简述超级电容器的工作原理和应用特点

当施加电压源时，可以存储电能的简单无源元件称为电容器，它具有通过在其极板上产生电位差来存储电能的能力或能力，并且其行为类似于可充电电池。

众所周知，电容器由两个平行的导电板组成，它们彼此不连接。这些板由一种称为电介质的绝缘材料隔开，该绝缘材料是蜡纸、陶瓷、云母塑料或液体凝胶。由于这种绝缘材料，直流电流不能流过电容器。电容器阻止电流流动，充电至其电源电压并充当绝缘体。

当电容器用于交流电路时，电流直接通过电容器而没有阻塞。电容器的电气特性是电容，单位为法拉 (F)。根据电介质的不同，电容器的电容也各不相同。有一种电容器具有最高的存储容量，被称作为超级电容器，本文简单来介绍下。

基本概念

超级电容器（Supercapacitor）也称为大容量电容器、电化学电容、黄金电容、法拉电容和双层电解电容器，它可以存储大量能量，几乎是电解电容器的10到100倍。它比电池更受欢迎，因为它具有更快的充电能力和更快的能量传递。

此外，超级电容器比可充电电池具有更多的充电和放电循环，这些是在现代为工业和经济效益而开发的。超级电容器的电容也以法拉 (F) 为单位测量，其主要优点是它的高效率和高储能能力。

工作原理

与普通电容器相比，超级电容器有两个面积更大的平行板。不同的是，板之间的距离很小。这些板由金属制成并浸泡在电解质中，这些极板由一层被称为绝缘体的薄层隔开。

当在绝缘体的两侧形成相反的电荷时，会形成一个双电层，并对极板充电。因此，超级电容器被充电并具有更高的电容。这些电容器用于提供高功率并以低电阻实现高负载电流。超级电容器的成本很高，因为它的充放电电容很高。

当板发生变化并在板的两侧形成相反的电荷时，会产生双电层。因此超级电容器也被称为双层电容器或双电层电容器（EDLC'S）。当极板的面积增加并且极板之间的距离减小时，电容器的电容增加。

当超级电容器不充电时，所有电荷在电池内随机分布。当超级电容器充电时，所有的正电荷都被吸引到负极，负电荷被吸引到正极。通常情况下，在室温为-22摄氏度时，超级电容有420F电容，充放电电流4-2安培。

充电过程

超级电容器具有自放电能力和无限的充放电循环。这些类型的电容器可以在低压（2-3伏）下工作，并且可以串联产生高压，用于强大的设备中。与电池相比，它可以储存更多能量并立即更快地释放。

当这种电容器连接到电路或直流电压源时，极板带电，在隔膜的两侧形成相反的电荷，形成双层电解电容器。所以，要给超级电容器充电，请将电压源的正极连接到超级电容器的正极，将电压源的负极连接到超级电容器的负极。

如果超级电容器连接到15伏电压源，则它最多会充电至15伏。当电压增加超过所施加的电压源时，超级电容器可能会损坏。因此，电阻器与电压源和电容器串联连接，以减少流过电容器的电流量，从而确保其不会受到损坏。

另外，恒流电源和限压电源适用于超级电容器。当电压逐渐升高时，流过电容器的电流量发生变化。在完全充电模式下，电流默认下降。

超级电容器与电池的区别

电池被广泛使用，具有特定的体积和重量，也具有更好的能量密度。超级电容器是具有高功率密度的大容量电容器。与电池相比，超级电容器具有快速充放电能力、耐低温、高可靠性和低阻抗等特点。

电池的成本低，而超级电容器的成本高。在电池中，工作电压决定了充电和放电模式。在超级电容器中，允许电压取决于极板之间使用的介电材料类型，并且电容器中的电解质也可能增加电容。

电池有铅酸电池、Ni-MH、Li-Po、Li-ion、LMP等。超级电容器包括有机电解质、水性电解质、离子液体、混合和伪超级电容器。电池用于存储大量能量，超级电容器用于提供高功率密度。

主要应用

超级电容器的应用包括以下方面内容：

• 提供高功率并缩小功率差距
• 用于工业和电子应用
• 用于风力涡轮机、电动汽车和混合动力汽车
• 再生制动，在加速时释放动力
• 在启停系统中启动电源
• 调节电网电压
• 捕获并协助较低负载和提升负载的功率
• 在快速放电状态下备份电源

常见问题

1、超级电容器可以代替电池吗？

答：为提供高功率密度以及简单和快速的充电目的，超级电容器可以替代电池。

2、一个超级电容器能储存多少能量？

答：对于5.5伏电源，超级电容器可存储22.7焦耳的最大能量。与电解电容器相比，它每单位质量或体积存储的能量多10-100倍。

3、电池和超级电容器有什么区别？

答：电池用于存储高能量，超级电容器具有高功率密度。超级电容器用于快速储存和释放电力，而电池则可以更长时间地储存能量。

4、超级电容器可以充电多长时间？

答：超级电容器的充电时间为1-10 秒，而电池充满电则需要10-60分钟。超级电容器提供10,000W/kg的无限充放电循环。

5、为什么不使用电容器代替电池？

电容器储存电能并有数千次充放电循环。电池以恒定电流放电时保持恒定，并具有恒定功率输出。当电容器的电压在恒定电流下线性下降时，功率输出也下降。因此，电容器不能用电池代替。一般电压调节器电路都使用电池来代替电容器。

总结

超级电容器是一种较普通电容器有着更强能量储存的化学介质，之所以加上超级二字是用来与普通电容进行对比。超级电容器不仅比传统电容拥有更强的能力储备，同时还具有充电的功能，因此超级电容相比传统电容也更环保。