如果大家有印象的話,第一次聽到“超級電容”這個詞應該是在初三的物理課本中電學那一塊,這是阿昆我的第一記憶(不知道對錯,大家可以驗證一下)。
電子專業(yè)的朋友對于電容是再熟悉不過的,平時接觸的最多的就是普通陶瓷電容、電解電容、鉭電容等,容量從幾PF(皮法)到幾千uF都有。
電容的單位有pF,nf、uF、F,他們之間是什么關系呢?
1F=1000000uF
1uF=1000nF
1nF=1000pF
這些貼片小電容容量一般從幾PF到10多uF.
而這一類電解電容的容量從幾十uF到上千uF
平常的電路中應用到的電容一般容量是從pF-uF級別,而F(也就是法拉)這個單位只有在我們今天聊的”超級電容“(EDLC)中存在。
如上圖,都是幾種超級電容的外形。他們的容量一般是以F為單位了。
上圖是超級電容在電路板中的一個典型應用 ,就是給芯片供電,確保即使電源斷電過程中也能保持時鐘(時間)信息。如果有經(jīng)驗的朋友會注意到平時我們的電子手表、電子記事本,即使沒有電幾天,只要重裝新裝電池,時間也又恢復正常準確,那就是因為有超級電容的存在,它利用他的電能保持了芯片的時鐘信息一直處于工作狀態(tài)。其實電腦主板上也有一個紐扣電池,那個是保持電腦BISO信息的,就算關電,電腦的相關啟動設置信息還是在電腦中存儲著的。原理是一樣,這個電池就相當于紐扣電池。
簡單地說,超級電容是一種容量非常非常非常巨大的電容(和我們普通用的電容比)。
常規(guī)情況上,我們可以將超級電容看作是一個可充電電池,因為容量巨大,可以存儲更多電荷。超級電容與電解電容的最大區(qū)別是其電子雙層架構(gòu),它能實現(xiàn)更高的容量。
電容值在數(shù)十法拉左右的早期超級電容體積較大,主要用于大型電源設備。小體積低電壓的超級電容則常用作消費電子設備中的短期備用電源(如上案例)。
下面根據(jù)某廠商生產(chǎn)的超級電容來介紹一下超級電容EDLC的相關參數(shù)特性,供大家參考。
1、特性
可用作充電電池及后備電源
具備數(shù)十萬次充電放電循環(huán)次數(shù)
不含有毒材料,如鎳和鎘
2、壽命
超級電容具有二次電池更長久的壽命,但壽命也不是無限長的。其壽命的終止失效模式為等效串聯(lián)電阻ESR升高,或容量降低。實際的終止壽命取決于實用應用要求。
長期置于高溫,高電壓和高電流將會導致ESR升高或容量降低。這些參數(shù)降低可以延長超級電容的使用壽命。
圓筒型的EDLC具有與電解電容相類似的構(gòu)造、電解液、鋁殼和膠料。多年使用后,EDLC內(nèi)電解液也會干涸。同電解電容一樣,導致ESR升高,壽命終止。
3、電壓
EDLC同普通的電容一樣,是有額定的工作電壓。電壓值是基于其在最高額定溫度下最長壽命來設定。如果使用電壓超出了推薦電壓,結(jié)果會導致壽命縮短。如果電壓持續(xù)高,EDLC內(nèi)將會產(chǎn)生氣體,導致漏液或防爆破裂。
4、極性
EDLC的電極設計具有相對稱的特性,兩極有相似的成本。在超級電容初次組裝時,任一電極都可定為正極或負極。但在100%質(zhì)量測試時第一次充電,其電極將會形成極性化。每一個超級電容負極框或符號來標識極性。盡管可以降低到零電壓,其電極還是會保留非常少的電荷。雖然之前充電的EDLC會放電至-2.5V,且在容量或ESR方而至極低,但還是不應該進行反極使用。
在一方向上保留的電荷越久,EDLC就變的越極性化。如果一方向上長期充電后再反向充電,EDLC的壽命將會大大縮短。
5、環(huán)境溫度
EDLC超級電容根據(jù)應用特點分了DRE(高能量高密度、DRL(高能量大功率低阻抗)等類別。其中DRE系列對電容的標準溫度范圍是-25度--70度,DRL系列電容的標準溫度范圍為-40度到60度。溫度以及電壓會對EDLC壽命有影響。
一般來說,溫度每升高10度,EDLC就會縮短一半。因此,盡可能在最低溫度下使用EDLC以降低內(nèi)部劣化與ESR電阻升高。
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