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解決電力不足的方法--超級電容

發(fā)布時間：2018-01-24 來源：村田中文技術(shù)社區(qū) 責任編輯：lina

【導讀】近年來智能手機和智能手表等移動設備不斷高機能化。兼具電話、表、PC、攝像機、音響、電視、書、游戲機等功能，甚至幾乎所有的移動設備上都有錢包的功能。每個功能都要求高級規(guī)格，設計者必須把所有的功能集中在小的空間上，且能夠隨便運行。此時必須面對的一個問題就是「如何設計電源」。

因為空間有限，所以能夠使用的電源和電池的量是有限的。但是如果電力不充足的話，在同時使用多的功能的時輸出會不穩(wěn)定，峰值時的輸出不足。那么，該怎么辦呢……

這個令人困擾的問題的理想解決方案就是使用村田的超級電容（EDLC、Supercapacitor）。

與一般電容器相比，能夠儲存更多電荷的超級電容

超級電容是電容器的一種，是能夠儲存釋放電力的蓄電裝置。與普通電容器一樣，通過安裝在電路中，以各種形式輔助蓄電池和電池等電源。

普通電容器由2枚電極（金屬板）和中間夾著的介電質(zhì)組成。一旦施加電壓，電子就聚集在一個電極上，是儲存電荷的狀態(tài)。此時電極間的介電質(zhì)通過「介電分極」現(xiàn)象，發(fā)揮增加靜電容量的作用。

超級電容是能夠儲存大的電荷并進行高輸出的元件

超級電容也是同樣的基本原理，與普通電容不同的是，電極間是用電解液而不是介電質(zhì)填充。施加電壓的話，電極和電解液的面呈現(xiàn)正負電荷排列，形成稱為「電氣雙層」的層，在此出存儲電荷。超級電容的靜電容量與電氣雙層的面積成正比，為了盡可能地使該面積變大，在電極上使用活性炭。活性炭的表面有許多開放的孔，這是為了實際獲得最大的表面積。

超級電容通過電極和電解液儲存電氣的構(gòu)造與普通電池一樣。但是電池是利用電極和電解液間發(fā)生的化學反應（電極直接發(fā)生化學反應并溶解），而超級電容僅是通過電子在電極間的移動。根據(jù)此不同點顯示出兩者不同的性質(zhì)。舉一個相對于電池，超級電容的優(yōu)勢。因為充放電時，僅通過電子移動，所以電極劣化小，與普通電池相比，可更多地進行充放電（村田的超級電容可使用10萬次以上）。

具備傳統(tǒng)電容器和傳統(tǒng)超級電容無法實現(xiàn)的特性的村田「層壓型超級電容」

自19世紀70年代開始，超級電容作為比普通電容具有大的靜電容量的蓄電裝置開始商品化，目前為止已經(jīng)研發(fā)了紐扣型和圓柱型。

但是，這些類型中有幾個缺點。一個是內(nèi)部阻抗（ESR）大，所以僅限用于低輸出用途。電源上連接超級電容的話，內(nèi)部阻抗大，所以大電流通過時電壓下降嚴重，在高輸出時不能提供足夠的能量。還有一個是紐扣型和圓柱型在形狀上，外部水分會從封裝部位進入產(chǎn)生劣化，以及容易引起電解液蒸發(fā)的「干涸不良」。在靜電容量大這一點上，超級電容具有的可能性雖然很大，但是這些缺點在實際使用時就變成了難點。

村田致力于克服這些缺點，研發(fā)出新的超級電容。研發(fā)出層壓型超級電容。

村田的該款超級電容采用了前面所提到的由電極和電解液組成的電氣雙層結(jié)構(gòu)重疊在一起的結(jié)構(gòu)。通過該構(gòu)造，內(nèi)部阻抗（ESR）成功下降到傳統(tǒng)超級電容的1000分之一左右，也可用于電流很大的時候。此外，通過縮小封裝部位，也成功防止了外部水分的侵入和電解液的干涸。