超級電容工作電路與其原理

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法拉電容、超級電容器是一種電容量可達數千法拉的極大容量電容器。電容量取決于電極間距離和電極表面積，為了得到如此大的電容量，要盡可能縮小超級電容器電極間距離、增加電極表面積，為此，采用雙電層原理和活性炭多孔化電極。

超級電容器雙電層介質在電容器的二個電極上施加電壓時，在靠近電極的電介質界面上產生與電極所攜帶的電荷極性相反的電荷并被束縛在介質界面上，形成事實上的電容器的二個電極。很明顯，二個電極的距離非常小，只有幾nm．同時活性炭多孔化電極可以獲得極大的電極表面積，可以達到2000 m2/g。因而這種結構的超級電容器具有極大的電容量并可以存儲很大的靜電能量。就儲能而言，超級電容器的這一特性介于傳統電容器與電池之間。當二個電極板間電勢低于電解液的氧化還原電極電位時，電解液界面上的電荷不會脫離電解液，超級電容器處在正常工作狀態（通常在3 V以下），如果電容器二端電壓超過電解液的氧化還原電極電位，那么，電解液將分解，處于非正常狀態。隨著超級電容器的放電，正、負極板上的電荷被外電路泄放，電解液界面上的電荷響應減少。由此可以看出超級電容器的充放電過程始終是物理過程，沒有化學反應，因此性能是穩定的，與利用化學反應的蓄電池不同。

超級電容器也屬于雙電層電容器，它是世界上已投入量產的雙電層電容器中容量最大的一種，其基本原理和其它種類的雙電層電容器一樣，都是利用活性炭多孔電極和電解質組成的雙電層結構獲得超大的容量。傳統物理電容中儲存的電能來源于電荷在兩塊極板上的分離，兩塊極板之間為真空（相對介電常數為1）或一層介電物質（相對介電常數為ε）所隔離，電容值為：

C = ε？A / 3.6 πd ？10-6 （μF）

其中A為極板面積，d為介質厚度

所儲存的能量為：

E = 1/2 C （ΔV）2

其中C為電容值，ΔV為極板間的電壓降。可見，若想獲得較大的電容量、儲存更多的能量，必須增大面積A或減少介質厚度。

雙電層電容器中，采用活性炭材料制作成多孔電極，同時在相對的碳多孔電極之間充填電解質溶液，當在兩端施加電壓時，相對的多孔電極上分別聚集正負電子，而電解質溶液中的正負離子將由于電場作用分別聚集到與正負極板相對的界面上，從而形成兩個集電層，相當于兩個電容器串聯。

由于活性碳材料具有≥1200m2/g的超高比表面積（即獲得了極大的電極面積A），而且電解液與多孔電極間的界面距離不到1nm（即獲得了極小的介質厚度d），根據前面的計算公式可以看出，這種雙電層電容器比傳統的物理電容的容值要大很多，比容量可以提高100倍以上，從而使利用電容器進行大電量的儲能成為可能。

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