法拉電容和電解電容介紹及應用

　法拉電容

　　法拉電容也是超級電容。超級電容器是介於傳統電容器和充電電池之間的一種新型儲能裝置，其容量可達幾百至上千法拉，與傳統電容器相比：它具有較大的容量、較高的能量、較寬的工作溫度範圍和極長的使用壽命；而與蓄電池相比：它又具有較高的比功率，且對環境無汙染，因此可以說，超級電容器是一種高效、實用、環保的能量存儲裝置。法拉電容器的容量比通常的電容器大得多。由於其容量很大，對外表現和電池相同，因此也有稱作「電容電池」。法拉電容器屬於雙電層電容器，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。

　　

　　法拉電容的類型比較多，按不同方式可以分為多種產品。

　　一、按原理分為雙電層型法拉電容和贗電容型法拉電容：

　　（1）雙電層型法拉電容，包括

　　1.活性碳電極材料，採用了高比表面積的活性炭材料經過成型製備電極。

　　2.碳纖維電極材料，採用活性炭纖維成形材料，如布、氈等經過增強，噴塗或熔融金屬增強其導電性製備電極。

　　3.碳氣凝膠電極材料，採用前驅材料製備凝膠，經過炭化活化得到電極材料

　　4.碳納米管電極材料，碳納米管具有極好的中孔性能和導電性，採用高比表面積的碳納米管材料，可以製得非常優良的法拉電容電極。

　　以上電極材料可以製成：

　　1.平板型法拉電容，在扣式體系中多採用平板狀和圓片狀的電極，另外也有Ecd 公司產品為典型代表的多層疊片串聯組合而成的高壓法拉電容，可以達到300V 以上的工作電壓。

　　2.繞卷型溶劑電容器，採用電極材料塗覆在集流體上，經過繞製得到，這類電容器通常具有更大的電容量和更高的功率密度。

　　（2）贗電容型法拉電容：

　　包括金屬氧化物電極材料與聚合物電極材料，金屬氧化物包括NiOx、MnO2、V2O5 等作為正極材料，活性炭作為負極材料製備的法拉電容，導電聚合物材料包括PPY、PTH、PAni、PAS、PFPT 等經P 型或N 型或P/N 型摻雜製取電極，以此製備法拉電容。這一類型法拉電容具有非常高的能量密度，目前除NiOx 型外，其它類型多處於研究階段，還沒有實現產業化生產。

　　二、按電解質類型可以分為水性電解質和有機電解質類型：

　　（1）水性電解質，包括以下幾類

　　1.酸性電解質，多採用36％的H2SO4 水溶液作為電解質。

　　2.鹼性電解質，通常採用KOH、NaOH 等強鹼作為電解質，水作為溶劑。

　　3.中性電解質，通常採用KCl、NaCl 等鹽作為電解質，水作為溶劑，多用於氧化錳電極材料的電解液。

　　（2）有機電解質

　　通常採用LiClO4 為典型代表的鋰鹽、TEABF4 作為典型代表的季胺鹽等作為電解質，有機溶劑如PC、ACN、GBL、THL 等有機溶劑作為溶劑，電解質在溶劑中接近飽和溶解度。

　　三、另外還可以分為：

　　1.液體電解質法拉電容，多數法拉電容電解質均為液態。

　　2.固體電解質法拉電容，隨著固態電解液的發展，應用於法拉電容的電解質也對凝膠電解質和PEO 等固體電解質進行研究。到幾百個串並聯使用，組件電壓從 12VDC 直到 800VDC 。

　　法拉電容結構法拉電容主要由極化電極、集電極、電解液、隔膜、引線和封裝材料幾部分組成。電極材料、電解質的組成、隔膜質量以及電極製造技術對法拉電容的性能有決定性的影響。電極材料的性能決定其電容量的大小；電解質的分解電壓決定法拉電容的工作電壓，以水溶液為電解液的電容器工作電壓只有lV 左右，而有機電解液的可達3V 左右。法拉電容的關鍵技術包括：

　　（1）高比容量電極材料的製備技術；

　　（2）高性能電解液的合成技術；

　　（3）電容器的組裝和封裝技術。

　　四、法拉電容主要參數

　　1、標稱電容量（CR）：電容器產品標出的電容量值。

　　雲母和陶瓷介質電容器的電容量較低（大約在5000pF以下）；紙、塑料和一些陶瓷介質形式的電容量居中（大約在0005μF10μF）；通常電解電容器的容量較大。這是一個粗略的分類法。

　　2、類別溫度範圍：電容器設計所確定的能連續工作的環境溫度範圍，該範圍取決於它相應類別的溫度極限值，如上限類別溫度、下限類別溫度、額定溫度（可以連續施加額定電壓的最高環境溫度）等。

　　3、額定電壓（UR）：在下限類別溫度和額定溫度之間的任一溫度下，可以連續施加在電容器上的最大直流電壓或最大交流電壓的有效值或脈衝電壓的峰值。

　　電容器應用在高壓場合時，必須注意電暈的影響。電暈是由於在介質/電極層之間存在空隙而產生的，它除了可以產生損壞設備的寄生信號外，還會導致電容器介質擊穿。在交流或脈動條件下，電暈特別容易發生。對於所有的電容器，在使用中應保證直流電壓與交流峰值電壓之和不的超過直流電壓額定值。

　　4、損耗角正切（tanδ）：在規定頻率的正弦電壓下，電容器的損耗功率除以電容器的無功功率。

　　在實際應用中，電容器並不是一個純電容，其內部還有等效電阻。

　　這個關係用下式來表達： tanδ=Rs/Xc=2πf×c×Rs 因此，在應用當中應注意選擇這個參數，避免自身發熱過大，以減少設備的失效性。

　　5、電容器的溫度特性：通常是以20℃基準溫度的電容量與有關溫度的電容量的百分比表示。

　　電解電容

　　1、電解電容介紹

　　電解電容是電容的一種，金屬箔為正極（鋁或鉭），與正極緊貼金屬的氧化膜（氧化鋁或五氧化二鉭）是電介質，陰極由導電材料、電解質（電解質可以是液體或固體）和其他材料共同組成，因電解質是陰極的主要部分，電解電容因此而得名。同時電解電容正負不可接錯。鋁電解電容器可以分為四類：引線型鋁電解電容器；牛角型鋁電解電容器；螺栓式鋁電解電容器；固態鋁電解電容器。

　　

　　2、電解電容特點

　　電解電容器特點一：單位體積的電容量非常大，比其它種類的電容大幾十到數百倍。

　　電解電容器特點二：額定的容量可以做到非常大，可以輕易做到幾萬μf甚至幾f（但不能和雙電層電容比）。

　　電解電容器特點三：價格比其它種類具有壓倒性優勢，因為電解電容的組成材料都是普通的工業材料，比如鋁等等。製造電解電容的設備也都是普通的工業設備，可以大規模生產，成本相對比較低。

　　

　　3、電解電容的作用

　　電解電容器廣泛應用於家用電器和各種電子產品中，有極性電解電容器通常在電源電路或中頻、低頻電路中起電源濾波、退耦、信號耦合及時間常數設定、隔直流等作用。 無極性電解電容器通常用於音箱分頻器電路、電視機S校正電路及單相電動機的起動電路。電解電容的作用主要分為以下幾種：

　　1） 隔直流----作用是阻止直流通過而讓交流通過。

　　2） 濾波----在電源電路中，整流電路將交流變成脈動的直流，而在整流電路之後接入一個較大容量的電解電容，利用其充放電特性（儲能作用），使整流後的脈動直流電壓變成相對比較穩定的直流電壓。

　　3） 耦合作用----在低頻信號的傳遞與放大過程中，為防止前後兩級電路的靜態工作點相互影響，常採用電容藕合。作為兩個電路之間的連接，允許交流信號通過並傳輸到下一級電路。

　　4）旁路----為交流電路中某些並聯的元件提供低阻抗通路。

　　

　　5）儲能----儲存電能，用於必須要的時候釋放。

　　6） 溫度補償----針對其它元件對溫度的適應性不夠帶來的影響，而進行補償，改善電路的穩定性。

　　7） 調諧----對與頻率相關的電路進行系統調諧，比如手機、收音機、電視機。

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