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超级电容技术

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超级电容技术  无论如何称呼,超电容(ultracapacitor)或者超级电容(supercapacitor)这类新型电容都比传统的电容器的电容大得多。直接地说,您现在可以购买到额定值为5~10F/2.5V的径向引线式板载电容、额定值为120~150F/5V的闪光灯电池大小的电容,更大的单电容可以达到650~3000F/2.7V的电容值。注意,所有这些电容器的电容值都是以法拉为单位的。而在不久以前,两千微法的器件就被认为是大电容了。

  在研发超电容时,人们并没有发现什么新的物理定律。实际上,有关超电容的原理仍然要追溯到德国物理学家赫尔姆霍兹。与普通电容器一样,超电容也是采用在两个“极板”之间储存电荷的形式来储存能量的。电容值的大小与极板的面积以及两极板之间所用的介电材料成正比,与两极板之间的距离成反比。但是,超电容的原理有所不同。

  在用超电容实现巨大的电容之前,我们就已经掌握了电解化学(electrolytics)的原理。超电容不是电解化学,但是了解电解化学有助于我们认识超电容这一新型的技术。

  超电容的结构不再是那种中间填充介电材料的平板电极(或者卷成管状的平板电极)结构——就像三明治中间的花生酱。在超电容中,电荷的充/放电发生在电解质中多孔碳精材料或多孔金属氧化物之间的分界面上。

  Helmholtz层引起了一种称为双层电容的效应。当把一个直流电压加载到超电容中多孔碳精电极的两端,用于电荷补偿的阳离子或阴离子就会在带电电极周围的电解液中发生累积。如果分界面上不出现电子迁移,那么“两层”分离的电荷(金属一侧的电子或电子空穴,以及界面边界电解液一侧的阳离子或阴离子)就会出现在分界面上.

  电池存储的是以瓦时计算的能量,电容存储的是以瓦特计算的功率。

  电池以长时间恒定的化学反应来提供电能,充电时间相对较长,对充电电流的特性要求比较苛刻。相反,电容的充电是通过加载在其两端的电压来完成的,充电速度在很大程度上取决于外部电阻。电池能够在较长一段时间内以基本恒定的电压输出电能。而电容的放电速度很快,输出电压呈指数规律衰减。

  电池只能够在有限的充/放电次数内保持良好的工作状态,充/放电的次数取决于它们放电的程度。电容,尤其是超电容,可以反复充/放电达数千万次。(这也是超电容不同于电解化学的一个重要方面——它们不像电解化学的工作过程那样具有电极板充放电次数的限制。



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dolphin    


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