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黄金电容(法拉电容、超级电容器)是利用电子导体活性炭与离子导体有机或无机电解液之间形成感应双电荷层原理制成的电容器,它具有体积小、容量大、电压记忆特性好、可靠性高等特点,因为它容量大,所以可以储存较多电荷,故可在电子产品、工控设备、汽车工业等领域的一些产品中做后备电源和辅助电源。
超级电容原理并非新技术,常见的超级电容器大多是双电层结构,同电解电容器相比,这种超级电容器能量密度和功率密度都非常高。同传统的电容器和二次电池相比,超级电容器储存电荷的能力比普通电容器高,并具有充放电速度快、效率高、对环境无污染、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性高等特点。
其基本原理为:当向电极充电时,处于理想极化电极状态的电极表面电荷将吸引周围电解质溶液中的异性离子,使这些离子附于电极表面上形成双电荷层,构成双电层电容。由于两电荷层的距离非常小(一般0.5nm以下),再加之采用特殊电极结构,使电极表面积成万倍的增加,从而产生极大的电容量。
黄金电容超级电容器超级电容器的类型比较多,按不同方式可以分为多种产品,以下作简单介绍。
按原理分为双电层型超级电容器和赝电容型超级电容器:
双电层型超级电容器,包括
1.活性碳电极材料,采用了高比表面积的活性炭材料经过成型制备电极。
2.碳纤维电极材料,采用活性炭纤维成形材料,如布、毡等经过增强,喷涂或熔融金属增强其导电性制备电极。
3.碳气凝胶电极材料,采用前驱材料制备凝胶,经过炭化活化得到电极材料。
4.碳纳米管电极材料,碳纳米管具有极好的中孔性能和导电性,采用高比表面积的碳纳米管材料,可以制得非常优良的超级电容器电极。
以上电极材料可以制成:
1.平板型超级电容器,在扣式体系中多采用平板状和圆片状的电极,另外也有Econd公司产品为典型代表的多层叠片串联组合而成的高压超级电容器,可以达到300V以上的工作电压。
2.绕卷型溶剂电容器,采用电极材料涂覆在集流体上,经过绕制得到,这类电容器通常具有更大的电容量和更高的功率密度。
赝电容型超级电容器:
超级电容器包括金属氧化物电极材料与聚合物电极材料,金属氧化物包括NiOx、MnO2、V2O5等作为正极材料,活性炭作为负极材料制备的超级电容器,导电聚合物材料包括PPY、PTH、PAni、PAS、PFPT等经P型或N型或P/N型掺杂制取电极,以此制备超级电容器。这一类型超级电容器具有非常高的能量密度,除NiOx型外,其它类型多处于研究阶段,还没有实现产业化生产。
按电解质类型可以分为水性电解质和有机电解质类型:
水性电解质,包括以下几类
1.酸性电解质,多采用36%的H2SO4水溶液作为电解质。
2.碱性电解质,通常采用KOH、NaOH等强碱作为电解质,水作为溶剂。
3.中性电解质,通常采用KCl、NaCl等盐作为电解质,水作为溶剂,多用于氧化锰电极材料的电解液。
有机电解质
通常采用LiClO4为典型代表的锂盐、TEABF4作为典型代表的季胺盐等作为电解质,有机溶剂如PC、ACN、GBL、THL等有机溶剂作为溶剂,电解质在溶剂中接近饱和溶解度。
另外还可以分为:
1.液体电解质超级电容器,多数超级电容器电解质均为液态。
2.固体电解质超级电容器,随着锂离子电池固态电解液的发展,应用于超级电容器的电解质也对凝胶电解质和PEO等固体电解质进行研究。
超级电容器 - 工艺
超级电容器超级电容器的工艺流程为:配料→混浆→制电极→裁片→组装→注液→活化→检测→包装。
超级电容器在结构上与电解电容器非常相似,它们的主要区别在于电极材料。早期的超级电容器的电极采用碳,碳电极材料的表面积很大,电容的大小取决于表面积和电极的距离,这种碳电极的大表面积再加上很小的电极距离,使超级电容器的容值可以非常大,大多数超级电容器可以做到法拉级,一般情况下容值范围可达1-5000F。
超级电容器通常包含双电极、电解质、集流体、隔离物四个部件。超级电容器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电容量的。在超级电容器中,采用活性炭材料制作成多孔电极,同时在相对的两个多孔炭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,从而形成双集电层。
和充电电池相比,超级电容器具有充电时间短、功率密度高、使用寿命长、低温特性好及无环境污染等优势,故可在众多领域取代充电电池,并表现出在某些方面超越充电电池的特点,弥补了充电电池在使用中的不足,如:充电慢,充电电路复杂,使用寿命短等缺陷。超级电容器是一种新兴的能提供强大脉冲功率的理想环保型物理二次电源。
在通常使用的家用电器中,电容器主要有三个作用:1 在需要直流电源的电路中,对交流电源整流后用电容器滤波,得到平滑的直流电。如不用这个电容器,交流电源经整流后的脉动直流电流不能经滤波成为平滑的...
用在单相电机的电容一般有两种:一种是我们较常见的启动电容,顾名思义,由于单相电机形成的磁场不是旋转的,在启动时就有了电机转向的不确定性或难以启动。通过电容的移相作用,使电机形成旋转的磁场,从而电机顺利...
行电容的容量可按下式计算:C=1950*In/(Un*COSФ) (μF)式中In、Un、cos十分别是原三相电机铭牌上的额定电流、额定电压和功率因数值,若铭牌上无功率因数,cosy可取0...
1.可作为玩具电动机、语音IC、LED发光器等小功率电器的驱动电源。
2. 可在太阳能道灯、警示灯、航标灯等太阳能产品中代替充电电池做LED的电源。
3. 可用作小型UPS电源
4.可用于电子产品的时钟芯片、静态随机存贮器、数据传输系统等微小电流供电的后备电源。如:数码相机5.掌上电脑、电子门锁、智能电表、远程抄表系统、仪器仪表、程控交换机、税控机、无绳电话等。
6.可在小型充电产品中代替充电电池。如:手摇发电手电筒。
7.可在水表、煤气表中作电磁阀的后备电源。
黄金电容超级电容器如果使用不当会造成电解质泄漏等现象;和铝电解电容器相比,它内阻较大,因而不可以用于交流电路;
1、黄金电容超级电容器不同于电池,在某些应用领域,它可能优于电池。有时将两者结合起来,将电容器的功率特性和电池的高能量存储结合起来,不失为一种更好的途径。
2、黄金电容超级电容器在其额定电压范围内可以被充电至任意电位,且可以完全放出。而电池则受自身化学反应限制工作在较窄的电压范围,如果过放可能造成永久性破坏。
3、黄金电容超级电容器的荷电状态(SOC)与电压构成简单的函数,而电池的荷电状态则包括多样复杂的换算。
4、黄金电容超级电容器与其体积相当的传统电容器相比可以存储更多的能量,电池与其体积相当的超级电容器相比可以存储更多的能量。在一些功率决定能量存储器件尺寸的应用中,超级电容器是一种更好的途径。
5、黄金电容超级电容器可以反复传输能量脉冲而无任何不利影响,相反如果电池反复传输高功率脉冲其寿命大打折扣。
6、黄金电容超级电容器可以快速充电而电池快速充电则会受到损害。
7、黄金电容超级电容器可以反复循环数十万次,而电池寿命仅几百个循环
黑金刚电容EKXJ
Product specifications in this catalog are subject to change without notice.Request our product specifications before purchase and/or use. Please use our products based on the information contained in this catalog and product specifications. 160 to 500V dc , long life, 105 ℃ KXJ Series ? Downsized and Longer life from current KXG series ? Endurance with ripple current : 8,000 to 12,000 hours at 1
电容参数
一、电容的主要参数: 1、 电压 1) 额定电压:两端可以持续施加的电压,一般为直流电压,通常用 VDC。而专用于 交流电的则为交流有效值电压,通常为 VAC。 电容器的交直流额定电压换算关系 直流额定电压 VR/VDC 50 63 100 250 400 630 1000 交流额定电压 VR/VAC 30 40 63 160 200 220 250 2) 浪涌电压:电解电容特有的电压参数,是短时间可以承受的过电压,为额定电压的 1.15 倍。 3) 瞬时过电压:是铝电解电容特有电压参数,为可以瞬时承受的过电压,这个浪涌电 压约为额定电压的 1.3 倍,是铝电解电容的击穿电压。 4) 介电强度:电容额定电压低于电容中介质的击穿电压。一般为额定电压的 1.5~2.5 倍。如:铝电解电容的击穿电压约为额定电压的 1.3 倍;其它介质则通常为 1.75~2 倍以上。 5) 试验电压:薄膜电容
超级电容器(supercapacitor,ultracapacitor), 又叫电化学电容器(Electrochemical Capacitor, EC)、黄金电容、法拉第电容;包括双电层电容器(Electrostatic double-layer capacitor)和赝电容器(Electrochemical pseudocapacitor),通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件、储能过程是可逆的,可以反复充放电数十万次。超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板,在极板上加电,正极板吸引电解质中的负离子,负极板吸引正离子,实际上形成两个电容性存储层,被分离开的正离子在负极板附近,负离子在正极板附近。
超级电容器是建立在德国物理学家亥姆霍兹(1821~1894)提出的界面双电层理论基础上的一种全新的电容器。众所周知,插入电解质溶液中的金属电极表面与液面两侧会出现符号相反的过剩电荷,从而使相间产生电位差。那么,如果在电解液中同时插入两个电极,并在其间施加一个小于电解质溶液分解电压的电压,这时电解液中的正、负离子在电场的作用下会迅速向两极运动,并分别在两上电极的表面形成紧密的电荷层,即双电层。
它所形成的双电层和传统电容器中的电介质在电场作用下产生的极化电荷相似,从而产生电容效应,紧密的双电层近似于平板电容器,但是,由于紧密的电荷层间距比普通电容器电荷层间的距离要小得多,因而具有比普通电容器更大的容量。
双电层电容器与铝电解电容器相比内阻较大,因此,可在无负载电阻情况下直接充电,如果出现过电压充电的情况,双电层电容器将会开路而不致损坏器件,这一特点与铝电解电容器的过电压击穿不同。同时,双电层电容器与可充电电池相比,可进行不限流充电,且充电次数可达10^6次以上,因此双电层电容不但具有电容的特性,同时也具有电池特性,是一种介于电池和电容之间的新型特殊元器件。
超级电容,又名电化学电容,双电层电容器、黄金电容、法拉电容,是从上世纪七、八十年代发展起来的通过极化电解质来储能的一种电化学元件。
超级电容工作原理
所有超级电容器的共性是,都包含一个正极,一个负极,及这两个电极之间的隔膜,电解液填补由这两个电极和隔膜分离出来的两个的孔隙。
根据储能机理不同可分为双电层电容和法拉第准电容。
双电层电容工作原理:当在两个电极上施加电场后,溶液中的阴、阳离子分别向正、负电极迁移,在电极表面形成双电层,完成充电过程;撤消电场后,电极上的正负电荷与溶液中的相反电荷离子相吸引而使双电层稳定,在正负极间产生相对稳定的电位差。这时对某一电极而言,会在一定距离内(分散层)产生与电极上的电荷等量的异性离子电荷,使其保持电中性;当将两极与外电路连通时,电极上的电荷迁移而在外电路中产生电流,溶液中的离子迁移到溶液中呈电中性,完成放电过程。以上就是双电层电容的充放电原理。
法拉第准电容工作原理:这种类型的电容储存电荷的过程不仅包括双电层上的存储,还包括电解液离子与电极活性物质发生的氧化还原反应。当电解液中的离子(如H+、OH-、K+或Li+)在外加电场的作用下由溶液中扩散到电极/溶液界面时,会通过界面上的氧化还原反应而进入到电极表面活性氧化物的体相中,从而使得大量的电荷被存储在电极中。放电时,这些进入氧化物中的离子又会通过以上氧化还原反应的逆反应重新返回到电解液中,同时所存储的电荷通过外电路而释放出来,这就是法拉第准电容的充放电机理。
石墨烯在超级电容中的应用
石墨烯导电剂
石墨烯作为导电性极佳的“至柔至薄”二维材料,是一种高性能导电添加剂。它可以与超级电容器电极中活性炭颗粒形成二维导电接触,在电极中构建“至柔-至薄-至密”的三维导电网络,降低电极内阻,改善电容的倍率性能和循环稳定性。
针对石墨烯粉体难以在其他材料中进行均匀分散的行业难题,研究者们设计了具有高导电性极易分散的石墨烯/碳黑复合导电剂粉体(石墨烯含量在50%以上),利用碳黑的阻隔作用,可实现石墨烯在电极中的均匀分散,从而构建三维导电通路,有效提升了超级电容的性能,其其制备原理及结构表征如图所示。
石墨烯基超级电容器
石墨烯被认为是高电压、高容量、高功率超级电容器电极材料的选择之一。2011年,Ruoff 教授利用KOH化学活化对石墨烯结构进行修饰重构,形成具有连续三维孔结构的活性石墨烯。它富含大量的微孔和中孔,比表面积达到 3100m2/g,远高于石墨烯理论比表面积(2630m2/g)。在有机电解液中其比容量达200F/g(工作电压3.5V,电流密度0.7A/g),基于整体器件的能量超过20Wh/kg,是目前活性炭基超级电容器能量密度的4倍。虽然现在石墨烯基超级电容器普遍的能量密度与锂离子电池还有一定的差距,但长远来看前者更有发展空间。
表:石墨烯基超级电容器与其它储氢产品比较
关于石墨烯超级电容的进一步探讨
由于石墨烯独特的二维结构和出色的固有的物理特性,诸如异常高的导电性和大表面积,石墨烯基材料在超级电容器中的应用具有极大的潜力。石墨烯基材料与传统的电极材料相比,在能量储存和释放的过程中,显示了一些新颖的特征和机制。未来石墨烯超级电容也将是最受关注的储能产品之一,想要了解更多关于石墨烯以及其在超级电容中的应用吗?2018年4月24-25日在苏州“2018低维碳纳米材料制备及应用技术交流会”上,中国科学院山西煤炭化学研究所石墨烯与新能源材料研究组组长陈成猛将会带您深入了解《石墨烯与多孔炭--从规模化制备到超级电容应用》。
陈成猛博士:2012年受聘于中国科学院山西煤炭化学研究所709课题组长、中科院青促会会员、中国颗粒学会青年理事、中国石墨烯产业联盟理事、标准委员会成员、中电标超级电容器工作组标准委员会会员。
研究领域为:石墨烯化学法规模化制备、石墨烯基导电炭膜及其三维组装体、石墨烯掺杂与复合衍生物,及上述材料在储能、导热领域的应用探索。创立炭美石墨烯品牌,2013年在太原建成300公斤/年石墨烯中试示范线。
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超级电容器(supercapacitor,ultracapacitor),又叫双电层电容器(Electrical Doule-Layer Capacitor)、黄金电容、法拉电容,通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件,但在其储能的过程并不发生化学反应,这种储能过程是可逆的,也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。同时,超级电容器是一种新型绿色环保的储能器件(活性炭),其具有效率极高、高电流容量、电压范围宽、使用温度范围广、回卷使用寿命长、工作寿命长、免维护易保养、整合简单、底成本等优越的特性;综合以上所诉,超级电容具有很广阔的发展前景;