超级电容研究与应用综述

解 电容来说 ， 电容值或电压值越大 ， 整个封装也越大。电解 电容通 常提供微法 拉数量 级的 电容 值 ，从 约 ０ ． １ ｕ Ｆ到约 １ Ｆ， 其电压标称值最高可达 １ ｋ Ｖ ｄ ｃ 。 一般来说 ， 额定 电压越 高， 电容值就越小 ， 而 电容值越大 ， 封装 也就越 大 ， 而且工 作 电压也可能会 降低 。这些规则 基本上 也适用 于超级 电
品 。随着最近技术的进步 ， 将 超级电容的工作 电压 提高到
１ 超 级 电容 概 述
超级 电容是一 种非 常大的极化 电解质 电容 。这 里的 ‘ 大’ 指 的是容量 ， 而不是它们的物理尺寸 。对 于普通的 电
２ ５ Ｖ ｄ ｃ 时， 尺寸增加不 到一倍 ， 根据具体应用场合 ， 这样 的 体积变化可能并 不十分显著 。 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 。根据 电容类 型不 同， 电介质可 以是氧 化铝 、 四氧化钽 、 氧化钛钡 或聚丙烯聚酯 ， 不同的材料决定
的 同时 ， 通过 对 不 同介 质 电容 器特 性 的分析 ， 揭 示 了超级 电容 的应 用前 景与发展 趋 向。
关 键词 ： 电介 质 ； 多 空结构 ； 超 级 电容 ； 快速充 电
中图分类号 ： Ｔ Ｍ９ ３
文献标识码 ： Ｂ
文章编号 ： １ ９ ９ ４ — ３ ０ ９ １ （ ２ ０ １ ３） ０ ５ — １ １ ４ — １ ２ ０
现更高的容量 。
的ｌ Ｏ ｕ Ｆ ／ ２ ５ Ｖ ｄ ｃ 额定 电压电解电容尺寸可能略小于甚至等
同于 １ Ｆ到 １ ０ Ｆ 、 ２ ． ７ Ｖ ｄ ｃ 的超级电容。目前的应用中 ， 超级 电容器通常耐压范围为 ２ ． ５ ～３ Ｖ，也有耐压 为 １ ． ６ Ｖ的产
收 稿 百度文库期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ６ — １ ０
了不 同的容量和电压特性 。电介质 的多少和极板间的距离
也会影 响电容量 。然而 ， 极板 间最大允许距 离限制 了电介
质 的数 量 。
在 这种单层结构 中 ， 增加 电介 质数量来提高容量通 常 是 可行 的 ， 方法有三种 ， 即增加封装宽度 和极 板尺寸 、 增 加
变频 嘲 ｗｗｗ． ｃ ｈ ｉ ｎａ ｂ ｉ ａ ｎ ｐ ｉ ｎ． ｃ ｏ ｎ ｒ
法都将导致 电容 器的体积变大 ， 这是增 加电容容量必 须做
出的一种牺牲。 双 电层 电容器（ Ｅ Ｄ Ｌ Ｃ ） ｔ￣ Ｉ Ｉ 它 的字面意义那样可 以解决 上述 问题 ， 它在相 同的封装 内增加 了第 二个 电介层 ， 这个 电介 层 与第 一 层在 中间 隔离 物 的两 边并 行 工作 （ 图３ ） 。 Ｅ Ｄ Ｌ Ｃ也采用无孔 电介 质 ， 如活性碳 、 碳纳米管 、 炭黑凝胶 ，
李 昌信
（ 陕西省省 委 党校 自然科 学研 究 室 ． 陕西 西安 ７ １ ０ ０ ６ １ ）
摘
要： 在新 材料 不 断被 发现 与应 用 的背景 下 ， 超级 电容 已从 实验 室走上技 术应 用 平 台。 具 有能 量转
换效率高、 质量轻、 电流密度 高、 启动速度快、 工作范围宽和环境友好 等特点， 能有效补充常规动力电池 在 高功率输 出、 快速充放 电循环寿命短等方面的不足。本文在列举 目 前 电容器行业新的研 究与应用万里
封装长度和增加极板距离或这两种方法的组合。这三种方
１ １ ４ ｌ 建燕辍 座 田 ・ ２ ０ １ ３ 年 第５ 期
Ｔ ｈ ｅ Ｎ ｅ ｗ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ，Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｑ ｕ ａ Ｌ ｉ ￣ ｙ Ｍ ａ ｎ ａ ｇ ｅ ｍ ｅ ｎ ￣新 能 源 、 电 能 质 量 管 理
０ 引 言
超级 电容也称 双电层电容器 ，是一种新型储 能装 置 ，
容 。超级 电容 的容值在 ｌ Ｆ以上 ， 工作 电压范围从 １ ． ５ Ｖ到
１ ６ ０ Ｖ甚至更高。 随着 电容值 和电压增加 ， 其体积也会增加 。 电容值 在数 十法 拉左 右的早期超级 电容是个 大块 头 ， 主要 用于大型电源设备 。具有低电压工作能力 的小体积超级 电 容则常用作 消费 电子设备中的短期备用 电源。
市 场产品 主要 有美 国 、 德 国、 日本 、 韩国、 俄罗 斯和 中
国等 国家 生产 。 比较 知名 的公 司有 ： Ｍａ ｘ ｗ ｅ ｉ ｉ 、 Ｅ ｐ ｃ ｏ ｓ 、 Ｎ ｅ ｓ ｓ ｃ ｅ ｐ 、 Ｅ Ｌ Ｎ Ａ、 Ｎ Ｅ Ｃ、 松下等 。我 国有 锦州超容等企业 ， 从 容 量上看有 机系 的 国外 达到 ２ ． ７ Ｖ ／ ５ ０ ０ ０ Ｆ ， 国 内的锦卅超 容接 近这一水平 。体积在逐 年减小 ， １ ２ ０ Ｆ ／ ２ ． ７ Ｖ已做到直 径２ ０ ｍ ｍ高 ４ ０ ｍｍ， ３ Ｆ ／ ２ ． ７ Ｖ直径 ８ ｍ ｍ高 ２ ０ ｍｍ。 Ｅ Ｓ Ｒ在
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髓厦 量管理 Ｔ ｈ ｅ Ｎ ｅ ｗ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ，Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｑ ｕ ａ Ｌ ｉ ￣ ｙ Ｍ ａ ｎ ａ ｇ ｅ ｍ ｅ ｎ ￥
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超级 电容研究与应用综述
尽管超级电容和 电解 电容存在很大 的相 似性 ， 但 在电 气性能和物理尺寸方面却有很大 的差异 。例如 ， 一个普 通
能在几 秒钟 内完成 充 电 ， 具 有容 量大 、 功率 高 、 使 用寿命
长、 经济 环保 等特点 ， 在数码 相机 、 掌 上 电脑 、 新 能源 、 汽
车、 国防及航空航 天等领域具 有广泛的应用价值 。原则 上 讲， 人们可 以将超级 电容看作是 一个可充 电电池 。它能存 储与其容量成正 比的电荷 ， 并在要求放 电时释放 电荷 。超 级电容与电解电容的最大区别是其 电子双层架 构 ， 它能实