超级电容器均衡方案设计综述
超级电容器均衡方案设计综述先
王志鹏，韦莉，顾帅，张逸成，胡燕双
【摘要】摘要:综述了各种串联超级电容器组的电压均衡技术,并总结了常见均衡控制策略，从拓扑结构、均衡速度、均衡效率、成本、复杂性、控制策略等角度对比总结了多种均衡技术的特点。基于Matlab/Simulink仿真研究了几种典型均衡方案的性能,为超级电容器储能系统均衡方案的设计提供了参考。分析了超级电容器在实际应用场合中的工作特点和适合的均衡方案Z并通过对超级电容器均衡技术研究现状的总结,展望了未来超级电容器均衡管理系统值得深入探索的方向。
【期刊名称】电器与能效管理技术
【年(卷),期】2015(000)018
【总页数】7
【关键词】关键词:超级电容器;电压均衡;控制策略;MatIab/Simulink仿真
0引言
超级电容器作为新型储能器件，具有功率密度高、充放电速度快、循环寿命长、工作范围宽等优点［1-2 L因此，其在城市有轨电车再生制动、智能电网电压补偿和新能源汽车混合储能系统等应用场合具有广阔前景［3 ］o然而超级电容器自身单体电压较低,在应用中往往需要大规模串并联使用［4 ］,同时由于材料、制造水平等因素的制约Z超级电容器单体间等效容值、等效串联电阻值等参数存在明显的不一致性［5 ］,导致超级电容器模块性能因木桶效应受特性最差单体制约［6 ］,还会随时间和循环次数不断增大，影响超级电容器模块输出持性和
寿命［7 ］,甚至引发故障［8 J o因此，为提升超级电容器储能模块的性
超级电容器综述
题目超级电容器技术综述 学号 班级_____________ 学生 _______________ 扌旨导教师_______ 杨莺_________________ ______ 2014 _______ 年
超级电容器技术综述 摘要：近年来，随着经济的迅猛发展，人们在实际应用中对储能装置各项技术指标的需求不断提高，而当前电池的标准设计能力已经逐渐无法满足人们的要求，超级电容器应运而生。超级电容器是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。作为一种新的储能元件,它填补了传统电容器和电池之间的空白, 能提供比普通电容器更高的能量和比二次电池更高的功率以及更长的循环寿命, 同时还具有比二次电池耐温和免维护的 优点。本文主要针对超级电容器的储能机理、超级电容器电极材料、超级电容器的发展动态以及未来应用的展望进行了简单的论述。 关键词：超级电容器；储能机理；活性炭；发展现状；应用展望。 A Review of the technology of super capacitor Abstract ：In recent years，With the rapid development of economy，People advance the need that can equip each technique index sign to continuously raise at practical application 。But the standard design ability of the current battery have already canned not satisfy people's request gradually ，The super capacitor emerges with the tide of the times 。The super capacitor is a kind of new energy storing device, it has many characteristics such as short refresh time, long service life, good temperature characteristic, energy conservation,Environment protecting.As a new kind energy storage element, it filled up traditional capacitor and the blank of battery.It can provide energy than the common capacitor higher and the power than secondary battery higher and the longer circulating life.Meanwhile it has the advantage of rating of temperature and no maintenance than secondary battery.The text mainly aims at the keeping of super capacitor development dynamic state of ability mechanism, super capacitor electrode material, super capacitor and in the future apply of the outlook carried on simple treatise. Key Words ：super capacitor; The energy storage mechanism; active carbon; development trend; Application trend . 引言近几年出现的超级电容器，它兼有物理电容和电池的特性，是人们未来探索的确定方向。超级电容器是比物理电容器更好的储能元件。目前，用于超级电容器的电极材料主要是炭材料，由于一些炭材料比如氧化锰低价高能，所以受到很多科学家的青睐。超级电容器自面市以来，全球需求量快速扩大，已成为化学电源领域内新的产业亮点。超级电容器在电动汽车、混合燃料汽车、特殊载重汽车、电力、消费性电子产品等众多领域有着巨大的应用价值和市场潜力，被世界各国所广泛关注。就目前的国际形势来看，超级电容器有着很大的应用前景。 1 超级电容器概述 1.1超级电容器的定义及特点
知识讲解 静电感应 电容器
物理总复习： 静电感应 电容器 编稿：xx 审稿：xx 【考纲要求】 1、知道静电感应现象； 2、知道什么是电容器以及常用的电容器； 3、理解电容器的概念及其定义，并能进行相关的计算； 4、知道平行板电容器与哪些因素有关及4S C kd επ=。 【考点梳理】 考点一、静电平衡 1、静电平衡状态 （1）静电平衡状态的定义：处于静电场中的导体，当导体内部的自由电荷不再发生定 向移动时，我们说导体达到了静电平衡状态。 （2）静电平衡状态出现的原因是：导体在外电场的作用下，两端出现感应电荷，感应 电荷产生的电场和外电场共同的作用效果，使得导体内部的自由电荷不再定向移动。（导体 内部自由电荷杂乱无章的热运动仍然存在着） 2、静电平衡状态的特点 要点诠释： （1）处于静电平衡状态的导体，内部电场强度处处为零。 导体内部的场强E 是外电场E 0和感应电荷产生的场E /的叠加，即E 是E 0 和E '的矢量和。当导体处于静电平衡状态时，必定有感应电荷的场与外电场大小相等、方向相反，即：E 0 =－E '。 （2）处于静电平衡状态的导体，其表面上任何一点的电场强度方向与导体表面垂直。 如果导体表面的场强不与导体表面垂直，必定存在着一个切向分量，这个切向分量就会使得导体表面的自由电荷沿着表面切线方向运动，那么，导体所处的状态就不是平衡状态，与给定的平衡状态相矛盾，所以导体表面的场强方向一定与导体表面垂直。 （3）达到静电平衡状态下的导体是一个等势体，导体表面是一个等势面。 由上面的思考题知道，无论是在导体内部还是在导体的表面上或者是由导体的内部到表面上移动电荷，电场力都不做功，这就说明了导体上任何两处电势差为零，即整个导体处处等势。 （4）静电平衡状态导体上的电荷分布特点： ①导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面 ②导体表面越尖锐的地方电荷密度越大，凹陷的地方几乎没有电荷。 3、静电屏蔽及其应用 要点诠释： （1）静电屏蔽：将电学仪器用金属外壳或者金属网包围起来，以防止外电场对它的影响，金属网或者金属壳的这种作用就叫做静电屏蔽。 （2）实验及解释：如图甲所示，使带电的导体接近验电器，静电感应使得验电器的金箔张开。若用一个金属网将验电器罩住，再使带电金属球靠近，验电器的金箔不会张开，如图乙所示，即使用导线把验电器和金属网连接，箔片也不张开。可见金属网可以把外电场遮住——由于静电感应使金属网内部场强为0，使内部不受外电场的影响。
人教版选修3-1 静电场 1.10深入理解电容器的电容(习题+解析)
高中物理深入理解电容器的电容 （答题时间：30分钟） 1. 如图所示，一个质量为m、带电量为q的粒子从两带电平行金属板的正中间沿与匀强电场垂直的方向射入，不计粒子所受的重力，当粒子的入射速度为v时，它恰能穿过一电场区域而不碰到金属板上，现欲使质量为m、入射速度为v/2的粒子也能恰好穿过这一电场区域而不碰到金属板，在以下的仅改变某一物理量的方案中，不可行的是（） A. 使粒子的带电量减少为原来的1/4 B. 使两板间所接电源的电压减小到原来的一半 C. 使两板间的距离增加到原来的2倍 D. 使两极板的长度减小为原来的一半 2. 已知一平行金属板电容器带电量为2×10-3C，两板间的电势差为2V，若使电容器的带电量增至4×10-3C，则电容器的电容为（） A. 1×103F B. 1×10-3F C. 2×10-3F D. 2×103F 3. 如下图所示，两块完全相同的金属板A、B，金属板A与静电计相连，用一根与丝绸摩擦过的有机玻璃棒接触金属板A，静电计指针有一偏角，现让金属板B靠近金属板A，则静电计指针的偏角（） A. 变大 B. 变小 C. 不变 D. 上述三种情况都有可能 4. 如图，A、B为水平放置的平行金属板，两板间距离为d，分别与电源两极相连。两板的中央各有一小孔M和N，今有一带电质点，自A板上方间距离为d的P点由静止开始自由下落（P、M、N在同一竖直线上），空气阻力和金属板的厚度不计，到达N孔时速度恰好为零，然后沿原路径返回。若保持两极板间电压不变，则（）
A. 若把A 板向下平移一小段距离，质点自P 点自由下落后仍能返回 B. 若把A 板向上平移一小段距离，质点自P 点自由下落后仍能返回 C. 若把B 板向下平移一小段距离，质点自P 点自由下落后将穿过N 孔继续下落 D. 若把B 板向上平移一小段距离，质点自P 点自由下落后将穿过N 孔继续下落 5. 如图所示，两平行金属板水平放置并接到电源上，一个带电微粒P 位于两板间恰好平衡，现用外力将P 固定住，然后使两板各绕其中点转过α角，如图中虚线所示，再撤去外力，则带电微粒P 在两板间（ ） A. 保持静止 B. 向左做直线运动 C. 电势能不变 D. 电势能将变小 6. 如图，一平行板电容器的两极板与一电压恒定的电源相连，极板水平放置，极板间距为d ，在下极板上叠放一厚度为l 的金属板，其上部空间有一带电粒子P 静止在电容器中，当把金属板从电容器中快速抽出后，粒子P 开始运动，重力加速度为g 。粒子运动的加速度为（ ） A. g d l B. g d l d - C. g l d l - D . g l d d - 7. 如图甲所示的电路中，电源电动势E=8V ，电阻R 与一个电流传感器相连，传感器可以将电路中的电流随时间变化的曲线显示在计算机屏幕上，先将S 接2给电容器C 充电，再将S 接1，结果在计算机屏幕上得到如图乙所示的曲线，将该曲线描绘在坐标纸上（坐标纸上的小方格图中未画出），电流坐标轴每小格表示0.1mA ，时间坐标轴每小格表示0.1s ，曲线与AOB 所围成的区域面积约为80个小方格。则下列说法正确的是（ ） A. 充电电流由a 极板穿过电容器内部流向b 极板
(完整)高中物理电容器资料
考点24 电容器和电容量 【考点知识方法解读】 1.两个彼此绝缘且又相互靠近的导体都可视为电容器。电容量是描述电容器容纳电荷本领的物理量。物理学中用电容器所带的电荷量Q 与电容器两极板之间的电势差U 的比值定义为该电容器的电容量，即C=Q/U 。电容量由电容器本身的几何尺寸和介质特性决定，与电容器是否带电、带电量多少、极板间电势差大小无关。 2.动态含电容器电路的分析方法： ①确定不变量。若电容器与电源相连，电容器两极板之间的电势差U 不变；若电容器充电后与电源断开，则电容器两极板带电荷量Q 不变。 ②用平行板电容器的决定式C= 4S kd επ分析电容器的电容变化。若正对面积S 增大，电容量增大；若两极板之间的距离d 增大， 电容量减小；若插入介电常数ε较大的电介质，电容量增大。 ③用电容量定义式C=Q/U 分析电容器所带电荷量变化（电势差U 不变），或电容器两极板之间的电势差变化（电荷量Q 不变）。 ④用电荷量与电场强度的关系及其相关知识分析电场强度的变化。若电容器正对面积不变，带电荷量不变，两极板之间的距离d 变化，两极板之间的电场强度不变；若两极板之间的电势差不变，若两极板之间的距离d 变化，由E=U/d 可分析两极板之间的电场强度的变化。 【最新三年高考物理精选解析】 1.（2012·新课标理综）如图，平行板电容器的两个极板与水平地面成一角度，两极板与一直流电源相连。若一带电粒子恰能沿图中所示水平直线通过电容器，则在此过程中，该粒子 A ．.所受重力与电场力平衡 B ．.电势能逐渐增加 C ．.动能逐渐增加 D ．.做匀变速直线运动 2.（2012·江苏物理）一充电后的平行板电容器保持两极板的正对面积、间距和电荷量不变，在两极板间插入一电介质，其电容量C 和两极板间的电势差U 的变化情况是 A ．C 和U 均增大 B ． C 增大，U 减小 C ．C 减小，U 增大 D ．C 和U 均减小 3：（2011天津理综第5题）板间距为d 的平行板板电容器所带电荷量为Q 时，两极板间电势差为U 1，板间场强为 E 1现将电容器所带电荷量变为2Q ，板间距变为d/2，其他条件不变，这时两极板间电势差U 2，板间场强为E 2，下列说法正确的是 A. U 2=U 1，E 2=E 1 B. U 2=2U 1，E 2=4E 1 C. U 2=U 1，E 2=2E 1 D. U 2=2U 1，E 2=2E 1 4．（2010·北京理综）．用控制变量法，可以研究影响平行板电容器的因素（如题1图）。设两极板正对面积为S ，极板间的距离为ｄ，静电计指针偏角为θ。实验中，极板所带电荷量不变，若 A. 保持S 不变，增大d ，则θ 变大 B. 保持S 不变，增大d ，则θ 变小 C. 保持d 不变，增大S ，则θ 变小 D. 保持d 不变，增大S ，则θ 不变 5．(2010·重庆理综)某电容式话筒的原理示意图如题3图所示，E 为电源，R 为电阻，薄片P 和Q 为两金属基板。对着话筒说话时，P 振动而Q 可视为不动。在P 、Q 间距增大过程中， A ．P 、Q 构成的电容器的电容增大 B ．P 上电荷量保持不变 C ．M 点的电势比N 点的低 D ．M 点的电势比N 点的高 6．（2010·安徽理综）如题6图所示，M 、N 是平行板电容器的两个极板，R 0为定值电阻，R 1、R 2为可调电阻，用绝缘细线将质量为m 、带正电的小球悬于电容器内部。闭合电键S ，小球静止时受到悬线的拉力为F 。调节R 1、R 2，关于F 的大小判断正确的是 A ．保持R 1不变，缓慢增大R 2时，F 将变大 B ．保持R 1不变，缓慢增大R 2时，F 将变小 C ．保持R 2不变，缓慢增大R 1时，F 将变大 D ．保持R 2不变，缓慢增大R 1时，F 将变小 7. （2012·浙江理综）为了测量储罐中不导电液体的高度，将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电 容器C 置于储罐中,电容器可通过开关S 与线圈L 或电源相连，如图所示。当开关从a 拨到b 时，由L 与C 构成的回路中产生的周期T=2πLC 的振荡电流。当罐中液面上升时（ ） A. 电容器的电容减小 B. 电容器的电容增大z x x k C. LC 回路的振荡频率减小 D. LC 回路的振荡频率增大 8. （2012·海南物理）将平行板电容器两极板之间的距离、电压、电场强度大小和极板所带的电荷量分别用d 、U 、E 和Q 表示。下列说法正确的是 A ．保持U 不变，将d 变为原来的两倍，则E 变为原来的一半 B ．保持E 不变，将d 变为原来的一半，则U 变为原来的两倍 C ．保持d 不变，将Q 变为原来的两倍，则U 变为原来的一半 D ．保持d 不变，将Q 变为原来的一半，则 E 变为原来的一半 9.（2012·全国理综）如图，一平行板电容器的两个极板竖直放置，在两极板间有一带电小球，小球用一绝缘轻线悬挂于O 点。先给电容器缓慢充电，使两级板所带电荷量分别为﹢Q 和﹣Q ，此时悬线与竖直方向的夹角为π/6。再给电容器缓慢充电，直到悬线和竖直方向的夹角增加到π/3，且小球与两极板不接触。求第二次充电使电容器正极板增加的电荷量。 电容和电容器·知识点精解 1．电容的定义 E S R 0 R 1 R 2 M N
超级电容器综述
超级电容器综述 超级电容器又称电化学电容器或双电层电容器，是一种新型储能器件，它利用电极/电解质交界面上的双电层或在电极界面上发生快速、可逆的氧化还原反应来储存能量。 超级电容器采用活性碳材料制作成多孔碳电极，同时在相对的多孔电极之间充填电解质溶液，当在两端施加电压时，相对的多孔电极上分别*正负电子，而电解质溶液中的正负离子将由于电场作用分别*到与正负极板相对的界面上，从而形成两个集电层。 由于活性碳材料具有≥1200m2/g的超高比表面积（即获得了极大的电极面积），而且电解质与多孔电极间的界面距离不到1nm（即获得了极小的介质厚度），所以这种双电层结构的超级电容器比传统的物理电容的容值要大很多，比容量可以提高100倍以上，从而使利用电容器进行大电量的储能成为可能。 目前国际上研究与发展的超级电容器可归为以下几类： ●双层电容器（Double layer capacitor） 由高表面碳电极在水溶液电解质（如硫酸等）或有机电解质溶液中形成的双电层电容，如图6-12.1所示。该图还表示出一个典型双电层的形成原理，显然双电层是在电极材料（包括其空隙中）与电解质交界面两侧形成的，双电层电容量的大小取决于双电层上分离电荷的数量，因此电极材料和电解质对电容量的影响最大。一般都采用多孔高表面积碳作为双层电容器电极材料，其比表面积可达1000－3000m2/g，比电容可达280F/g。 ●赝电容器（Pseudo－capacitor）
由电极表面上或者体相中的二维或准二维空间上发生活性材料的欠电位沉积，形成高度可逆的化学吸附/脱附或氧化/还原反应产生和电极充电电位有关的电容，又称法拉第准电容；典型的赝电容器是由金属氧化物，如氧化钌构成的，其比电容高达760F/g。但由于氧化钌太贵，现已开始采用氧化钴、氧化镍和二氧化锰来取代； ●混合电容器（Hybrid capacitor） 由半个形成双层电容的碳电极与半个导电聚合物或其他无机化合物的表面反应或电极嵌入反应电极等构成。目前在水溶液电解质体系中，已有碳/氧化镍混合电容器产品，同时正在发展有机电解质体系的碳/碳（锂离子嵌入反应碳材料）、碳/二氧化锰等混合电容器。 此外，若按照电容器采用的电极材料分类，则可分为碳基型、氧化物型和导电聚合物型；而按采用的电解质类型分类，则又分为水溶液电解质型和非水电解质型（主要为有机电解质型）。在有机电解质溶液中，电容器的工作电压可提高至2.5V以上。 超级电容器的性能特点 超级电容器是介于电容器和电池之间的储能器件，它既具有电容器可以快速充放电的特点，又具有电化学电池的储能机理，性能比较详见下表。 超级电容器作为一种新型能源器件，具有以下主要优点： （1）功率密度高 超级电容器的内阻很小，且在电极/溶液界面和电极材料本体内部均能够实现电荷的快速贮存和释放，因此它的输出功率密度高达数千瓦/千克，是任何一种化学电源都无法比拟的，是一般技术'>蓄电池的数十倍。
电容器深入解析
电容器深入解析（一）：电容器的构造 '、前言 现代电子电路（无论数字或模拟）均可以分解为四大组成元素：电阻器、电容器、电感器、PN结（二极管和三极管）。或许有些朋友会感到惊讶和质疑，密布各种元器件的板卡以及高集成度的CPU竟然能够被分为这么简单的四件东西？事实无容置疑，CPU主要由晶体三极管（晶体管）构成，而晶体三极管的主 要元素为PN结。而板卡上的各种芯片和元件也无一例外由这四大元素构成，甚至连导线我们也可以将其看作是一个阻值极低的电阻器。可以说，当今芯片和板卡的设计根本其实就是对这四大元素的调配和应用， 只要了解了这四大元素就了解了现代电子电路。 在这四大元素中，电脑用户最为关注、讨论最多的就是电容器（Capacitor）。各大电脑硬件论坛中， 关于电容器的讨论数不胜数，各类观点也是层岀不穷。其中虽不乏真知灼见，但也产生了一些误区并发生了大范围传播，影响了人们对一些产品的正确评估。因此，笔者特别进行了大量研究及咨询，尽可能使用通俗易懂的语言向各位深入浅岀的讲述电容器，让大家走岀现存的误区，更全面认知电容器。 本文将会分为两部分：1.电容器的构造；2.电容器的功用与性能指标。在第一部分中笔者将为各位详细讲述电容器的分类、结构以及现存的误区；在第二部分中笔者会讲述电容的功能以及真正能够衡量电容优劣的指标和方式。
1、电容的封装类型 人们对物品的第一印象通常都源自它们的外观。对于电子元器件来说，我们首先看到的就是它们的封装类型。我们可以将其分为两类：贴片式和穿孔式。 穿孔式 穿孔式封装的元器件应该是人们最熟悉的类型，其详细还可分为引线式和插接式两种，它们的显著标 志就是拥有引脚，插接式通常还有一个固定脚。安装它们时需要将引脚穿过PCB。尽管元器件的安装方式 基本相同，但不同类型和定位的元件其形状和内部结构也各不相同，适用于不同的场合。 贴片式(Surface Mount Type ) 贴片式元器件常会被简写为SMD( Surface Mount Device )，贴片式电容仅仅是其中的一种。和引线式相比，此类封装的元器件仅需安装与PCB表面，而无须穿透整个PCB，便于自动化安装，也节省了PCB 面积。同时还可以让PCB内部走线更加自如，也会在一定程度上减少干扰。不过贴片式元器件焊接温度较高，对器件本身的耐温能力也会有一定的要求，并不是所有规格的元器件都可以采用。简单说，在元器件规格相同的情况下，贴片式封装要优于引线式，当然，成本也会更高。 误区
超级电容器研究综述
一、超级电容器的发展与进步 （一）概述 在古代，人们发现了与琥珀及橡皮相摩擦，引起表面贮存电荷的可能性。然而这一效应的缘由直到18世纪中叶方被人们理解。140年后，人们开始对电有了分子原子级的了解。早期的有关莱顿瓶的发现和研究，开启了电容器的序幕。之后，电容器不断的发展起来，现如今，其发展起来的电化学超级电容器，已经应用于国防设备、电力设备、通讯设备、铁路设施、电子产品、汽车工业等方方面面，成为当代社会不可缺少的一部分。 电能能够以两种截然不同的方式存贮：一种间接方式是作为潜在可用的化学能，存贮在电池里。另一种直接的方式，则是以静电学形式将正负电荷置于一个电容器的不同极板之间来存贮电能。超级电容器在存贮电荷时有着两种原理，一种是通过双电层原理，以非法第模式来存贮电能；而另一种则是法拉第模式，通过发生氧化还原反应来产生赝电容。目前双电层型超级电容器一般采用碳材料做电极，通过碳材料的大的比表面积来增加双电层的面积，而赝电容型超级电容器一般采用氧化物或聚合物的材料来做为电极。同时，二者在制作超级电容器的时候也可以并用，从而使得超级电容器也可以划分为对称超级电容器和非对称超级电容器，对称即指电容器的两极的材料相同，非对称则不同。在电解质方面，超级电容器绝大多数均采用液体电解质，如水及其它有机溶剂。 超级电容器的电化学性能分析有很多方法，但通常都包括以下四种图：循环伏安曲线，恒流充放电曲线，交流阻抗谱，循环稳定性曲线。通过这四种图可以比较明确地判断出一个超级电容器的电化学性能的好坏，具体判断方法之后会详细说明。 超级电容器有着非常高的功率密度，但是其能量密度却比较低，它有着极好的循环充放电稳定性但是电压窗口却比较窄。但是人们也在对其进行着不断的研究来改善超级电容器的这些弊端。 （二）超级电容器的原理 超级电容器又称为电化学电容器，是介于传统电容器和电池之间的新型电化学储能器件，它的出现填补了Ragone图中传统电容器的高比功率和电池的高比能量之间的空白。一方面，与传统电容器相比，超级电容器的电极材料往往选用高比表面积材料，如活性碳，通过静电作用在固/液界面形成对峙的双电层存储电荷，因此超级电容器拥有比传统电容器高的能量密度，静电容量能够达到千法拉至万法拉级；另一方面，与电池能量存储机理类似，超级电容器可以通过法拉第氧化还原反应完成电荷存储和释放，由于主要依靠电极表面或近表面的活性材料存储电荷，超级电容器与电池相比，能量密度较低，但是具有高的功率密度和循环稳定性。 1 传统电容器 传统的平行板电容器是所有静电电容器储能的基础，传统电容器电能的储存来源于电荷在两极板上聚集而产生电场。平行板电容器的静电电容的计算公式为： r是两极板材料的相对介电常数，0是真空介电常数，A是电极板的正对面积，d 是两极板的距离。 2 双电层超级电容器 双电层电容器是通过静电电荷分离，依靠固/液界面的双电层效应完成能量的存储和转化。电解液离子分布可为两个区域——紧密层和扩散层。其双电层电容可视为由紧密层电容和扩散层电容串联而成。双电层电容器正是基于上述理论发展起来的。充电时，电子经外电
高中物理电容器的动态分析 专题辅导
高中物理电容器的动态分析 对于电容器的动态分析问题，我们一定要注意两个关系式，即定义式U Q C =和决定式kd 4S C πε=（此式虽然不要求定量计算，但有助于我们理解一些物理量的变化对电容器电容大小的影响），在分析解决问题时可同时应用。在综合应用电容和电场的知识时，应注意电容器充电后切断电源（Q 不变）和不切断电源（U 不变）两种不同情况。 一、保持电容器两极板电压不变的情况 例1. 两块大小、形状完全相同的金属板平行放置，构成一平行板电容器，与它相连的电路如图1所示。接通开关S ，电源即给电容器充电：（ ） A. 保持S 接通，减小两极板间的距离，则两极板间的电场强度减小； B. 保持S 接通，在两极板间插入一块介质，则极板上的电量增大； C. 断开S ，减小两极板间的距离，则两极板间的电势差减小； D. 断开S ，在两极板间插入一块介质，则两极板间的电势差增大。 解析：S 接通保持U 不变，由场强d U E =得d 减小，E 增大，故A 错误；插入介质后，C 增大，根据CU Q =可知极板上的电量增大，故B 正确；当S 断开时，极板上的电量不变，减小板间距离，则C 增大，据U Q C = 可知U 减小，故C 正确；在两极板间插入介质，则C 增大，据U Q C =可知U 减小，故D 错误，故答案应为BC 。 点评：解答本题关键是S 接通时，两极板间电压不变；断开S 时，两极板间所带电量不变，同时我们能够看出利用kd 4S C πε= 这一电容的决定式定性的分析电容器的变化很方便。 二、保持电容器两极板电量不变的情况 例2. 如图2所示，一平行板电容器经开关S 与电池相连，闭合S 后又断开，电容器的负极板接地，在两极板间a 点有一电量非常小的正电荷，以E 表示两极板间的电场强度，U 表示电容器的电压，ε表示正电荷在a 点的电势能，现将电容器的A 板稍微下移，使两板间的距离减小，则：（ ） A. U 变小，E 不变； B. U 变大，ε变大； C. U 变小，ε不变； D. U 不变，ε不变。
超级电容器综述解析
电子技术查新训练文献综述报告 题目超级电容器技术综述 学号3130434055 班级微电132 学生赵思哲 指导教师杨莺 2014 年
超级电容器技术综述 摘要：近年来，随着经济的迅猛发展，人们在实际应用中对储能装置各项技术指标的需求不断提高，而当前电池的标准设计能力已经逐渐无法满足人们的要求，超级电容器应运而生。超级电容器是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。作为一种新的储能元件,它填补了传统电容器和电池之间的空白,能提供比普通电容器更高的能量和比二次电池更高的功率以及更长的循环寿命,同时还具有比二次电池耐温和免维护的优点。本文主要针对超级电容器的储能机理、超级电容器电极材料、超级电容器的发展动态以及未来应用的展望进行了简单的论述。 关键词：超级电容器；储能机理；活性炭；发展现状；应用展望。 A Review of the technology of super capacitor Abstract：In recent years，With the rapid development of economy，People advance the need that can equip each technique index sign to continuously raise at practical application。But the standard design ability of the current battery have already canned not satisfy people's request gradually，The super capacitor emerges with the tide of the times。The super capacitor is a kind of new energy storing device, it has many characteristics such as short refresh time, long service life, good temperature characteristic, energy conservation,Environment protecting.As a new kind energy storage element, it filled up traditional capacitor and the blank of battery.It can provide energy than the common capacitor higher and the power than secondary battery higher and the longer circulating life.Meanwhile it has the advantage of rating of temperature and no maintenance than secondary battery.The text mainly aims at the keeping of super capacitor development dynamic state of ability mechanism, super capacitor electrode material, super capacitor and in the future apply of the outlook carried on simple treatise. Key Words：super capacitor; The energy storage mechanism; active carbon; development trend; Application trend .
超级电容器综述-1
材料科学导论 课程论文 题目： 院（系）： 专业： 姓名： 学号： E–mail：
超级电容器的研究综述 摘要：超级电容器具有储存能量大、比功率大、耐低温、免维护、低污染等突出优点，广泛地应用在启动、牵引动力、脉冲放电和备用电源等领域。综述了超级电容器的发展和超级电容器的研究进展，认为要想更大地提高超级电容器的比容量和储能密度等，需要进一步对电极材料、电解质材料、加工工艺、结构设计等方面进行研究。 关键词：超级电容器；电极材料；电解质材料 Research summary of supercapacitor Abstract: Supercapacitor could be used in start, traction, pulse-discharge and standby power with the advantages of high energy, high specific power, low temperature tolerance, maintenance free and low pollution. The research progress of supercapacitor and the development of super- capacitor were reviewed. It was concluded that in order to increase the specific capacity and energy density of supercapacitor, it was necessary to research the electrode materials, electrolyte material ,processing technology and structure design further. Key words: supercapacitor；electrode material；electrolyte material
高中物理电容器和电容典型例题解析
电容器和电容典型例题 【例1】平行板电容器所带的电荷量为Q＝4×10-8C，电容器两板间的电压为U＝2V，则该电容器的电容为；如果将其放电，使其所带电荷量为原来的一半，则两板间的电压为，两板间电场强度变为原来的倍，此时平行板电容器的电容为。 【例2】如图电路中，A、B为两块竖直放置的金属板，G是一只静电计，开关S合上时，静电计张开一个角度，下述情况中可使指针张角增大的是 A、合上S，使A、B两板靠近一些 < B、合上S，使A、B正对面积错开一些 C、断开S，使A、B间距增大一些 D、断开S，使A、B正对面积错开一些 【例3】一平行板电容器充电后与电源断开，负极板接地。两板间有一个正电荷固定在P点，如图所示，以E表示两板间的场强，U表示电容器两板间的电压，W表示正电荷在P点的电势能，若保持负极板不动，将正极板向下移到图示的虚线位置则：（）（ A、U变小，E不变 B、E变小，W不变 C、U变小，W不变 D、U不变，W不变 【例4】置于真空中的两块带电的金属板，相距1cm，面积均为10cm2，带电量分别为Q1=2×10-8C，Q2=-2×10-8C，若在两板之间的中点放一个电量q=5×10-9C的点电荷，求金属板对点电荷的作用力是多大 【例5】A，B两块平行带电金属板，A板带负电，B板带正电，并与大地相连接，P为两板间一点。若将一块玻璃板插入A，B两板间，则P点电势将怎样变化。 ] 【例6】一个平行板电容器，使它每板电量从Q1=30×10-6C增加到Q2=36×10-6C时，两板间的电势差从U1=10V增加到U2=12V，这个电容器的电容量多大如要使两极电势差从10V降为U2'=6V，则每板需减少多少电量． 【例7】一平行板电容器的电容量为C，充电后与电源断开，此时板上带电量为Q，两板间电势差为U，板间场强为E．现保持间距不变使两板错开一半（图1），则下列各量的变化是：电容量C′=______，带电量Q′=______，电势差U′=______，板间场强E′______．
超级电容器材料综述
超级电容器是一种新型的储能装置，具备充放电快、效率高、稳定性好等优点，是一种清洁的绿色能源，是21 世纪的新型绿色能源。超级电容器有很大的市场潜力。通过对超级电容器电极材料进行研究，发现多孔碳材料作为超级电容器电极材料的电化学性能的影响。 目前，用于超级电容器的电极材料主要是碳材料，市场上主要是活性炭材料，因为活性炭的成本较低，且活性炭具有很高的比表面积，这是超级电容器电极材料所必须具备的特点。但是，活性炭的导电性一般，微观结构主要以微孔形式存在，因此在电解液中会有很大的电阻，电解液浸透电极的过程会比较慢，在存储和传输电荷的时候也会比较慢，但是它的成本低，基本可以满足市场的要求，因此被作为市场上电容器的主要材料，其它的碳材料有比活性炭更优越的性能，但是成本较高，所以没有被用作商业化。因此，寻找性能好，成本低的电极材料是当前超级电容器领域的主要研究方向，从而制备出性能优越，成本低，能够广泛应用于市场的超级电容器，具有重大意义。 目前用于研究超级电容器电极材料的碳材料主要有活性炭、炭气凝胶、碳纳米管、玻璃碳、石墨烯、碳纤维以及碳/碳复合材料。碳材料原料低廉，表面积大，适合大规模生产。但是单纯不加修饰碳电极材料没有很高的比电容，还需要对其进行改性等研究。 1、活性炭材料 对于活性炭材料，不同的处理方法，会得到不同比表面积的活性炭，一般表面积可以高达1000～3000m2/g，而且具有不同的空隙，孔径范围宽，生产工艺简单，成本低廉，可以从沥青、植
物硬壳、石油焦、橡胶等各种原材料中得来。是一种已经商品化的超级电容器电极材料。活性炭材料的活化方法多种多样，可以分为物理活化和化学活化两种。 2、炭气凝胶电极材料 炭气凝胶是一种交联结构的网状的碳材料有多孔性，导电性好，表面积大，孔隙率高，孔径分布广，是唯一可以导电的气凝胶，电导率高。密度跨度大，孔隙率好，而且质量较轻，属于非晶态的纳米碳材料，同时，在制备的时候，可以通过调节工艺参数控制其孔径分布和微粒尺度。 3、碳纳米管 碳纳米管这是一种有类似石墨的六边形组成的碳材料，微观上看两端封闭的多层的管子，直径有几十纳米，层间距要比石墨层间距稍大。从超级电容器对电极材料的要求上看，碳纳米管材料是非常适合用来做电极材料的，因为碳纳米管的结构是空管的形状，表面积大，尤其是壁很薄的碳纳米管，比表面积更大，非常有利于双电层电容的储备。碳纳米管要是制成电极时，还会具备特殊的孔，这些孔是由微观状态下，碳纳米管互相缠绕，好似网状结构，管与管之间就形成了孔洞的结构，孔与孔之间都是互相连通的，没有堵死的情况，这在用作电极的时候，对于电解液的流通的很重要的。而且这种由管径互相缠绕得到的孔不会太小，一般都是属中孔，这会使电极的内阻很低，这些都是超级电容器电极所需要具备的。目前对碳纳米管作为超级电容器电极材料的研究主要集中在将它直接用于超级电容器上，或者将
电容器深入解析
电容器深入解析（一）：电容器的构造 一、前言 现代电子电路（无论数字或模拟）均可以分解为四大组成元素：电阻器、电容器、电感器、PN结（二极管和三极管）。或许有些朋友会感到惊讶和质疑，密布各种元器件的板卡以及高集成度的CPU竟然能够被分为这么简单的四件东西？事实无容置疑，CPU主要由晶体三极管（晶体管）构成，而晶体三极管的主要元素为PN结。而板卡上的各种芯片和元件也无一例外由这四大元素构成，甚至连导线我们也可以将其看作是一个阻值极低的电阻器。可以说，当今芯片和板卡的设计根本其实就是对这四大元素的调配和应用，只要了解了这四大元素就了解了现代电子电路。 在这四大元素中，电脑用户最为关注、讨论最多的就是电容器（Capacitor）。各大电脑硬件论坛中，关于电容器的讨论数不胜数，各类观点也是层出不穷。其中虽不乏真知灼见，但也产生了一些误区并发生了大范围传播，影响了人们对一些产品的正确评估。因此，笔者特别进行了大量研究及咨询，尽可能使用通俗易懂的语言向各位深入浅出的讲述电容器，让大家走出现存的误区，更全面认知电容器。 本文将会分为两部分：1.电容器的构造；2.电容器的功用与性能指标。在第一部分中笔者将为各位详细讲述电容器的分类、结构以及现存的误区；在第二部分中笔者会讲述电容的功能以及真正能够衡量电容优劣的指标和方式。
二、电容的封装类型 人们对物品的第一印象通常都源自它们的外观。对于电子元器件来说，我们首先看到的就是它们的封装类型。我们可以将其分为两类：贴片式和穿孔式。 穿孔式 穿孔式封装的元器件应该是人们最熟悉的类型，其详细还可分为引线式和插接式两种，它们的显著标志就是拥有引脚，插接式通常还有一个固定脚。安装它们时需要将引脚穿过PCB。尽管元器件的安装方式基本相同，但不同类型和定位的元件其形状和内部结构也各不相同，适用于不同的场合。 贴片式（Surface Mount Type） 贴片式元器件常会被简写为SMD（Surface Mount Device），贴片式电容仅仅是其中的一种。和引线式相比，此类封装的元器件仅需安装与PCB表面，而无须穿透整个PCB，便于自动化安装，也节省了PCB 面积。同时还可以让PCB内部走线更加自如，也会在一定程度上减少干扰。不过贴片式元器件焊接温度较高，对器件本身的耐温能力也会有一定的要求，并不是所有规格的元器件都可以采用。简单说，在元器件规格相同的情况下，贴片式封装要优于引线式，当然，成本也会更高。 误区
专题：含有电容器的直流电路分析
专题：含有电容器的直流电路分析 电容器是一个储存电能的元件。在直流电路中，当电容器充放电时，电路里有充放电电流，一旦电路达到稳定状态，电容器在电路中就相当于一个阻值无限大(只考虑电容器是理想的不漏电的情况)的元件，在电容器处电路看做是断路，简化电路时可去掉它。简化后若要求电容器所带电荷量时，可在相应的位置补上。 解决含电容器的直流电路问题的一般方法： (1)通过初末两个稳定的状态来了解中间不稳定的变化过程。 (2)只有当电容器充、放电时，电容器支路中才会有电流，当电路稳定时，电容器对电路的作用是断路。 (3)电路稳定时，与电容器串联的电阻为等势体，电容器的电压为与之并联的电阻两端的电压。 (4)在计算电容器的带电荷量变化时，如果变化前后极板带电的电性相同，那么通过所连导线的电荷量等于始末状态电容器电荷量之差；如果变化前后极板带电的电性相反，那么通过所连导线的电荷量等于始末状态电容器电荷量之和。 [典例1](2013·宁波模拟)如图1所示，R1、R2、R3、R4均为可变电阻，C1、C2均为电容器，电源的电动势为E，内阻r≠0。若改变四个电阻中的一个阻值，则() 图1 A．减小R1，C1、C2所带的电量都增加 B．增大R2，C1、C2所带的电量都增加 C．增大R3，C1、C2所带的电量都增加 D．减小R4，C1、C2所带的电量都增加 [解析]R1上没有电流流过，R1是等势体，故减小R1，C1两端电压不变，C2两端电压不变，C1、C2所带的电量都不变，选项A错误；增大R2，C1、C2两端电压都增大，C1、C2所带的电量都增加，选项B正确；增大R3，C1两端电压减小，C2两端电压增大，C1所带的电量减小，C2所带的电量增加，选项C错误；减小R4，C1、C2两端电压都增大，C1、C2所带的电量都增加，选项D正确。 [答案]BD [典例2] (2012·江西省重点中学联考)如图2所示电路中，4个电阻阻值均为R，电键S 闭合时，有质量为m、带电量为q的小球静止于水平放置的平行板电容器的正中间。现断开电键S，则下列说法正确的是()
电容器的电容(导学案)含答案
电容器的电容导学案 【学习目标】 1.知道电容器的概念和平行板电容器的主要构造. 2.理解电容的概念及其定义式. 3.掌握平行板电容器电容的决定式，并能用其讨论有关问题． 【自主预习】 一、电容器 1．电容器：储存电荷和电能的装置．任何两个彼此_____又相距很近的________，都可以看成一个电容器．2．电容器的充放电 (1)充电：把电容器的两极板分别与电池组的两极相连，两个极板分别带上等量的_______电荷的过程，充电过程中，由电源获得的________储存在电容器中． (2)放电：用导线把充电后的电容器的两极板接通，两极板上的电荷________的过程，放电过程中，________转化为其他形式的能量． 二、电容 1．定义：电容器所带电荷量Q与电容器两极板间的_________的比值． 2．定义式：_________ 3．单位：电容的国际单位是________，符号为F，常用的单位还有微法和皮法，1 F＝106 μF＝1012 pF. 4．物理意义：电容器的电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量，在数值上等于使两极板间的电势差为_____时电容器需要带的电荷量． 三、平行板电容器 1．结构：由两个平行且彼此_______的金属板构成． 2．电容的决定因素：电容C与两极板间电介质的相对介电常数εr成_______，跟极板的正对面积S成______，跟极板间的距离d成_______ 3．电容的决定式：C＝ εr S 4πkd，εr为电介质的相对介电常数．当两极板间是真空时：C＝ S 4πkd，式中k为静电力常 量． 四、常用电容器 1．分类：从构造上看，可以分为__________和___________两类． 2．电容器的额定电压和击穿电压： (1)额定电压：电容器能够_________________时的电压． (2)击穿电压：电介质不被__________时在电容器两极板上的极限电压，若电压超过这一限度，则电容器就会损坏．