電容電池結(jié)構(gòu)原理

    生產(chǎn)和生活最常見的鉛蓄電池，可將電能通過化學(xué)反應(yīng)儲(chǔ)藏起來，到另一個(gè)場(chǎng)合或另一時(shí)段使用。鉛蓄電池雖然造價(jià)較低，但也有相應(yīng)的弱點(diǎn)，諸如能量轉(zhuǎn)換效率較低、電池反復(fù)充放電易老化導(dǎo)致使用壽命短、比能量（Wh/kg）和比功率（W/kg）小使設(shè)備笨重、充電時(shí)間長(zhǎng)等；現(xiàn)在我們?cè)谑謾C(jī)上使用的鋰離子電池，雖然也有許多優(yōu)點(diǎn)，但它價(jià)格昂貴且儲(chǔ)藏電能有限，不能在大功率場(chǎng)合下使用；所以正在開發(fā)研制的超級(jí)電容電池，相比較而言，就有著一般電池?zé)o可比擬的優(yōu)點(diǎn)，它的前景不可限量。

    結(jié)構(gòu)

    超級(jí)電容的容量比通常的電容器大得多。由于其容量很大，對(duì)外表現(xiàn)和電池相同，因此也稱作“電容電池”或說“黃金電池”。超級(jí)電容器電池也屬于雙電層電容器,它是目前世界上已投入量產(chǎn)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(zhì)組成的雙電層結(jié)構(gòu)獲得超大的容量。

    傳統(tǒng)物理電容中儲(chǔ)存的電能來源于電荷在兩塊極板上的分離,兩塊極板之間為真空(相對(duì)介電常數(shù)為1)或一層介電物質(zhì)(相對(duì)介電常數(shù)為ε)所隔離,電容值為:C = ε·A / 3.6 πd ·10-6 (μF) 其中A為極板面積,d為介質(zhì)厚度。所儲(chǔ)存的能量為: E = C (ΔV)2/2，其中C為電容值,ΔV為極板間的電壓降.可見,若想獲得較大的電容量,儲(chǔ)存更多的能量,必須增大面積A或減少介質(zhì)厚度d，但這個(gè)伸縮空間有限，導(dǎo)致它的儲(chǔ)電量和儲(chǔ)能量較小。

    工作原理

    雙電層電容器中,采用活性炭材料制作成多孔電極,同時(shí)在相對(duì)的碳多孔電極之間充填電解質(zhì)溶液,當(dāng)在兩端施加電壓時(shí),相對(duì)的多孔電極上分別聚集正負(fù)電子,而電解質(zhì)溶液中的正負(fù)離子將由于電場(chǎng)作用分別聚集到與正負(fù)極板相對(duì)的界面上,從而形成兩個(gè)集電層,相當(dāng)于兩個(gè)電容器串聯(lián),由于活性碳材料具有≥1200m2/g的超高比表面積(即獲得了極大的電極面積A),而且電解液與多孔電極間的界面距離不到1nm(即獲得了極小的介質(zhì)厚度d),根據(jù)前面的計(jì)算公式可以看出,這種雙電層電容器比傳統(tǒng)的物理電容的容值要大很多,比容量可以提高100倍以上, 從而使單位重量的電容量可達(dá)100F/g，并且電容的內(nèi)阻還能保持在很低的水平，碳材料還具有成本低，技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。從而使利用電容器進(jìn)行大電量的儲(chǔ)能成為可能，且在實(shí)際使用時(shí)，可以通過串聯(lián)或者并聯(lián)以提高輸出電壓或電流。