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        电容电池结构原理(转)
        发表日期:2017-09-27

           生产和生活最常见的铅蓄电池,可将电能通过化学反应储藏起来,到另一个场合或另一时段使用。铅蓄电池虽然造价较低,但也有相应的弱点,诸如能量转换效率较低、电池反复充放电易老化导致使用寿命短、比能量(Wh/kg)和比功率(W/kg)小使设备笨重、充电时间长等;现在我们在手机上使用的锂离子电池,虽然也有许多优点,但它价格昂贵且储藏电能有限,不能在大功率场合下使用;所以正在开发研制的超级电容电池,相比较而言,就有着一般电池无可比拟的优点,它的前景不可限量。

            结构

            超级电容的容量比通常的电容器大得多。由于其容量很大,对外表现和电池相同,因此也称作“电容电池”或说“黄金电池”。超级电容器电池也属于双电层电容器,它是目前世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种,其基本原理和其它种类的双电层电容器一样,都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。

            传统物理电容中储存的电能来源于电荷在两块极板上的分离,两块极板之间为真空(相对介电常数为1)或一层介电物质(相对介电常数为ε)所隔离,电容值为:C = ε·A / 3.6 πd ·10-6 (μF) 其中A为极板面积,d为介质厚度。所储存的能量为: E = C (ΔV)2/2,其中C为电容值,ΔV为极板间的电压降.可见,若想获得较大的电容量,储存更多的能量,必须增大面积A或减少介质厚度d,但这个伸缩空间有限,导致它的储电量和储能量较小。

            工作原理

            双电层电容器中,采用活性炭材料制作成多孔电极,同时在相对的碳多孔电极之间充填电解质溶液,当在两端施加电压时,相对的多孔电极上分别聚集正负电子,而电解质溶液中的正负离子将由于电场作用分别聚集到与正负极板相对的界面上,从而形成两个集电层,相当于两个电容器串联,由于活性碳材料具有≥1200m2/g的超高比表面积(即获得了极大的电极面积A),而且电解液与多孔电极间的界面距离不到1nm(即获得了极小的介质厚度d),根据前面的计算公式可以看出,这种双电层电容器比传统的物理电容的容值要大很多,比容量可以提高100倍以上, 从而使单位重量的电容量可达100F/g,并且电容的内阻还能保持在很低的水平,碳材料还具有成本低,技术成熟等优点。从而使利用电容器进行大电量的储能成为可能,且在实际使用时,可以通过串联或者并联以提高输出电压或电流。


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