电容的原理简介
一、电容器的参数
按绝缘材料不同，可制成各种各样的电容器. 如：云母．瓷介．纸介，电解电容器等．在构造上，又分为固定电容器和可变电容器．由于电容器的类型和结构种类比较多，因此，我们不仅需要了解各类电容器的性能指标和一般特性，而且还必须了解在给定用途下各种元件的优缺点，以及机械或环境的限制条件等。这里将对电容器的主要参数及其应用做简单说明。
1. 标称电容量（ C R ）。电容器产品标出的电容量值。云母和陶瓷介质电容器的电容量较低（大约在 5000pF 以下）；纸、塑料和一些陶瓷介质形式的电容器居中（大约在
0.005uF~1.0uF ）；通常电解电容器的容量较大。这是一个粗略的分类法。
2. 类别温度范围。电容器设计所确定的能连续工作的环境温度范围。该范围取决于它相应类别的温度极限值，如上限类别温度、下限类别温度、额定温度（可以连续施加额定电压的最高环境温度）等。
3. 额定电压（ U R ）。在下限类别温度和额定温度之间的任一温度下，可以连续施加在电容器上的最大直流电压或最大交流电压的有效值或脉冲电压的峰值。电容器应用在高电压场和时，必须注意电晕的影响。电晕是由于在介质 / 电极层之间存在空隙而产生的，它除了可以产生损坏设备的寄生信号外，还会导致电容器介质击穿。在交流或脉动条件下，电晕特别容易发生。对于所有的电容器，在使用中应保证直流电压与交流峰值电压之和不得超过电容器的额定电压。
4. 损耗角正切（ tg δ）。在规定频率的正弦电压下，电容器的损耗功率除以电容器的无功功率为损耗角正切。在实际应用中，电容器并不是一个纯电容，其内部还有等效电阻，它的简化等效电路如附图所示。对于电子设备来说，要求 R S 愈小愈好，也就是说要求损耗功率小，其与电容的功率的夹角要小。
5. 电容器的温度特性。通常是以20 ℃基准温度的电容量与有关温度的电容量的百分比表示。
6. 使用寿命。电容器的使用寿命随温度的增加而减小。主要原因是温度加速化学反应而使介质随时间退化。
7. 绝缘电阻。由于温升引起电子活动增加，因此温度升高将使绝缘电阻降低。
二、电容器的原理
在电子产品中，电容器是必不可少的电子器件，它在电子设备中充当整流器的平滑滤波、电源的退耦、交流信号的旁路、交直流电路的交流耦合等。电子制作中需要用到各种各样的电容器，它们在电路中分别起着不同的作用。与电阻器相似，通常简称其为电容，用字母C 表示。电容器是一种能储存电荷的容器．它是由两片靠得较近的金属片，中间再隔以绝缘物质而组成的．两片金属称为的极板，中间的物质叫做介质。电容器对直流电阻力无穷大，即
电容器具有隔直流作用.电容器对交流电的阻力受交流电频率影响，即相同容量的电容器对不同频率的交流电呈现不同的容抗.电容器是依靠它的充放电功能来工作的，加在电容器两个极板上的交流电频率高，电容器的充放电次数增多；充放电电流也就增强；也就是说．电容器对于频率高的交流电的阻碍作用就减小,即容抗小,反之电容器对频率低的交流电产生的容抗大．对于同一频率的交流电电．电容器的容量越大，容抗就越小，容量越小,容抗就越大.
不同的电容器储存电荷的能力也不相同。规定把电容器外加1伏特直流电压时所储存的电荷量称为该电容器的电容量。电容的基本单位为法拉（F）。但实际上，法拉是一个很不常用的单位，因为电容器的容量往往比1法拉小得多，常用微法（μF）、纳法（nF）、皮法（pF）（皮法又称微微法）等，它们的关系是：1法拉（F）= 1000000微法（μF） 1微法（μF）= 1000纳法（nF）= 1000000皮法（pF）
在电子线路中，电容用来通过交流而阻隔直流，也用来存储和释放电荷以充当滤波器，平滑输出脉动信号。小容量的电容，通常在高频电路中使用，如收音机、发射机和振荡器中。大容量的电容往往是作滤波和存储电荷用。而且还有一个特点，一般1μF以上的电容均为电解电容，而1μF以下的电容多为瓷片电容，当然也有其他的，比如独石电容、涤纶电容、小容量的云母电容等。电解电容有个铝壳，里面充满了电解质，并引出两个电极，作为正（+）、负（-）极，与其它电容器不同，它们在电路中的极性不能接错，而其他电容则没有极性。
把电容器的两个电极分别接在电源的正、负极上，过一会儿即使把电源断开，两个引脚间仍然会有残留电压（也可以用万用表观察），我们说电容器储存了电荷。电容器极板间建立起电压，积蓄起电能，这个过程称为电容器的充电。充好电的电容器两端有一定的电压。电容器储存的电荷向电路释放的过程，称为电容器的放电。
发烧友制作HiFi音响，都要用至少1万微法以上的电容器来滤波，滤波电容越大，输出的电压波形越接近直流，而且大电容的储能作用，使得突发的大信号到来时，电路有足够的能量转换为强劲有力的音频输出。这时，大电容的作用有点像水库，使得原来汹涌的水流平滑地输出，并可以保证下游大量用水时的供应。
电子电路中，只有在电容器充电过程中，才有电流流过，充电过程结束后，电容器是不能通过直流电的，在电路中起着“隔直流”的作用。电路中，电容器常被用作耦合、旁路、滤波等，都是利用它“通交流，隔直流”的特性。那么交流电为什么能够通过电容器呢？我们先来看看交流电的特点。交流电不仅方向往复交变，它的大小也在按规律变化。电容器接在交流电源上，电容器连续地充电、放电，电路中就会流过与交流电变化规律一致的充电电流和放电电流。
电容器的选用涉及到很多问题。首先是耐压的问题。加在一个电容器的两端的电压超过了它的额定电压，电容器就会被击穿损坏。一般电解电容的耐压分档为6.3V，10V，16V，25V，50V等。
三、电容器的分类
电容器包括固定电容器和可变电容器两大类。其中固定电容器又可根据其介质材料分为云母电容器、陶瓷电容器、纸 / 塑料薄膜电容器、电解电容器和玻璃釉电容器等；可变电容器也可以是玻璃、空气或陶瓷介质结构。
以下附表列出了常见电容器的字母符号。
电容的耐压和绝缘电阻
电容长期可靠地工作，它能承受的最大直流电压，就是电容的耐压，也叫做电容的直流工作电压。如果在交流电路中，要注意所加的交流电压最大值不能超过电容的直流工作电压值。表 1是常用固定电容直流工作电压系列。有*的数值，只限电解电容用。
常用固定电容的直流电压系列
由于电容两极之间的介质不是绝对的绝缘体，它的电阻不是无限大，而是一个有限的数值，一般在 1000 兆欧以上。电容两极之间的电阻叫做绝缘电阻，或者叫做漏电电阻。漏电电阻越小，漏电越严重。电容漏电会引起能量损耗，这种损耗不仅影响电容的寿命，而且会影响电路的工作。因此，漏电电阻越大越好。
四、电容的型号命名及标志方法
1）电容的型号命名
各国电容器的型号命名很不统一，国产电容器的命名由四部分组成：
第一部分：用字母表示名称，电容器为C。
第二部分：用字母表示材料。
第三部分：用数字表示分类。
第四部分：用数字表示序号。
电容的种类很多，为了区别开来，常用几个拉丁字母来表示电容的类别。第一个字母C 表示电容，第二个字母表示介质材料，第三个字母以后表示形状、结构等。上图是小型纸介电容，下图是立式矩开密封纸介电容。表1列出电容的类别和符号。表2是常用电容的几项特性。
表2 常用电容的几项特性
2）电容的标志方法：
（1）直标法：用字母和数字把型号、规格直接标在外壳上。
（2）文字符号法：用数字、文字符号有规律的组合来表示容量。文字符号表示其电容量的单位：P、N、u、m、F等。和电阻的表示方法相同。标称允许偏差也和电阻的表示方法相同。小于10pF的电容，其允许偏差用字母代替：B——±0.1pF，C——±0.2pF，D——±0.5pF，F——±1pF。
（3）色标法：和电阻的表示方法相同，单位一般为pF。小型电解电容器的耐压也有用色标法的，位置靠近正极引出线的根部，所表示的意义如下表所示：
（4）进口电容器的标志方法：进口电容器一般有6项组成。
第一项：用字母表示类别：
第二项：用两位数字表示其外形、结构、封装方式、引线开始及与轴的关系。
第三项：温度补偿型电容器的温度特性，有用字母的，也有用颜色的，其意义如下表所示：
第四项：用数字和字母表示耐压，字母代表有效数值，数字代表被乘数的10的幂。
第五项：标称容量，用三位数字表示，前两位为有效数值，第三为是10的幂。当有小数时，用R或P表示。普通电容器的单位是pF，电解电容器的单位是uF。
第六项：允许偏差。用一个字母表示，意义和国产电容器的相同。
也有用色标法的，意义和国产电容器的标志方法相同。
五、电容的使用注意事项：
1）选择合适的型号.
2）合理确定电容器的精度.
3）确定电容器的额定工作电压：对一般电路，电路的工作电压应为电容器额定电压的10%~20%；当有脉动电压时，工作电压应为脉动的最高电压。当应用于交流时，额定电压随频率的增加而要相应增大。当温度环境比较高时，额定电压还要选用更大的。
4）尽量选择绝缘电阻大的AVX电容及AVX代理商.
5）考虑温度系数和频率特性.
6）注意使用环境.
六、电容的质量判断及电解电容极性的判别方法
视电解电容器容量大小，通常选用万用表的R×10 、R×100 、R×1K 挡进行测试判断。红、黑表笔分别接电容器的负极（每次测试前，需将电容器放电），由表针的偏摆来判断电容器质量。若表针迅速向右摆起，然后慢慢向左退回原位，一般来说电容器是好的。如果表针摆起后不再回转，说明电容器已经击穿。如果表针摆起后逐渐退回到某一位置停位，则说明电容器已经漏电。如果表针摆不起来，说明电容器电解质已经干涸推失去容量。
有些漏电的电容器，用上述方法不易准确判断出好坏。当电容器的耐压值大于万用表内电池电压值时，根据电解电容器正向充电时漏电电流小，反向充电时漏电电流大的特点，可采用R×10K 挡，对电容器进行反向充电，观察表针停留处是否稳定（即反向漏电电流是否恒定），由此判断电容器质量，准确度较高。黑表笔接电容器的负极，红表笔接电容器的正极，表针迅速摆起，然后逐渐退至某处停留不动，则说明电容器是好的，凡是表针在某一位置停留不稳或停留后又逐渐慢慢向右移动的电容器已经漏电，不能继续使用了。表针一般停留并稳定在 50 － 200K 刻度范围内。
不知道极性的电解电容可用万用表的电阻挡测量其极性。
我们知道只有电解电容的正极接电源正（电阻挡时的黑表笔），负端接电源负（电阻挡时的红表笔）时，电解电容的漏电流才小（漏电阻大）。反之，则电解电容的漏电流增加（漏电阻减小）。
测量时，先假定某极为“ + ”极，让其与万用表的黑表笔相接，另一电极与万用表的红表笔相接，记下表针停止的刻度（表针靠左阻值大），然后将电容器放电（既两根引线碰一下），两只表笔对调，重新进行测量。两次测量中，表针最后停留的位置靠左（阻值大）的那次，黑表笔接的就是电解电容的正极。测量时最好选用 R*100 或 R*1K 挡。以上由TDK电感商希迪电子整理提供，未经允许请勿转载!
铝电解电容器生产工艺流程 (附图片) (2009/12/18 15:19) 铝电解电容器主要原材料: 阳极箔、阴极箔、电解纸、电解液、导箔、胶带、盖板、铝壳、华司、套管、垫片等 生产工序切割、卷绕、含浸、装配、老化、封口、印刷、套管、测量、包装、检验等 电解电容原材料分切 小型电解电容器自动卷绕机
大型电解电容器自动卷绕机 电解电容芯子含浸 电解电容高温老化 电解电容性能测试 铝电解电容制造进程：第一步：铝箔的腐化。 倘若拆开一个铝电解液电容的外壳，你会看到内里是几多层铝箔和几多层电解纸，铝箔和电解纸贴附在一起，卷绕成筒状的机关，这样每两层铝箔中间便是一层吸附了电
解液的电解纸了。 铝箔的制造要领。为了增大铝箔和电解质的战争面积，电容中的铝箔的外观并不是平滑的，而是通过电化腐化法，使其外观形成崎岖不屈的形状，这样不妨增大7~8倍的外观积。电化腐化的工艺是较量庞杂的，此中涉及到腐化液的种类、浓度、铝箔的外观状态、腐化的速率、电压的动态均衡等等。第二步：氧化膜形成工艺。 铝箔通过电化腐化后，就要运用化学方法，将其外观氧化成三氧化二铝——也便是铝电解电容的介质。在氧化之后，要仔细检讨三氧化二铝的外观，看是否有雀斑也许龟裂，将不足格的清除在外。 第三步：铝箔的切割。 这个措施很简单明白。便是把一整块铝箔，切割成几多小块，使其适当电容制造的必要。 第四步：引线的铆接。 电容外部的引脚并不是直连接到电容内部，而是经过内引线与电容内部连结的因此，在这一步当中我们就必要将阳极和阴极的内引线，与电容的外引线经过超声波键正当连结在一起。外引线通常采纳镀铜的铁线也许氧化铜线以削减电阻，而内引线则直接采纳铝线与铝箔直接相连。大众注意这些小小的措施无一过错细密加工要求很高。 第五步：电解纸的卷绕。 电容中的电解液并非直接灌进电容，呈液态浸泡住铝箔，而是经过吸附了电解 液的电解纸与铝箔层层贴合。这当中，选用的电解纸与平凡纸张的配方有些分 歧，是呈微孔状的，纸的外观不及有杂质，不然将影响电解液的身分与性能。 而这一步，便是将没有吸附电解液的电解纸，和铝箔贴在一块，然后卷进电容外壳，使铝箔和电解纸形成近似“ 101010”的隔断状态。 第六步：电解液的浸渍。当电解纸卷绕完毕之后，就将电解液灌进去，使电解液浸渍
超级电容器原理及电特性 Principle & Electric characteristics of Ultra capacitor 辽宁工学院陈永真孟丽囡宁武 Chen Yongzhen Liao Ning Institute of Technology 摘要：叙述了超级电容器的基本结构和工作原理，比较全面地介绍了超级电容器的特点和在特定测试条件下的电特性，分析了如较大的ESR、发热等特殊电特性产生的原因，提出一些注意事项。 关键词：超级电容器 ESR 放电电流 Abstract:Basic structure & principle of ultra-capacitor are described in this paper. The characteristics about ultra-capacitor and electric characteristics in special measuring conditions are also introduced in detail. Some reasons of special electric characteristics are analyzed, such as big ESR and heat, at last some attentions are also put forward. Key words: ultra-capacitor ESR Discharging current 超级电容器是一种高能量密度的无源储能元件，随着它的问世，如何应用好超级电容器，提高电子线路的性能和研发新的电路、电子线路及应用领域是电力电子技术领域的科技工作者的一个热门课题。 1. 级电容器的原理及结构 1.1 超级电容器结构 图一为超级电容器的模型，超级电容器中，多孔化电极采用活性炭粉和活性炭和活性炭纤维，电解液采用有机电解质，如丙烯碳酸脂（propylene carbonate）或高氯酸四乙氨（tetraetry lanmmonium perchlorate）。工作时，在可极化电极和电解质溶液之间界面上形成的双电层中聚集的电容量c由下式确定： 其中ε是电解质的介电常数，δ是由电极界面到离子中心的距离，s是电极界 面的表面面积。 由图中可见，其多孔化电极是使用多孔性的活性碳有极大的表面积在电解液中吸 附着电荷，因而将具有极大的电容量并可以存储很大的静电能量，超级电容器的这一 特性是介于传统的电容器与电池之间。电池相较之间，尽管这能量密度是5%或是更 少，但是这能量的储存方式，也可以应用在传统电池不足之处与短时高峰值电流之中。 这种超级电容器有几点比电池好的特色。 图1超级电容器结构框图 1.2 工作原理 超级电容器是利用双电层原理的电容器，原理示意图如图2。当外加电压加到 超级电容器的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大。当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上电荷不会脱离电解液，超级电容器为正常工作状态（通常为3V以下），如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时，电解液将分解，为非正常状态。由于随着超级电容器放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液的界面上的电荷响应减少。由此可以看出：超级电容器的充放电过程始终是物理过程，没有化学反应。因此性能是稳定的，与利用化学反应的蓄电池是不同的。 2.3 主要特点 由于超级电容器的结构及工作原理使其具有如下特点：
电容器基础培训资料 一、基本常识 1、什么叫电容器及表示法、薄膜电容器主要用途 两个金属导体，中间隔一介质，在电场的作用下，可储存电荷的一种装置。 表示法——并用字母“C”表示，单位为μF，法拉（F）=106微法（μF）=1012皮法（pF） 用途：主要用于单相电机的启动与运转、灯具的补偿或触发作用。 2、本公司生产电容器的型号 CBB60型——塑壳、圆柱型结构、有导线或端子引出，用于电机； CBB61型——塑壳、方型结构、有导线或端子引出，用于电机； CBB65型——铝壳，圆柱型结构，有导线或端子引出，用于电机、灯具； CBB65A/B型——铝壳防爆圆柱型或椭圆形结构，均为端子引出，用于电极、压缩机、灯具； CBB80型——白色塑壳、圆柱型结构，其引出为接插件（刺破性连接）。专用于灯具配套。 BKMJ型——专用直流高压脉冲电容器 二、工艺流程图： 三、具体工艺 1、卷绕： ①卷绕间温度-10℃~+26℃，相对湿度≤60%； ②跑偏≤0.5mm，错边0.8~1.2mm，容量：圆芯-3%~+1%，扁芯-7%~-4%； ③卷前应检查辊轴的转动灵活性，核对穿膜路线是否正确，膜面质量检查：膜有无划伤、擦伤、氧化、起皱； 190机张力=膜宽x膜厚x 1.8~2.0/100，180机张力=膜宽x膜厚x 1.2~1.5/10 ④试装外壳。
2、压扁芯子压扁 ①冷压：上下对称排放，冷压压力≥0.6MPa。 3、喷金、点焊： ①喷金厚度为0.6±0.1mm； ②喷金后芯子端面根据制造工作单或其他工艺文件规定预点焊焊点，焊接时间不大于3秒，点焊温度 320℃~420℃； ③如点焊的芯子直径小于20mm时，允许用100W的电烙铁，其余须用200W电烙铁； ④去除外包纸时，千万不可划伤芯子，并检查芯子表面应无残留喷金灰尘，特别注意两极连极现象发生。 4、热聚合：按《电容器芯子热聚合工艺汇总表》 ①芯子热聚合后降温60℃以下，方可流入下一道工序； ②严防温度失控，发生质量大事故。 5、半测： ①赋能：交流低压50V、交流高压250V、直流低压100V/μm 直流高压：5μm为710V、6μm为852V、7、8μm为1278V、9、10μm为1420V； ②交流耐压：2Un0+20，5S ③C、tgδ测量，1KHz ,具体见《芯子和成品电容量、损耗角正切测量要求数据汇总表》； ④严防错测、漏测。 ⑤BKMJ脉冲电容： 直流脉冲电容：直流高压赋能电压按上表交流电压计算，即2.84x交流数 极间耐电压：交流：按以上膜厚的交流电压值的1.8倍，历时2s,无击穿现象。 直流：1.2倍Un，历时10s，无击穿现象。 6、电容器芯子点焊引出端 ①点焊产品外观质量要求无严重打火痕迹，引出端应半埋于喷金层下，焊接强度要求沿芯子喷金面方向 引出端能承受30N拉力。 ②点焊位置应避免靠近芯子边缘和芯管，以防止焊伤芯子和打火，同一位置不允许连续点焊2次以上。 7、焊接装配：焊接注意防止烫伤芯子；装配注意极壳绝缘。 8、灌注： ①环氧预处理：≥60℃、≥0.5h； ②固化剂桶（4kg/桶）,充分搅拌至少3分钟，每桶环氧封小样 ③《电容器灌注工艺、环氧树脂固化条件汇总表》 9、成品测试： ①交流耐压测试：T-T：2Un0+20（V）/5s; T-C: 2000V AC/10s， 铝壳：T-C：2500V AC/10s； BKMJ 型T-T：1.2Un/10s； T-C：Un≤3KV AC3KV AC /10s 、Un＞3KV AC 1.2Un(AC)/10s ②电容、损耗角正切测量：1KHz 具体见《芯子和成品电容量、损耗角正切测量要求数据汇总表》 ③严防错测、漏测。 10、电容器产品打印、包装、入库： 打印前核对图纸、做好首检。
超级电容器原理和应用 分类:移动互联的基本知识或讲座 2007.6.13 20:14 作者：kimberye | 评论：0 | 阅读：5029 超级电容器简介(图) 作者：Maxwell Technologies Bobby Maher 随着社会经济的发展，人们对于绿色能源和生态环境越来越关注，超级电容器作为一种新型的储能器件,因为其无可替代的优越性，越来越受到人们的重视。在一些需要高功率、高效率解决方案的设计中，工程师已开始采用超级电容器来取代传统的电池。 电池技术的缺陷 Li离子、NiMH等新型电池可以提供一个可靠的能量储存方案，并且已经在很多领域中广泛使用。众所周知，化学电池是通过电化学反应，产生法拉第电荷转移来储存电荷的，使用寿命较短，并且受温度影响较大，这也同样是采用铅酸电池（蓄电池）的设计者所面临的困难。同时，大电流会直接影响这些电池的寿命，因此，对于要求长寿命、高可靠性的某些应用，这些基于化学反应的电池就显出种种不足。 超级电容器的特点和优势 超级电容器的原理并非新技术，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。 除了可以快速充电和放电，超级电容器的另一个主要特点是低阻抗。所以，当一个超级电容器被全部放电时，它将表现出小电阻特性，如果没有限制，它会拽取可能的源电流。因此，必须采用恒流或恒压充电器。 １０年前，超级电容器每年只能卖出去很少的数量，而且价格很贵，大约１～２美元／法拉，现在，超级电容器已经作为标准产品大批量供应市场，价格也大大降低，平均0.01～0.02美元／法拉。在最近几年中，超级电容器已经开始进入很多应用领域，如消费电子、工业和交通运输业等领域。
目录 摘要 (2) 第1章电容器的简介 (3) 1.1电容器的作用 (3) 1.2电容器的工作原理 (3) 1.3 铝电解电容器的使用须知 (3) 第2章电容器的制造过程 (4) 2.1点检表的使用 (4) 2.2制造路线 (4) 2.3捺印工程 (6) 2.4捺印工程的注意事项 (7) 第3章捺印过程中出现的问题及解决方案 (8) 3.1无捺印 (8) 3.2落下品的处理 (8) 第4章作业中必须遵守的内容 (8) 结论........................................... 错误！未定义书签。致谢........................................... 错误！未定义书签。参考文献....................................... 错误！未定义书签。
电容器的制造 摘要 本次毕业设计主要是制造电容器，机能性高分子铝电解固体电容器。铝电解电容的容体比较大，串联电阻较大，感抗较大，对温度敏感。它适用于温度变化不大、工作频率不高(不高于25kHz)的场合，可用于低频滤波(在高频率得时候电解电容的并联滤波效果较低频差)。铝电解电容具有极性，安装时必须保证正确的极性，否则有爆炸的危险。 本设计详细地介绍了电容器的制造过程。 关键词：电容器制造
第1章电容器的简介 常简称其为电容，用字母C表示。定义1：电容器，顾名思义，是‘装电的容器’，是一种容纳电荷的器件。英文名称：capacitor。电容是电子设备中大量使用的电子元件之一，广泛应用于隔直，耦合，旁路，滤波，调谐回路，能量转换，控制电路等方面。定义2：电容器，任何两个彼此绝缘且相隔很近的导体（包括导线）间都构成一个电容器。制作电容器，制造部分很多小部门，但不是流水线工作，再每个产品打包之前，都会经过严格的检验，抵制不良品。 1.1电容器的作用 电力电容器是一种无功补偿装置。电力系统的负荷和供电设备如电动机、变压器、互感器等，除了消耗有功电力以外，还要“吸收”无功电力。如果这些无功电力都由发电机供给，必将影响它的有功出力，不但不经济，而且会造成电压质量低劣，影响用户使用。 电容器在交流电压作用下能“发”无功电力(电容电流)，如果把电容器并接在负荷(如电动机)或供电设备(如变压器)上运行，那么，负荷或供电设备要“吸收”的无功电力，正好由电容器“发出”的无功电力供给，这就是并联补偿。并联补偿减少了线路能量损耗，可改善电压质量，提高功率因数，提高系统供电能力。 如果把电容器串联在线路上，补偿线路电抗，改变线路参数，这就是串联补偿。串联补偿可以减少线路电压损失，提高线路末端电压水平，减少电网的功率损失和电能损失，提高输电能力。 电力电容器包括移相电容器、电热电容器、均压电容器、藕合电容器、脉冲电容器等。移相电容器主要用于补偿无功功率，以提高系统的功率因数;电热电容器主要用于提高中频电力系统的功率因数;均压电容器一般并联在断路器的断口上作均压用;藕合电容器主要用于电力送电线路的通信、测量、控制、保护;脉冲电容器主要用于脉冲电路及直流高压整流滤波。 随着国民经济的发展，负荷日益增多，供电容量扩大，无功补偿工作必须相应跟上去。用电容器作为无功补偿时，投资少，损耗小，便于分散安装，使用较广。当然，由于系统稳定的要求，必须配备一定比例的调相机。 1.2电容器的工作原理 交流电的正半周到来，先向电容充电，形成充电电流，根据电容的大小决定此电流的大小，负半周到来时电容上被充上的正电荷又向负端放电，形成放电电流，此时正半周又同时向电容的另一端充电，一个半波过去，又会重复上述过程，这样，电容虽说是绝缘的，不会有任何电流流过，但在电路里却形成了交变电流，这就是电容的功能，接上负载，电流流过负载做功。 1.3 铝电解电容器的使用须知 1、直流电解电容器只能使用在直流电路上，其极性必须标明在适当的位置或在导针/端子旁边。 2、在电路回路中如不清楚或不明确线路的极性时，则建议使用无极性电解容器。
超级电容器的工作原理 根据存储电能的机理不同，超级电容器可分为双电层电容器(Electric double layer capacitor, EDLC)和赝电容器(Pesudocapacitor)。 2.1 双电层电容器原理 双电层电容器是通过电极与电解质之间形成的界面双层来存储能量的新型元器件，当电极与电解液接触时，由于库仑力、分子间力、原子间力的作用，使固液界面出现稳定的、符号相反的双层电荷，称为界面双层。 双电层电容器使用的电极材料多为多孔碳材料，有活性炭(活性炭粉末、活性炭纤维)、碳气凝胶、碳纳米管。双电层电容器的容量大小与电极材料的孔隙率有关。通常，孔隙率越高，电极材料的比表面积越大，双电层电容也越大。但不是孔隙率越高，电容器的容量越大。保持电极材料孔径大小在2,50 nm 之间提高孔隙率才能提高材料的有效比表面积，从而提高双电层电容。 2.2 赝电容器原理 赝电容，也叫法拉第准电容，是在电极材料表面或体相的二维或准二维空间上，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸附/脱附或氧化/还原反应，产生与电极充电电位有关的电容。由于反应在整个体相中进行，因而这种体系可实现的最大电容值比较大，如吸附型准电容为2 000×10–6 F/cm2。对氧化还原型电容器而言，可实现的最大容量值则非常大[9]，而碳材料的比容通常被认为是20×10–6 F/cm2，因而在相同的体积或重量的情况下，赝电容器的容量是双电层电容器容量的10,100 倍。目前赝电容电极材料主要为一些金属氧化物和导电聚合物。
金属氧化物超级电容器所用的电极材料主要是一些过渡金属氧化物， 如:MnO2、V2O5、 2、NiO、H3PMo12O40、WO 3、PbO2和Co3O4等[10]。金属氧化物作为超级电容器电RuO2、IrO 极材料研究最为成功的是RuO2，在H2SO4电解液中其比容能达到700,760 F/g。但RuO2稀有的资源及高昂的价格限制了它的应用。研究人员希望能从MnO2及NiO等贱金属氧化物中找到电化学性能优越的电极材料以代替RuO2。用导电聚合物作为超级电容器的电极材料是近年来发展起来的。聚合物产品具有良好的电子电导率，其典型的数值为1,100 S/cm。一般将共轭聚合物的电导性与掺杂半导体进行比较，采用术语“p掺杂”和“n掺杂”分别用于描述电化学氧化和还原的结果。导电聚合物借助于电化学氧化和还原反应在电子共轭聚合物链上引入正电荷和负电荷中心，正、负电荷中心的充电程度取决于电极电势[9]。导电聚合物也是通过法拉第过程大量存储能量。目前仅有有限的导电聚合物可以在较高的还原电位下稳定地进行电化学n型掺杂,如聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩等。现阶段的研究工作主要集中在寻找具有优良的掺杂性能的导电聚合物，提高聚合物电极的充放电性能、循环寿命和热稳定性等方面。 超级电容器作为一种新型的储能元件，具有如下优点: (1)超高的容量。超级电容器的容量范围为0.1,6 000 F，比同体积的电解电容器容量大2 000,6 000倍。 (2)功率密度高。超级电容器能提供瞬时的大电流，在短时间内电流可以达到几百到几千安培，其功率密度是电池的10,100倍，可达到10×103 W/kg左右。 (3)充放电效率高，超长寿命。超级电容器的充放电过程通常不会对电极材料的结构产生影响，材料的使用寿命不受循环次数的影响，充放电循环次数在105以
超级电容器工作原理 超级电容器既拥有与传统电容器一样较高的放电功率，又拥有与电池一样较大的储存电荷的能力。但因其放电特性仍与传统电容器更为相似，所以仍可称之为“电容”。到现在为止，对于超级电容器的名称还没有统一的说法，有的称之为“超电容器”，有的称之为“电化学电容器”“双电层电容器”，有的还称之为“超级电容器”，总之名称还不统一。但是有人提出根据其储能机理，分为双电层电容器（靠电极 -电解质界面形成双电层）和赝电容器（靠快速可逆的化学吸-脱附或氧化-还原反应产生赝电容）两类。 （一）双电层电容器的基本原理 双电层电容器是利用电极材料与电解质之间形成的界面双电层 来存储能量的一种新型储能元件。当电极材料与电解液接触时，由于界面间存在着分子间力、库仑力或者原子间力的相互作用，会在固液界面处出现界面双电层，是一种符号相反的、稳定的双层电荷。对于一个电极-溶液体系来说，体系会因电极的电子导电和电解质溶液的离子导电而在固液界面上形成双电层。当外加电场施加在两个电极上后，溶液中的阴、阳离子会在电场的作用下分别向正、负电极迁移，而在电极表面形成所谓的双电层；当外加电场撤销后，电极上具有的正、负电荷与溶液中具有相反电荷的离子会互相吸引而使双电层变得更加稳定，这样就会在正、负极间产生稳定的电位差。 在体系中对于某一电极来说，会在电极表面一定距离内产生与电极上的电荷等量的异性离子电荷，来使其保持电中性；当将两极和外
电源连接时，由于电极上的电荷迁移作用而在外电路中产生相应的电流，而溶液中离子迁移到溶液中会呈现出电中性，这就是双电层电容器的充放电原理。 从理论上说，双电层中存在的离子浓度要大于溶液本体中离子浓度，这些浓度较高的离子受到固相体系中异性电荷吸引的同时，还会有一个扩散回溶液本体浓度较低区域的趋势。电容器的这种储能过程是可逆的，因为它是通过将电解质溶液进行电化学极化实现的，整个过程并没有产生电化学反应。双电层电容器的工作原理如下图所示： （二）法拉第准电容器的基本原理 法拉第准电容器是在双电层电容器后发展起来的，有人将其简称为准电容。这种电容的产生是因为电极活性物质在其表面或者体相中
聚焦超级电容选型与应用 上网时间：2010-05-27 作者：Zoro 来源：电子元件技术网 超级电容和电池都是能量的存储载体，但二者有不同的特点。超级电容通过介质分离正负电荷的方式储存能量，是物理方法储能，电池是通过化学反应的方法来储能。超级电容充放电次数可达百万次，而电池只有1000次，显然超级电容寿命要远大于电池，降低维护成本且有利于环保。 超级电容充放电速度快，能够在机车启动时提供能量，刹车时捕获能量，因为超级电容充放电的时间在1秒左右，正好与机车刹车或启动的时间匹配。其他设备比如风力发电中，风轮机变桨的时候要提供能量也是在这个时间段。而电池的充放电大概在1小时到10个小时左右，而传统用于滤波的电容，充放电为0.03秒。 超级电容放电速度快，而且容量大，能够瞬间释放巨大的能量，能够用作备用电源，在系统突然断电时，在极短时间内为系统提供能量。超级电容也可以用作发动机或动力电池的辅助，提高发动机的运行效率和能量利用效率。在系统启动时，超级电容将捕获的能量释放，满足峰值功率要求，从而减轻电池或发动机的负担。 除此之外，超级电容还能用于自动抄表系统中的智能电表（水表，燃气表）、相机闪光灯、混合动力汽车。超级电容节能、环保、高效的特点迎合了当下节能减碳的设计诉求。本期半月谈聚焦超级电容，通过以下三个方面介绍超级电容：
超级电容器基本原理及性能特点 超级电容属于双电层电容器，它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种，其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都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容量。 超级电容与电池的比较 相对铅酸电池、镍镉电池、锂离子电池，超级电容具有节能、超长使用寿命、安全、环保、宽温度范围、充电快速、无需人工维护等优点。本文通过图表来对比各种不同储能产品的特点。 超级电容的典型应用与选型 超级电容容量大，充放电速度快，而且充放电循环可达百万次，非常适合用作备用电源和提供峰值功率。本文介绍超级电容的工作原理，并着重介绍在集装箱龙门吊车和智能电表上的应用。
五、结果与分析 1、实验过程总结与知识点查阅 ○1超级电容器的结构：[1] 超级电容器主要由三部分组成：电极、电解液和隔膜，其中电极由集流体和电极材料组成。本实验中，集流体为泡沫镍，集流体起到降低电极内阻的作用，活性物质为三维石墨烯-Co3O4复合材料。 ○2超级电容器的分类及原理 分为双电层电容器和赝电容器 双电层电容器：充电时，电解液中的带电粒子被吸附在电极表面，形成双电层结构，从而将能量储存起来。在双电层电容器工作的过程中，电解液中的粒子只发生电迁移、扩散、传质，完全是物理过程，不会和电极发生氧化还原反应。在充电时，接正极的电极集流体和活性物质带正电，活性物质吸附电解液中的负离子从而形成双电层结构。同样的，接负极的活性物质带负电，吸引电解液中的阳离子形成双电层结构。整个超级电容器相当于两个电容器串联。循环性能好，比电容较低。 赝电容器：由于电解液中粒子与电极材料发生高度可逆的氧化还原反应，形成不稳定的产物，将能量储存起来。在充电时，活性物质与电解液中的粒子在电极表面或者电极表面及内部发生高度可逆的化学吸附；在放电时则进行解吸附的过程。循环性能差，比电容高。 ○3超级电容器的电极材料[2]： （1）炭材料：活性炭、碳纳米管、石墨烯等。主要用于双电层电容器，比容量较低，而且能量密度与功率密度也较低。 ( 2 )过渡金属氧化物和导电聚合物，主要用于赝电容器，比容量与能量密度较高，导电性能和循环稳定性相对活性炭较差。 （3）改进材料：制备碳材料与金属氧化物或导电聚合物的复合材料，同时拥有比电容高和循环性能好的优点，如本实验中的三维石墨烯-Co3O4复合材料。 ○4循环伏安法测试及其原理 循环伏安法是指在工作电极和参比电极之间施加三角波扫描电压，记录工作电极上响应电流与施加电位之间的关系曲线，即循环伏安图。从伏安图的波形、氧化还原电流的数值及
超级电容的结构和工作原理 超级电容器又称双电层电容器、黄金电容、法拉第电容，是一种新型的储能原件，它兼有物理电容器和电池的特性，能提供比物理电容器更高的能量密度，比电池具有更高的功率密度和更长的循环寿命，并且这种电容器己在工业领域实现产业化和实际应用。如在考虑到环保需要而设计开发的电动汽车和复合电动汽车的动力系统中，若单独使用电池将无法满足动力系统的要求，然而将高功率密度电化学电容器与高能量密度电池并联组成的混合电源系统既满足了高功率密度的需要，又满足了高能量回收的需要。高能量密度、高功率密度的电化学电容器正在成为人们研究的热点。 1.超级电容器的结构 超级电容器结构上的具体细节依赖于对超级电容器的应用和使用。由于制造商或特定的应用需求，这些材料可能略有不同。所有超级电容器的共性是，他们都包含一个正极，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。 超级电容器的结构如图1所示．是由高比表面积的多孔电极材料、集流体、多孔性电池隔膜及电解液组成。电极材料与集流体之间要紧密相连，以减小接触电阻；隔膜应满足具有尽可能高的离子电导和尽可能低的电子电导的条件，一般为纤维结构的电子绝缘材料，如聚丙烯膜。电解液的类型根据电极材料的性质进行选择。 图1 超级电容器的基本结构 上图中各部分为：（1）：聚四氟乙烯载体；（2）（4）：活性物质压在泡沫镍集电极上；（3）：聚丙烯电池隔膜。 超级电容器的部件从产品到产品可以有所不同。这是由超级电容器包装的几何结构
决定的。对于棱形或正方形封装产品部件的摆放，内部结构是基于对内部部件的设置，即内部集电极是从每个电极的堆叠中挤出。这些集电极焊盘将被焊接到终端，从而扩展电容器外的电流路径。 对于圆形或圆柱形封装的产品，电极切割成卷轴方式配置。最后将电极箔焊接到终端，使外部的电容电流路径扩展。 图1.2超级电容器电极 2.超级电容器的工作原理 由于储能机理的不同，人们将超级电容器分为：(1)基于高比表面积电极材料与溶液问界面双电层原理的双电层电容器；(2)基于电化学欠电位沉积或氧化还原法拉第过程的赝电容器。赝电容与双电层电容的形成机理不同，但并不相互排斥。大比表面积准电容电极的充放电过程会形成双电层电容，双电层电容电极(如多孔炭)的充放电过程往往伴随有赝电容氧化还原过程发生，实际的电化学电容通常是两者共存的宏观体现，要确认的只是何者占主要的问题。实践过程中，人们为了达到提高电容器的性能，降低成本的目的，经常将赝电容电极材料和双电层电容电极材料混合使用，制成所谓的混合电化学电容器。混合电化学电容器可分为两类，一类是电容器的一个电极采用赝电容电极材料，另一个电极采用双电层电容电极材料，制成不对称电容器，这样可以拓宽电容器的使用电压范围，提高能量密度；另一类是赝电容电极材料和双电层电容电极材料混合组成复合电极，制备对称电容器。 （1）双电层电容器 一对浸在电解质溶液中的固体电极在外加电场的作用下，在电极表面与电解质接触的界面电荷会重新分布、排列。作为补偿，带正电的正电极吸引电解液中的负离子，负极吸引电解液中的正离子，从而在电极表面形成紧密的双电层，由此产尘的电容称为双电层电容。双电层是由相距为原子尺寸的微小距离的两个相反电荷层构成，这两个相对
超级电容的结构和工作原理 1、超级电容器的结构超级电容器结构上的具体细节依赖于对超级电容器的应用和使用。由于制造商或特定的应用需求，这些材料可能略有不同。所有超级电容器的共性是，他们都包含一个正极，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。超级电容器的结构如图1所示、是由高比表面积的多孔电极材料、集流体、多孔性电池隔膜及电解液组成。电极材料与集流体之间要紧密相连，以减小接触电阻；隔膜应满足具有尽可能高的离子电导和尽可能低的电子电导的条件，一般为纤维结构的电子绝缘材料，如聚丙烯膜。电解液的类型根据电极材料的性质进行选择。图1 超级电容器的基本结构上图中各部分为：（1）：聚四氟乙烯载体；（2）（4）：活性物质压在泡沫镍集电极上；（3）：聚丙烯电池隔膜。超级电容器的部件从产品到产品可以有所不同。这是由超级电容器包装的几何结构决定的。对于棱形或正方形封装产品部件的摆放，内部结构是基于对内部部件的设置，即内部集电极是从每个电极的堆叠中挤出。这些集电极焊盘将被焊接到终端，从而扩展电容器外的电流路径。对于圆形或圆柱形封装的产品，电极切割成卷轴方式配置。最后将电极箔焊接到终端，使外部的电容电流路径扩展。图 1、2超级电容器电极
2、超级电容器的工作原理由于储能机理的不同，人们将超级电容器分为：(1)基于高比表面积电极材料与溶液问界面双电层原理的双电层电容器；(2)基于电化学欠电位沉积或氧化还原法拉第过程的赝电容器。赝电容与双电层电容的形成机理不同，但并不相互排斥。大比表面积准电容电极的充放电过程会形成双电层电容，双电层电容电极(如多孔炭)的充放电过程往往伴随有赝电容氧化还原过程发生，实际的电化学电容通常是两者共存的宏观体现，要确认的只是何者占主要的问题。实践过程中，人们为了达到提高电容器的性能，降低成本的目的，经常将赝电容电极材料和双电层电容电极材料混合使用，制成所谓的混合电化学电容器。混合电化学电容器可分为两类，一类是电容器的一个电极采用赝电容电极材料，另一个电极采用双电层电容电极材料，制成不对称电容器，这样可以拓宽电容器的使用电压范围，提高能量密度；另一类是赝电容电极材料和双电层电容电极材料混合组成复合电极，制备对称电容器。（1）双电层电容器一对浸在电解质溶液中的固体电极在外加电场的作用下，在电极表面与电解质接触的界面电荷会重新分布、排列。作为补偿，带正电的正电极吸引电解液中的负离子，负极吸引电解液中的正离子，从而在电极表面形成紧密的双电层，由此产尘的电容称为双电层电容。双电层是由相距为原子尺寸的微小距离的两个相反电荷层构成，这两个相对的电荷层就像平板电容器的两个平板一样。Helmholtz首次提出此模型。如图2所示。能量是以电荷的形式存储在电极材料
1 超级电容器原理及电特性 超级电容器原理及电特性 超级电容器是一种高能量密度的无源储能元件，随着它的问世，如何应用好超级电容器，提高电子线路的性能和研发新的电路、电子线路及应用领域是电力电子技术领域的科技工作者的一个热门课题。 1. 超级电容器的原理及结构： 1.1 超级电容器结构： 超级电容器中，多孔化电极采用活性炭粉和活性炭和活性炭纤维，电解液采用有机电解质，如丙烯碳酸脂（propylene carbonate）或高氯酸四乙氨（tetraetry lanmmonium perchlor ate）。工作时，在可极化电极和电解质溶液之间界面上形成了双电层中聚集的电容量。其多孔化电极是使用多孔性的活性碳有极大的表面积在电解液中吸附着电荷，因而将具有极大的电容量并可以存储很大的静电能量，超级电容器的这一特性是介于传统的电容器与电池之间。电池相较之间，尽管这能量密度是5％或是更少，但是这能量的储存方式，也可以应用在传统电池不足之处与短时高峰值电流之中。这种超级电容器有几点比电池好的特色。 1.2 工作原理： 超级电容器是利用双电层原理的电容器，当外加电压加到超级电容器的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大。当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上电荷不会脱离电解液，超级电容器为正常工作状态（通常为3V以下），如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时，电解液将分解，为非正常状态。由于随着超级电容器放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液的界面上的电荷响应减少。由此可以看出：超级电容器的充放电过程始终是物理过程，没有化学反应。因此性能是稳定的，与利用化学反应的蓄电池是不同的。 1.3 超级电容器主要特点： ①.电容量大，超级电容器采用活性炭粉与活性炭纤维作为可极化电极与电解液接触的面积大大增加，根据电容量的计算公式，那么两极板的表面积越大，则电容量越大。因此，一般双电层电容器容量很容易超过1F，它的出现使普通电容器的容量范围骤然跃升了3??4个数量级，目前单体超级电容器的最大电容量可达5000F。 ②.充放电寿命很长，可达500 000次，或90 000小时，而蓄电池的充放电寿命很难超过1 000次。 ③.可以提供很高的放电电流（如2700F的超级电容器额定放电电流不低于950A，放电峰值电流可达1680A，一般蓄电池通常不能有如此高的放电电流一些高放电电流的蓄电池在杂如此高的放电电流下的使用寿命将大大缩短。 ④.可以数十秒到书分钟内快速充电，而蓄电池再如此短的时间内充满电将是极危险的或几乎不可能。 ⑤.可以在很宽的度范围内正常工作（-40??＋70℃）而蓄电池很难在高特别是低环境下工作。 ⑥.超级电容器用的材料是安全的和无毒的，而铅酸蓄电池、镍镉蓄电池军具有毒性。 ⑦.等效串联电阻ESR相对常规电容器大（10F/2.5V的ESR为110mΩ）。 ⑧.可以任意并联使用一增加电容量，如采取均压后，还可以串联使用。
超级电容器的原理 2008年01月29日天外来客6,084 views 超级电容器是一种电容量可达数千法拉的极大容量电容器。以美国库柏Cooper 公司的超级电容为例，根据电容器的原理，电容量取决于电极间距离和电极表面积，为了得到如此大的电容量，要尽可能缩小超级电容器电极间距离、增加电极表面积，为此，采用双电层原理和活性炭多孔化电极。 超级电容器双电层介质在电容器的二个电极上施加电压时，在靠近电极的电介质界面上产生与电极所携带的电荷极性相反的电荷并被束缚在介质界面上，形成事实上的电容器的二个电极。很明显，二个电极的距离非常小，只有几nm．同时活性炭多孔化电极可以获得极大的电极表面积，可以达到200 m2/g。因而这 种结构的超级电容器具有极大的电容量并可以存储很大的静电能量。就储能而言，超级电容器的这一特性介于传统电容器与电池之间。当二个电极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上的电荷不会脱离电解液，超级电容器处在正常工作状态(通常在3 V以下)，如果电容器二端电压超过电解液的氧化还原电极电位，那么，电解液将分解，处于非正常状态。随着超级电容器的放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液界面上的电荷响应减少。由此可以看出超级电容器的充放电过程始终是物理过程，没有化学反应，因此性能是稳定的，与利用化学反应的蓄电池不同。
品牌合众汇能HCC 型号HCAPC-HE 2R7 508 类别直插结构固定 封装外 圆柱形 形 HCC 2.7V5000F具有超高能量密度，在能量密度上有了质的飞跃，达到10.8wh/l 和9.7wh/kg，是常规产品能量密度的两倍以上，为全球法拉电容的产品中最高值，且具有最优越的性价比。 产品应用领域： 1.太阳能灯的主电源 2.大型设备的后备电源 3.风力发电的中间存储电源 4.替代电池作为主能源 产品技术参数：
实验报告 题目 C,MnO2的电化学电容特性实验姓名许树茂 学号 005 所在学院化学与环境学院 年级专业新能源材料与器件创新班 指导教师舒东老师 完成时间 2012 年 4 月
1.【实验目的】 1. 了解超级电容器的原理； 2. 了解超级电容器的比电容的测试原理及方法； 3. 了解超级电容器双电层储能机理的特点； 4. 掌握超级电容器电极材料的制备方法； 5. 掌握利用循环伏安法及恒流充放电的测定材料比电容的测试方法。 2. 【实验原理】 超级电容器的原理 超级电容器是由两个电极插入电解质中构成。超级电容与电解电容相比,具有非常高的功率密度和实质的能量密度。尽管超级电容器储存电荷的能力比普通电容器高,但是超级电容与电解电容或者电池的结构非常相似。 图1 超级电容器的结构图 从图中可看出,超级电容器与电解电容或者电池的结构非常相似,主要差别是用到的电极材料不一样。在超级电容器里,电极基于碳材料技术,可提供非常大的表面面积。表面面积大且电荷间隔很小,使超级电容器具有很高的能量密度。大多数超级电容器的容量用法拉(F)标定,通常在1F到5,000F之间。 (1) 双电层超级电容器的工作原理 双电层电容是在电极/溶液界面通过电子或离子的定向排列造成电荷的对峙所产生的。对一个电极/溶液体系,会在电子导电的电极和离子导电的电解质溶液界面上形成双电层。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; 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成电中性,这便是双电层电容的充放电原理。根据双电层理论,双电层的微分电容约为20μF/cm2,采用具有很大比表面积的碳材料可获得较大的容量。双电层电容具有响应速度快，放电倍率高的特点，但储能比电容较小。 (2) 法拉第鹰电容的工作原理 法拉第鹰电容器是在电极表面或体相中的二维或准二维空间上,电极活性物质进行欠电位沉积,发生高度可逆的化学吸附脱附或氧化还原反应,产生与电极充电电位有关的电容。对于法拉第准电容,其储存电荷的过程不仅包括双电层上的存储,而且包括电解液中离子在电极活性物质中由于氧化还原反应而将电荷储存于电极中。对于其双电层中的电荷存储与上述类似,对于化学吸脱附机理来说,一般过程为电解液中的离子一般为或在外加电场的作用下由溶液中扩散到电极溶液界面,而后通过界面的电化学反应而进入到电极表面活性氧化物的体相中若电极材料具有较大比表面积的氧化物,就会有相当多的这样的电化学反应发生,大量的电荷就被存储在电极中。放电时这些进入氧化物中的离子又会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。法拉第鹰电容可以产生高的比电容，但因为法拉第反应的限制，倍率性能比双电层电容小。 目前使用的电极材料主要有碳材料、金属氧化物材料和导电聚合物材料，其中碳材料以双电层机理储能，而后两种材料以法拉第赝电容机理储能。 3.【仪器与试剂】 . 仪器 , 620C,上海辰华仪器公司。 2.电热恒温鼓风干燥箱 3.饱和甘汞参比电极, Pt电极 4.烧杯、玻璃棒、容量瓶 药品 名称化学式分子量级别生产商 不定形二氧化锰MnO2分析纯——硫酸钠Na2SO4——分析纯——
超级电容器原理及电特性详细分析 超级电容器是一种高能量密度的无源储能元件，随着它的问世，如何应用好超级电容器，提高电子线路的性能和研发新的电路、电子线路及应用领域是电力电子技术领域的科技工 作者的一个热门课题。 1. 级电容器的原理及结构 1.1 超级电容器结构 图一为超级电容器的模型，超级电容器中，多孔化电极采用活性炭粉和活性炭和活性炭纤维，电解液采用有机电解质，如丙烯碳酸脂（propylene carbonate）或高氯酸四乙氨（t etraetry lanmmonium perchlorate）。工作时，在可极化电极和电解质溶液之间界面上形成的双电层中聚集的电容量c由 下式确定： 其中ε是电解质的介电常数，δ是由电极界面到离子中心的距离，s是电极界面的表面面积。
图1超级电容器结构框图 由图中可见，其多孔化电极是使用多孔性的活性碳有极大的表面积在电解液中吸附着电荷，因而将具有极大的电容量并可以存储很大的静电能量，超级电容器的这一特性是介于传统的电容器与电池之间。电池相较之间，尽管这能量密度是5%或是更少，但是这能量的储存方式，也可以应用在传统电池不足之处与短时高峰值电流之中。这种超级电容器 有几点比电池好的特色。 1.2 工作原理 超级电容器是利用双电层原理的电容器，原理示意图如图2。当外加电压加到超级电容器的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，
以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大。当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上电荷不会脱离电解液，超级电容器为正常工作状态（通常为3V以下），如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时，电解液将分解，为非正常状态。由于随着超级电容器放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液的界面上的电荷响应减少。由此可以看出：超级电容器的充放电过程始终是物理过程，没有化学反应。因此性能是稳定的，与利用化学反应 的蓄电池是不同的。 2.3 主要特点 由于超级电容器的结构及工作原理使其具有如下特点： 图2超级电容器结构框图
超级电容器基本原理及性能特点 中心议题： ?超级电容器的原理、结构和特点 ?Maxwell超级电容器结构 ?超级电容选型与应用 超级电容的容量比通常的电容器大得多。由于其容量很大，对外表现和电池 相同，因此也有称作“电容电池”。超级电容属于双电层电容器，它是世界上已投入 量产的双电层电容器中容量最大的一种，其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都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容量。 超级电容器原理 电化学双层电容器（EDLC）因超级电容器被我们所熟知。超级电容器利用静 电极化电解溶液的方式储存能量。虽然它是一个电化学器件，但它的能量储存机制 却一点也不涉及化学反应。这个机制是高度可逆的，它允许超级电容器充电放电达 十万甚至数百万次。 超级电容器可以被视为在两个极板外加电压时被电解液隔开的两个互不相关 的多孔板。对正极板施加的电势吸引电解液中的负离子，而负面板电势吸引正离子。这有效地创建了两个电荷储层，在正极板分离出一层，并在负极板分离出另 外一层。 传统的电解电容器存储区域来自平面，导电材料薄板。高电容是通过大量的 材料折叠。可能通过进一步增加其表面纹理，进一步增加它的表面积。过去传统 的电容器用介质分离电极，这些介质多数为：塑料，纸或薄膜陶瓷。电介质越薄，在空间受限的区域越可以获得更多的区域。可以实现对介质厚度的表面面积限制 的定义。 超级电容器的面积来自一个多孔的碳基电极材料。这种材料的多孔结构，允 许其面积接近2000平方米每克，远远大于通过使用塑料或薄膜陶瓷。超级电容 器的充电距离取决于电解液中被吸引到电极的带电离子的大小。这个距离（小于10埃）远远小于通过使用常规电介质材料的距离。巨大的表面面积的组合和极小的充电距离使超级电容器相对传统的电容器具有极大的优越性。 超级电容可以用做后备电源，类似于UPS，在系统突然断电后，负责在极短时间内为系统提供能量。在这种应用中，需要后备电源有快速的启动时间。由于