一文看懂什么是超级电容？

周五, 24 十一月 2017 - 14:38

1．前言

近年来，村田制作所开始了在多层陶瓷电容器上追加新品种的电容器事业，提供面向更多用途的解决方案。本文介绍了村田超级电容的构造，特征以及与其他电容器等的比较。

2．何为超级电容？

2-1 超级电容的构造

超级电容（EDLC：双电层电容器）是指像陶瓷电容器和电解电容器一样没有电介质的电容器。取而代之的是，它使用的是固体（电极）和液体（电解液）在界面上形成的电气双层（双电层）的状态来取代了电介质。

图1是超级电容的构造图。一般来说，超级电容是有电极和电解液（含有电解质盐）以及分离器（防止正电极和负电极的接触）构成的。电极的构造是在集电气上涂有活性炭粉末。电气双层是每个活性炭粉和电解液接触形成的界面。给超级电容充电的话，正极是负离子和空孔，负极是负离子和电子夹着界面排列。该离子和电子（空孔）排列的状态被称为电气双层。这是通过离子的物理移动而形成的，因此不会伴有电池那样的化学反应。因此超级电容充放电循环特性优越。电极中使用了活性炭是导致电极表面积扩大的原因。活性炭表面有细小的孔，因此表面积增大。而表面积越大就越能更多的蓄电，因此超级电容实现了非常高的静电容量。

此外，一言以蔽之通过其形状和构造图也可以得出图2的结论。这就是村田的超级电容的层压型。与其他形状的对比之后再赘述。

2-2 村田制作所超级电容的优势

2-2 (1) 村田超级电容的主要优势：

<ul>
<li>小型超薄的封装 (LWT:14.0mm×21.0mm×3.2mm～)</li>
<li>低ESR！！输出电压高，静电容量高 (DMF系列例:45mΩ、5 5V、470mF)</li>
</ul>

与电池和一般的超级电容相比，可达到大电流和高输出的输入输出。详细请参考2-2 (2)、(3)。

<ul>
<li>优化了的充放电循环寿命</li>
</ul>

2-1中已经说明过的，因为没有伴随着化学反应的充放电构造，可实现10万此以上的充放电。

<ul>
<li>适用于高可靠性</li>
</ul>

高机密性的封装和电气化学系统，与其他的超级电容相比它严格地控制了特性劣化的可能性。详情参考2-2 (3)。

2-2 (2) 与其他电容器和电池的比较

图3横轴表示静电容量，纵轴表示额定电压。与其他电容器相比时超级电容的定位就显现出来了。陶瓷电容器对应了范围较大的电压，电容最大达到了数百μF。针对这种情况，村田的超级电容的容量达到了从数百mF到1F，比其他电容器的容量要高。

其次，与电解电容器和电池做比较，来说明超级电容的能量和功率。图4中，横轴表示能量密度存储多少电荷，纵轴表示功率密度瞬间能释放多大的电。电池能蓄很多电，但是瞬间释放的电就很少。而相反的电解电容瞬间放电很多但是蓄电能力很小。村田超级电容则兼顾了这两种性能。也就是与其他电容器相比具有高能量，而与电池相比具有大功率。

2-2 (3) 与其他超级电容的比较

正如2-1中提到的，超级电容中有图2所示的各种形状的产品。

图5纵轴是释放的电流与横轴放电时间、各形状的超级电容的放电特性的比较。硬币型的电流少因此放电时间长。这就是一般的超级电容。层压型的电流大，电流瞬间流过。村田的超级电容也满足了这点。气缸型是中间的那个。也就是说，村田的超级电容适用于需要瞬间大功率的产品。

而且，正如前述所说村田的超级电容具有高可靠性。一般来说，超级电容会发生由于外部渗入水分导致的老化变质。此外，还会引起电解液干涸的不良状况。村田制作所的超级电容改善了此类状况。水分会从封止部分向包装的内部浸入。村田制作所的超级电容为了防止水分浸入在封止部分进行了小设计（图6）。因此，与受到水分较大影响的圆柱型电气双层不同的是，控制了水分带来的损害。这个小设计的封止部分，还承担着防止由于电解液蒸发导致的干涸不良的作用。因此，实现了与一般的超级电容相比更高可靠性的特征。

3．结语

村田的超级电容不仅实现了小型薄型化，还实现了高功率、高能量化。可靠性高，可供在广泛用途中使用。