在電路設計時,電容器是不可或缺的一類無源元件。經過不斷地技術演進,如今的電容器已經發展出多種類型,它們采用不同的材料和工藝,各具特點,在電路中扮演著儲能、平滑、耦合、去耦等角色。在電容器這個大家族中,如果要論儲能方面能力最強的,那肯定是“超級電容器”莫屬了。
EDLC超級電容器原理和特性
超級電容器最常見的一種類型是EDLC雙電層電容器,其之所以具有“超級”的儲能能力,是因為采用了一種特殊的結構。
具體來講,傳統的電容器是由兩個電極以及電極之間的電介質構成,而EDLC電容器中沒有電介質,其結構中包括:固體的正電極和負電極、位于正負極之間的電解液,以及防止正負極之間接觸短路的隔離層。當在EDLC電容器電極上施加電壓時,電解液中的離子受到電極吸附作用,會在正負電極表面各形成一個能夠存儲電荷的電容結構——就像是兩個串聯在一起的電容——形成所謂的“雙電層效應 (Electric Double Layer Effect)”,隨著電解液中離子對電極表面的吸附和脫離,EDLC電容器也就完成了電容的充電和放電。
EDLC電容器“超級”儲能的關鍵秘笈,主要在于其電極表面涂覆有比表面積非常大的活性炭,讓電解液中的離子盡可能充滿多孔的活性炭表面,以獲得盡可能大的接觸表面積,而由于電容器容量的大小與EDLC兩個電極電氣雙層面積成正比,這就使得EDLC電容器能夠在單位體積內提供極高的容值,遠超其他類型的電容器。
圖1:EDLC超級電容器結構和工作原理(圖源:TDK)
這樣特殊的結構,為EDLC帶來了諸多獨特的優勢特性:
靜電容量大
這一點上文已經分析過,其靜電容量及能量密度介于電容器和電池(二次電池)之間,因此EDLC超級電容器通常是作為儲能元件來使用的。
審核編輯 黃宇
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