“扒開”超級電容的“外衣”，看看超級電容“超級”在哪兒

說起電容的作用，很多電子人脫口而出：濾波。沒錯，這是大部分電容在電路中的作用，但有一種電容生而不是為了濾波，那就是超級電容。本期貿澤科普實驗室，momo就為大家說一說超級電容——

正如視頻所講到的，超級電容，在本質上，無疑是電容家族的一員，但其獨特的結構設計賦予了它超乎尋常的能力——即能夠存儲更為龐大的電荷量，從而開辟了更廣闊的應用前景。接下來，讓我們“扒開”超級電容的“外衣”，從內至外，好好的研究一番，為什么被稱為超級電容？超級電容怎么用？

為什么被稱為超級電容？

一是超級電容容量超級大。電路板上，隨處可見的電容容量多是nf或者μf級別的，容量比較小。而超級電容的容量遠超傳統電容，直接到法拉級，容量可達數萬法。

二是超級電容個頭超級大。有多大呢，與普通電容對比一下就知道了。下圖中左手是超級電容，右手鑷子上的就是普通的多層陶瓷電容。

超級電容有這么大的容量，這是因為它獨特的內部結構。

左側為普通電容，右側為超級電容

兩端電極使用了活性炭，其表面有細小的孔，因此電極表面積成倍擴大。而表面積越大就越能更多的蓄電，因此超級電容實現了非常高的靜電容量。

當超級電容器的兩個極板上施加外電壓時，極板的正電極存儲正電荷，負極板存儲負電荷，在兩極板上電荷產生的電場作用下，電解液與電極間的界面處形成極性相反的電荷用以平衡電解液的內電場，這樣的正電荷與負電荷在活性炭和電解液的接觸面上，以正負電荷之間極短間隙排列在相反的位置上，這個電荷分布層也叫做雙電層。當兩極板間電勢低于電解液的氧化還原電極電位時，電解液界面上電荷不會脫離電解液，超級電容器為正常工作狀態，如電容器兩端電壓超過電解液的氧化還原電極電位時，電解液將分解，為非正常狀態。在超級電容器放電過程中，正、負極板上的電荷被外電路釋放，電解液的界面上的電荷相應減少。

超級電容適不適合濾波？

前面了解了超級電容的結構、工作原理，那么問題又來了，在開發板上我們怎么沒有見過使用超級電容來濾波呢？

回答這個問題前，先來簡單的科普下電容的濾波原理，非常簡單，當輸入脈動電壓高于電源兩端電壓時，電容開始充電；當輸入脈動電壓低于電容兩端電壓時，電容開始放電，補充了輸入脈動電壓的下降，從而降低了脈動電壓。這就是利用了電容可以充、放電的原理。

下圖是常見的橋式整流濾波電路：

通過修改濾波電容C1的容值，看看不同容值下的濾波效果：

很明顯，當電容增大到一定容值之后，即使再用更大的電容，輸出的變化已經非常小了。所以，超級電容的容值雖然很大，但是在很多電路中對濾波的作用不大。

不用超級電容濾波還有另外兩個原因：

1）尺寸受限，超級電容的大尺寸，決定現在很多對產品尺寸要求嚴格的場合不會用；

2）成本高，這是超級電容和普通電容的價格對比：

超級電容的真正用武之地

超級電容容量大，存儲的電荷那么多，是不是可以當作電池來用呢？

這就要了解超級電容的特性：

• 高能量釋放能力：超級電容器的容量很大，能夠在短時間內釋放大量能量，提供瞬時大電流；

• 快速充放電：超級電容能夠在極短的時間內完成充放電過程，甚至可以在幾秒鐘內充滿電；

• 長循環壽命：超級電容器的充放電循環次數可達數百萬次以上

• 環保與安全：超級電容器不含有害物質，對環境友好，符合現代綠色環保理念。相比鋰離子電池等傳統電池，超級電容器在過充、過放、短路或高溫條件下的安全性更高，不易發生爆炸或起火。

• 寬工作溫度范圍：超級電容器的工作溫度范圍廣泛，可以在極端氣候條件下穩定工作，具有較高的可靠性和穩定性。

• 轉換效率高：超級電容器在電能轉換過程中損失較小，能量轉換效率高。還可以串并聯組成超級電容組，以儲存更多電量，滿足更大規模的能源需求。

這里，我們把超級電容和電池做一下參數對比：

超級電容的這些特性和優點，在某些特定的場合可以取代電池，比如：

• 電源備份：在系統供電電源斷開時，超級電容放電提出高輸出的備份電源，可以讓系統完成重要的數據保存、發出報警信號。1F—5F左右容量的單體超級電容就足夠了。

• 光伏發電儲能，太陽能等新能源發電：受太陽強度影響，發電不穩定，可以先存在超級電容中，然后再輸出穩定的電源。

• 新能源汽車的低壓系統主電源或高壓的輔助電源：通過串聯超級電容，提高工作耐壓，在12v和48v的電子系統中，超級電容大有可為。

總結就是超級電容適用于需要快速充放電、高功率需求但能量需求不高、長壽命和高可靠性、備用電源和瞬時功率支持、需要低溫性能以及對環境影響較小的多種場合。

提醒大家，超級電容雖好，但使用要得當，使用不當就會引發電容爆炸事故。在使用時，需要注意：

• 超級電容的耐壓，尤其是在串聯使用時，需要控制好電壓平衡，

• 超級電容具有固定的極性，使用前務必檢查極性是否正確；

• 在焊接超級電容時，需要控制好溫度和時間，以免過熱降低使用壽命；

• 安裝時，禁止強制傾斜或扭動，影響超級電容的性能。

關于超級電容的名字由來，內部結構、工作原理、關鍵參數、應用場合，就介紹這么多。如果您對超級電容還有疑問，歡迎在評論區留言討論。

本文轉載自：貿澤電子