超级电容曾经首要用于大功率电源和大型工业与消费类电源设备，现在在各种尺度的产品、特别是便携式设备中也找到了用武之地。超级电容以高达数千法拉的电容值和快速充放电速率而闻名于世。
因为能够长期存储很多的电能，超级电容体现得更像是电池而不是一个规范电容。事实上，跟着技能的前进，它们将代替很多产品中的可充电电池，从计算机、数码相机、手机到其它手持设备。
超级电容是什么?
简略地说，超级电容是一种十分大的极化电解质电容。这儿的‘大’指的是容量，而不是它们的物理尺度。
确实，关于一般的电解电容来说，电容值和/或电压值越大，整个封装也越大。电解电容一般供给微法拉数量级的电容值，从约0.1uF到约1F，其电压标称值最高可达1kVdc。一般来说，额外电压越高，电容值就越小，而电容值越大，封装也就越大，而且作业电压也或许会下降。
这些规矩基本上也适用于超级电容。超级电容的容值在1F以上，作业电压规模从1.5V到160V乃至更高。跟着电容值和电压添加，其体积也会添加。
电容值在数十法拉左右的前期超级电容是个大块头，首要用于大型电源设备。具有低电压作业才能的小体积超级电容则常用作消费电子设备中的短期备用电源。
尽管超级电容和电解电容存在很大的相似性，但在电气功能和物理尺度方面也有很大的差异。例如，一个一般的10uF、25Vdc额外电压电解电容尺度或许略小于乃至等同于1F到10F、2.7Vdc的超级电容。跟着最近技能的前进，将超级电容的作业电压进步到25Vdc时，尺度添加不到一倍，依据详细运用场合，这样的体积改变或许并不十分明显。
分析超级电容
原则上讲，人们能够将超级电容看作是一个可充电电池。它能存储与其容量成正比的电荷，并在要求放电时开释电荷。超级电容与电解电容的最大区别是其电子双层架构，它能完成更高的容量。
规范电容的结构是在两个附归于金属板上的电极之间夹一层电介质层(图1)。依据电容类型不同，电介质能够是氧化铝、四氧化钽、氧化钛钡或聚丙烯聚酯，不同的资料决议了不同的容量和电压特性(图2)。电介质的多少和极板间的间隔也会影响%&&&&&%量。但是，极板间最大答应间隔约束了电介质的数量。
在这种单层结构中，添加电介质数量来进步容量一般是可行的，办法有三种，即添加封装宽度和极板尺度、添加封装长度和添加极板间隔或这两种办法的组合。这三种办法都将导致电容器的体积变大，这是添加电容容量有必要做出的一种献身。
双电层电容器(EDLC)正如它的字面含义那样能够处理上述问题，它在相同的封装内添加了第二个电介层，这个电介层与第一层在中心阻隔物的两头并行作业(图3)。EDLC也选用无孔电介质，如活性碳、碳纳米管、炭黑凝胶，并选用导电聚合物，其存储容量要比规范的电解资料高出许多。额外层和更高效电介资料的这种组合能使%&&&&&%容量进步近4个数量级。
不过，电压才能是超级电容的薄弱环节，本源在于电介质资料。EDLC中的电介质特别薄，只要纳米数量级，因此能发生很大的外表积，然后构成更大的容量。但这些很薄的层不具有传统电介质抱负的绝缘特性，因此要求较低的作业电压。
超级电容运用
与规范电容和电池比较，EDLC的多个长处使得它们能成为抱负的代替品。这些长处包含：与可重复充电电池比较充放电次数更多，实践功率高达98%，更低的内部电阻，大输出功率，更好的热功能，与电池和规范电容比较有更好的安全余量。
与一切类型的电池不同，EDLC没有特别的处理要求，因此在整个生命周期内都具有环境友好特性。曾经又大又粗笨的超级电容现在现已有了各种尺度的产品，能够适宜任何运用以及简直任何预算。
针对便携式设备的超级电容
如前所述，大电容值的超级电容在物理尺度方面不再是一个妨碍。5F以上的超级电容现已开端运用于许多便携式和手持式产品。在一些事例中，这些元件乃至能够代替给这些产品供电的电池。
Tecate Group推出了具有多样装备的多种PowerBurst品牌超级电容器。针对通用的脉冲电源、混合电池和便携式产品运用，径向引线的TPL和径向折弯的 TPLS系列双层%&&&&&%器别离具有0.5F到70F和100F到400F的容量(图4)。这两类器材的电压额外值都是2.7V，作业温度规模是-40℃到 65℃。TPL和TPLS系列的最大高度别离是45mm(100F)和60mm(400F)。
CAP-XX公司专门针对便携式商场推出了GS/GW系列单节和双节超级电容器(图5)。这些电容供给了电能有限的电池的代替品，寿数十分长，单节装备电压为2.3V，串联衔接的双节%&&&&&%器电压可达4.5V。
这两种电容的作业温度规模都是-40℃到75℃。GW系列产品的外形尺度为28.5x17mm，电压4.5V时的电容量最高为0.4F，等效串联电阻(ESR)低于60 mΩ。GS系列产品的外形尺度为39x17mm，电压4.5V的电容量可达0.7F，ESR低至34 mΩ。
相同针对紧凑空间规划但可耐更高温度的CAP-XX公司HS和HW系列电容器具有很薄的外壳，作业温度规模是-40℃到85℃(图6)。在4.5到5.5V电压规模内，HW的尺度为28.5x17mm。在5.5V电压时的%&&&&&%量可达0.4F，ESR在 5.5V时可低至100 mΩ。
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这些元件的厚度规模从0.9mm到2.9mm不等。电容量可达0.7F的HS系列外形尺度为39mmx17mm，厚度规模相同为0.9mm到2.9mm，最小ESR为55 mΩ。这两个系列的超级电容能够处理高达20A的脉冲电流，额外的RMS电流为4A。
Kanthal Globar公司的Maxcap双层电容器能够用来代替作为存储器后备电源的电池，具有超越5.5 F/in.3的容积功率、无限的服务寿数、快速充放电才能和十分低的漏电流等特性(图7)。Kanthal Globar公司还表明，这些电容比电池更安全，在短路时不会爆破，也不会损坏。这些%&&&&&%器对错极化器材，不需求限流电阻或过压保护，因此能够消除安装过错和相关的本钱。
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Maxcap电容有径向引线(LP、LC、LK、LT、LF、LV、LX和LJ系列)和外表贴装(LM 系列)两大类。额外电压为3.5V或5.5V，电容值规模从0.01F到5F和0.47F到1F与5.6F，详细取决于额外电压值。电路板上还有一种 5F/11V的封装。作业温度规模有两种，一种是从-40℃到85℃，一种是-25℃到70℃。别的，一切的Maxcap都是小尺度元件，可在远端布置，而且不要求接入端口。
针对大型设备的超级电容
尽管看起来好像一切电子规划都在缩小尺度，规划师在搏命地抢夺每纳米空间，但仍有许多范畴微型化既不或许也没必要，包含轿车和运送、再生动力、军用和航空。在这些范畴，一般选用更大尺度的超级电容。
Maxwell Technologies公司推出的突破性BOOSTCAP产品设定了事实上的规范，依据其私有电极技能的产品可供给单节和多节模块化装备。
模块化BOOSTCAP装备由包含14个模块的BPAK和BMOD系列组成(图8)。依据详细的运用，用户能够从下列%&&&&&%值/作业电压组合中选取适宜的产品：15Vdc下有20、23、52和58F;16.2Vdc下有110、250或 500F;48.6Vdc下有165F;75Vdc下有94F;125Vdc下有63F。这些模块的外形尺度也不等，从约178x52x32mm到超越 515x263x211mm。方针运用包含工业、轿车和消费类商场。
Maxwell Technologies公司还有许多大型的具有很高容量的BOOSTCAP品牌单节电容器，不过作业电压比较低。BCAP系列共5节，在2.7Vdc的作业电压下电容值可达650、1200、11500、2000和3000F(图9)。这些%&&&&&%的首要用途是与电池并行作业，适宜要求安稳低功率放电以及峰值负载下供给脉冲功率的运用。
Evans Capacitor公司的3STHQ3和3PTHQ3电容组器材则首要用于使命深重的军事运用，它将公司的三个THQ3混合电容集成进了一个阳极电镀、环氧密封的铝壳中，整个尺度为4.47×1.59×1.09英寸(图10)。针对更高的作业电压，3STHQ3组能够串联电容的方法供给以下四种产品：0.004 F/160 Vdc, 0.0028F/200Vdc, 0.0019F/250Vdc和0.0011F/300Vdc。
针对更大的容量，3PTHQ3组器材能够并联电容的方法供给0.45F/10Vdc到0.01F/125Vdc规模内的产品。这两种装备的作业温度规模都是从-55℃到85℃，包含一切必要的平衡电阻和走线。
针对大电流环境，德国制造商Wima供给了全系列的双层圆柱形器材，其作业电流额外值高达400A，脉冲电流接受才能可达1400A。Wima公司的SuperCap C系列和R系列产品由电容值在110到600F规模内的2.7Vdc电容组成，它们的作业电流和脉冲电流额外值别离可达100A和800A。
最大和最健旺的SuperCap MC系列则规则了14Vdc的作业电压和400A的电流。该产品的分量为1.7公斤，长宽高尺度为325x60x90mm，正负电极之间的间隔是265mm，可接受高达1.4kA的脉冲电流。
其它参数包含110F±20%的电容量，内部电阻为7mΩ，最大贮存能量为10kJ，作业温度规模是-30℃到65℃，作业寿数长达9万小时。
超级电容的未来
如前所述，超级电容有望代替很多设备中的可充电电池。这种演进是合理的，特别是现在人们对绿色技能和高性价比代替动力十分渴求。
最近超级电容制造商CAP-XX和Perpetuum正在就能量收储处理方案打开协作，意图是要成功创立无电池的无线传感器状况监督体系。在上一年6月份举办的nanoPower论坛上讲演的一个事例研讨就介绍了Perpetuum的PGG17振荡能量收储微型发电机怎么与CAP-XX的超级电容器合作完成无电池状况监督体系的。这些体系收集并在机器上显现数据，意图是改进财物办理质量。
据这两家公司介绍，传统的状况监督体系需求人工的数据收集，或运用电池供电的无线传感器。据他们声称，在与这些体系相关的恶劣环境中，电池或许只能用2到5年。清楚明了，在一个或许稀有千个电池供电的无线传感器节点的工厂中，替换和处理电池的本钱将十分高。
在平常作业过程中，PMG17将无用的机械振荡转换成电能，能够供给0.5mW到50mW的安稳电源。CAP-XX超级电容器贮存这些能量，然后供给在无线网络(如IEEE802.15.4和802.11)上传送传感器状况数据所需的峰值功率。
PMG17能够为间歇性无线传感器体系(如无线HART、SP-100和Wi-Fi)供给必要的电能。但是，它的输出阻抗太高，无法供给传感器节点要求的10到100秒时间长的mW级功率。高容量和低ESR的超级电容器能够处理这个问题，它能够供给约1秒的峰值功率来传送数据。
“微型发电机和超级%&&&&&%组合消除了电池的牢靠性问题和耗时的保护作业，能够极大地节约操作本钱和能量运用。”Perpetuum公司的技能办理人员Stephen Roberts表明。
“无线体系制造商现在能够运用这种“安装完就可忘记的”自发电动力轻松地规划出无电池的体系。”CAP-XX公司运用技能副总裁Pierre Mars指出。
