超級電容器是能夠存儲大量電荷的電能存儲設備.

與以熱量形式耗散能量的電阻器不同，理想的電容器不會松動它的能量。我們還看到，最簡單的電容器形式是兩個平行的導電金屬板，它們用絕緣材料隔開，如空氣，云母，紙張，陶瓷等，并稱為電介質一段距離“d”。 / p>

電容器存儲能量是因為它們能夠存儲電荷，電荷存儲在電容器上，具體取決于電壓施加在其板上的電壓 V ，電壓越大，電容器將存儲的電荷越多：Q∞V。

典型的超級電容器

此外，電容具有恒定的比例，稱為電容，符號 C ，它表示電容器存儲電荷的能力或容量，其電荷量取決于電容器電容值為：Q∞C。

然后我們可以看到電荷 Q ，電壓之間存在關系V 和電容 C ，電容越大，電容器上存儲的電荷量越大，電壓相同，我們可以將電容器的這種關系定義為：

電容器充電

其中： Q （充電，以庫侖計）= C （電容，輸入法拉數乘以 V （電壓，單位為伏特）

電容單位為庫侖/伏特，也稱法拉（ F ） [以M.法拉第命名]，其中一個法拉定義為電容器的電容，需要1庫侖電荷才能在兩個板之間建立1伏的電位差。

但是傳統的對于大多數實際電子應用來說，法拉電容器非常大，因此微法拉（μF），納法（ nF ）和皮法（ pF

）常用于：

微法拉（μF）1μF= 1 / 1,000,000 = 0.000 001 = 10 -6 F

納法拉（nF） 1nF = 1 / 1,000,000,000 = 0.000000001 = 10 -9 F

Picofarad（pF） 1pF = 1 / 1,000,000,000,000 = 0.000000000001 = 10 -12 F

然而，還有另一種類型的電容器，稱為超級電容器或超級電容器，它可以提供從幾毫法（mF）到十幾平方英寸電容的值，非常小大小允許在它們的板之間存儲更多的電能。

在我們關于電容和電荷的教程中，我們看到存儲在電容器中的能量由下式給出：

其中： E 是以焦耳為單位存儲在電場中的能量， V 是電路板上的電位差， C 是電容器的電容，單位為法拉，定義為：

其中：ε是pl之間材料的介電常數ates， A 是板的面積， d 是板的分離。

Ultracapacitors 是另一個電容器的類型，其構造為具有大的導電板，稱為電極，表面積（ A ）以及它們之間的非常小的距離（ d ）。與使用諸如聚四氟乙烯，聚乙烯，紙等固體和干燥介電材料的傳統電容器不同，超級電容器在其電極之間使用液體或濕電解質，使其更像是類似于電解電容器的電化學裝置。

盡管超級電容器是一種電化學裝置，但其電能的存儲不涉及化學反應。這意味著超級電容器有效地保持靜電裝置，如圖所示，在其兩個導電電極之間以電場的形式存儲其電能。

超級電容器構造

雙面涂層電極由活性導電碳，碳納米管或碳凝膠形式的石墨碳制成。稱為隔膜的多孔紙膜使電極保持分開但允許正離子通過而阻擋較大的電子。紙分離器和碳電極都浸有液體電解質，在兩者之間使用鋁箔作為集電器，與超級電容器焊片形成電連接。

雙層結構碳電極和隔板可能非常薄，但當它們盤繞在一起時，它們的有效表面積達到數千平方米。然后，為了增加超級電容器的電容，很明顯我們需要增加接觸表面積 A （m 2 ）而不增加電容器物理尺寸，或使用特殊類型的電解質來增加可用的正離子以增加電導率。

然后超級電容器因其高電容值而成為優秀的儲能設備由于距離 d 的距離非常小，或者它們的板與電極分離，因此在一層表面上形成高表面積 A ，可達數百法拉。電解離子形成雙層。這種結構有效地產生了兩個電容器，每個碳電極一個，給超級電容器的次要名稱“雙層電容器”形成兩個串聯的電容器。

然而，這個小尺寸的問題是電壓電容器兩端的電阻只能非常低，因為超級電容器電池的額定電壓主要由電解質的分解電壓決定。然后，典型的電容器單元具有1到3伏的工作電壓，這取決于所使用的電解質，這可以限制它可以存儲的電能量。

為了將電荷存儲在合理的電壓下超級電容器必須串聯連接。與電解電容和靜電電容不同，超級電容的特點是端電壓低。為了將額定端電壓增加到幾十伏，超級電容器電池必須串聯連接或并聯連接以獲得更高的電容值，如圖所示。

增加超級電容器值

其中： V CELL 是一個單元格的電壓， > C CELL 是一個電池的電容。

由于每個電容器電池的電壓約為3.0伏，將更多的電容器電池串聯在一起會增加電壓。雖然并聯連接更多電容器單元將增加其電容。然后我們可以將超級電容器組的總電壓和總電容定義為：

其中： M 是列數， N 是行數。另請注意，類似電池，超級電容器和超級電容器具有明確的極性，正極端子標記在電容器主體上。

超級電容器實例No1

需要一個5.5伏，1.5法拉的超級電容器作為用于電子電路的儲能備用裝置。如果超級電容器由單獨的2.75v，0.5F電池制成，則計算所需的電池數量和陣列的布局。

因此，陣列將有兩個串聯的2.75v電容單元，以提供所需的5.5v。

然后陣列將有六個單獨的列，由兩行六個組成，從而形成一個超級電容器，其中包含一個6 x 2陣列。

6× 2超級電容器陣列

超級電容器能量

與所有電容器一樣，超級電容器是一種能量存儲設備。電能作為電荷存儲在其板之間的電場中，并且由于該存儲的能量，在兩個板之間存在電勢差，即電壓。在充電期間（電流從連接的電源流過超級電容器），電能存儲在其板之間。

一旦超級電容器充電，電流就會停止從電源流出，超級電容器的端電壓等于電源電壓。因此，即使從電源中取出電荷，充電的超級電容器也會存儲這些電能，直到需要充當儲能裝置。

當放電（電流流出）時，超級電容器會改變儲存的電能。將能量轉化為電能以提供連接的負載。然后超級電容器本身不消耗任何能量，而是根據需要存儲和釋放電能，超級電容器中存儲的能量與電容器的電容值成比例。

如前所述，存儲的能量與電容 C 成正比，電壓 V 的平方在其端子上給出。

其中： E 是存儲在焦耳中的能量。然后對于我們上面的超級電容器示例，數組存儲的能量數量如下：

然后我們的超級電容器可存儲的最大能量為22.7焦耳，最初由5.5伏充電電源供電。這種儲存的能量仍然作為電解質電介質中的電荷可用，并且當連接到負載時，超級電容器整個22.69焦耳的能量可用作電流。顯然，當超級電容器完全放電時，存儲的能量為零。

然后我們可以看到理想的超級電容器不會消耗或耗散能量，而是從外部充電電路獲取電能來存儲能量。它的電解質場然后在向負載供電時返回儲存的能量。

在上面的簡單示例中，超級電容器存儲的能量約為23焦耳，但電容值較大且額定電壓較高，超級電容器的能量密度非常大，使其成為儲能裝置的理想選擇。

事實上，現在，混合動力電動汽車（包括配方）正在使用額定電流為數千法和幾百伏的超級電容器。 1）作為用于再生制動系統的固態能量存儲裝置，因為它們可以在制動期間快速地發出和接收能量并且之后加速。超級和超級電容器也用于可再生能源系統，以取代鉛酸電池。

超級電容器概述

我們已經看到超級電容器是電化學的由兩個多孔電極組成的裝置，通常由浸入電解質溶液中的活性炭組成，該電解質溶液靜電儲存電荷。這種布置有效地產生了兩個電容器，每個電極一個，串聯連接。

超級電容器的電容可達數百法拉，所有這些電容都在非常小的物理尺寸內，并且可以實現比電容器高得多的電容密度。電池。然而，超級電容器的額定電壓通常小于約3伏，因此必須將多個電容器串聯和并聯組合以提供任何有用的電壓。

超級電容器可用作類似于電池，實際上被歸類為超級電容器電池。但與電池不同，它們可以在短時間內實現更高的功率密度。它們用于許多混合動力汽油車和燃料電池驅動的電動車輛，因為它能夠快速釋放高壓然后再充電。但是，通過操作具有燃料電池和電池峰值功率需求的超級電容器，可以更有效地控制瞬態負載變化。