了解超级电容器及其应用

超级电容器15 1月 2024

超级电容器正在逐渐应用于越来越多的领域，桥接了电解电容器和可充电电池之间的差距。

超级电容器是一种前沿的能量存储设备，具有多种理想特性，包括高电容、高功率密度和超长的循环寿命。超级电容器也被称为超容电容器，其有效地填补了当前电解电容器与可充电电池之间的空白。

典型的双层超级电容器在两个重要方面与传统电容器不同。超级电容器的金属板具有比普通电容器更大的表面积，并且板之间的距离显著减小，因为它们之间的分隔物以不同于传统电介质的方式工作。

在电池中，充电和放电是电化学反应。超级电容器通过静电方式将电荷储存在其高表面积的极板上。这些设备储存的能量较少，但可以在几秒钟内完成充放电。因此，超级电容器主要应用于提供短时间的高功率输出。在可预见的未来，电池仍将是长期存储大量能量的首选方案。

超级电容器的优势

在过去的几十年里，超级电容器从一种新奇且独特的设计选择，演变为一种常规依赖的技术，适用于从电池备份到防止意外存储内存丢失等各种应用场景。工程师们被超级电容器的多重优势所吸引，包括卓越的性能和可靠性。

超级电容器的一个关键特性是，在正常条件下，它可以被充放电数十万次。与具有限定循环寿命的电化学电池不同，超级电容器在循环使用过程中几乎不会产生磨损。此外，超级电容器比电池具有更快的充放电速度。

超级电容器因其在其他设备由于等效串联电阻（ESR）限制无法提供的电流处理能力而备受推崇。超级电容器还可以处理比电池更宽的温度范围。

当用于电池辅助时，超级电容器技术可以显著延长主电池/辅助电池的寿命，通常至少可延长2倍。

安全性是许多不同类型产品设计中一个重要的考量，特别是移动设备和可穿戴设备。与锂离子（li-ion）等某些电池类型不同，这些电池在被刺穿、过充、过热或短路时会存在起火和爆炸的风险，而超级电容器即使出现故障也不会出现灾难性的后果。超级电容器还具有环保特性，因为它们在处理时不需要像电池那样采取特殊的预防措施。

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超级电容器类型

超级电容器的性能在很大程度上取决于其电极材料和电解质。超级电容器的高表面积电极由一种多孔材料制成。电荷通常储存在电解质和电极材料之间的边界附近。对于双电层电容器，电极通常由碳气凝胶、碳布或炭黑制造。

一些超级电容器采用水性电解质，而另一些则使用有机电解质。常用的有机电解质包括乙腈和碳酸丙烯酯。

圆柱形超级电容器是这项技术的基本主力。该设备旨在为众多工业和消费类技术工程师提供一种解决方案，在保持成本竞争力的同时，具有优化的脉冲功率处理特性，并显著超越竞争对手。

AVX提供多种安装配置的圆柱形超级电容器，包括两到四端子的平面安装、通孔安装、扩展支架通孔安装和导线引出安装。此外，还提供串联模块。

超级电容器应用

尽管超级电容器是一种相对较新的技术（至少与传统电容器相比如此），但这些设备现在已可以用于多种应用场景。超级电容器的最早应用之一是作为主电池的备用电源，用于弥补短暂的电力中断或平滑电流。在这一至今仍被广泛应用的角色中，超级电容器可见于不间断电源（UPS）、无线报警系统、智能电表，甚至固态硬盘（SSD）中。

超级电容器也广泛用于脉冲应用、遥测、峰值功率辅助以及电子锁提供电力。此外，许多工程师选择超级电容器技术作为在停电时启动备用发电机并提供电力直到切换完全完成的最佳方式。在日本，大型超级电容器经常被安装在商业建筑中，以在用电高峰时减少电网消耗并减轻负载。

超级电容器现在也常被用作能量收集器，从太阳能电池、风力涡轮机、海浪以及其他外部来源中采集并储存能量，为低能耗电子设备供电。超级电容器能够在宽温度范围内的严苛环境下运行，同时提供高功率密度和高可靠性，因此也非常适合用于物联网 (IoT) 传感器和通信设计。

越来越多的工程师现正在转向超级电容器，作为高性能能源存储设备，它们能够助力低功耗电子设备的快速发展。便携式电子设备如智能手机、智能手表、GSM/GPRS模块和可穿戴医疗设备，都可以从超级电容器技术中获益。例如，霍尼韦尔(Honeywell)现在提供了一款超级电容器驱动的无电池UPC扫描器，它可以在几秒钟内完全充电。制造商承诺其使用寿命超过八年，大约是标准锂离子电池的六倍。

汽车行业正逐渐成为采用超级电容器技术的又一主要领域，将这一技术集成到各种车辆系统中。启动/停止功能和动力转向系统可以从超级电容器的性能和耐温特性中获益。展望未来，超级电容器有望快速为混合动力汽车电池充电，与汽车或卡车的汽油发动机配合运行。在混合动力汽车中安装超级电容器将使其能够以高功率控制和高效率行驶更长的距离。

铁路行业也开始认识到超级电容技术在能量收集方面的潜力。例如，西班牙铁路公司CAF提供了Greentech Evodrive，这是一种基于超级电容的车载能量收集系统，专为街道有轨电车设计。这项技术能够回收制动时释放的动能，从而提升电车的整体能源效率。

AVX 的优势

AVX 提供最广泛的标准圆柱型超级电容器，并能够满足定制设计需求。AVX 提供多样化的产品系列，专注于最大化能量存储、低等效串联电阻（ESR）和最小的漏电流。

例如，公司生产的SCC和SCM系列圆柱形电化学双层电容器，基于超高电容和超低等效串联电阻（ESR）的结合，提供了出色的脉冲功率处理特性。这些设备可以单独使用，或者与主电池或次级电池结合使用，不仅能够延长备用时间和电池寿命，还可以在需要时提供瞬时功率脉冲。

AVX 的 BZ 系列中的 BestCap 超级电容器是一种基于无害质子激活聚合物系统的低等效串联电阻（ESR）脉冲超级电容器。该产品直接与采用有机电解质的设备竞争，但具有更广的电压范围，从 3.6V 到 20V（有机电解质通常每个单元限制在大约 3V）。BestCap 的温度范围为 -20°C 至 +70°C，比电池更宽，同时还提供选定的值在 -40°C 至 +75°C 之间可用。BestCap 提供了所有超级电容器中最“类似电容器”的频率响应特性，并具备低 ESR 和低轮廓的特点。

AVX 的 PrizmaCap 棱柱形超级电容器（SCP 系列）具有 AVX 超级电容器中最低的厚度和最宽的工作温度范围。这些设备可以单独使用，也可以与主电池或辅助电池配合使用，为系统提供更长的备份时间、延长电池寿命，并在需要时提供瞬时功率脉冲。这些设备主要针对需要脉冲功率处理、能量存储、能量/功率保持和电池辅助的应用。

所有 AVX 超级电容器系列均可根据需要定制，包括引线方向、线束引线、包装以及电压、电容和其他关键领域的非标准选项。对于较高电压的超级电容器应用，AVX 可以设计和制造定制模块组件，配备外壳、平衡和健康监测支持。