu)點(diǎn),在某些特定的場(chǎng)合可以取代電池,比如:

電源備份:在系統(tǒng)供電電源斷開時(shí),超級(jí)電容放電提出高輸出的備份電源,可以讓系統(tǒng)完成重要的數(shù)據(jù)保存、發(fā)出報(bào)警信號(hào)。1F—5F左右容量的單體超級(jí)電容就足夠了。

光伏發(fā)電儲(chǔ)能,太陽能等新能源發(fā)電:受太陽強(qiáng)度影響,發(fā)電不穩(wěn)定,可以先存在超級(jí)電容中,然后再輸出穩(wěn)定的電源。

新能源汽車的低壓系統(tǒng)主電源或高壓的輔助電源:通過串聯(lián)超級(jí)電容,提高工作耐壓,在12v和48v的電子系統(tǒng)中,超級(jí)電容大有可為。

總結(jié)就是超級(jí)電容適用于需要快速充放電、高功率需求但能量需求不高、長(zhǎng)壽命和高可靠性、備用電源和瞬時(shí)功率支持、需要低溫性能以及對(duì)環(huán)境影響較小的多種場(chǎng)合。

提醒大家,超級(jí)電容雖好,但使用要得當(dāng),使用不當(dāng)就會(huì)引發(fā)電容爆炸事故。在使用時(shí),需要注意:

超級(jí)電容的耐壓,尤其是在串聯(lián)使用時(shí),需要控制好電壓平衡,

超級(jí)電容具有固定的極性,使用前務(wù)必檢查極性是否正確;

在焊接超級(jí)電容時(shí),需要控制好溫度和時(shí)間,以免過熱降低使用壽命;

安裝時(shí),禁止強(qiáng)制傾斜或扭動(dòng),影響超級(jí)電容的性能。

關(guān)于超級(jí)電容的名字由來,內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理、關(guān)鍵參數(shù)、應(yīng)用場(chǎng)合,就介紹這么多。如果您對(duì)超級(jí)電容還有疑問,歡迎在評(píng)論區(qū)留言討論。

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點(diǎn)僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場(chǎng)。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請(qǐng)聯(lián)系本站處理。 舉報(bào)投訴
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原文標(biāo)題:貿(mào)澤科普實(shí)驗(yàn)室|“扒開”超級(jí)電容的“外衣”,看看超級(jí)電容“超級(jí)”在哪兒

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