只需要3分钟就能知道优势!为什么要使用超级电容?

近年来智能手机和智能手表等移动设备不断高机能化。兼具电话、表、PC、摄像机、音响、电视、书、游戏机等功能,甚至几乎所有的移动设备上都有钱包的功能。每个功能都要求高级规格,设计者必须把所有的功能集中在小的空间上,且能够随便运行。此时必须面对的一个问题就是「如何设计电源」。

因为空间有限,所以能够使用的电源和电池的量是有限的。但是如果电力不充足的话,在同时使用多的功能的时输出会不稳定,峰值时的输出不足。那么,该怎么办呢……

这个令人困扰的问题的理想解决方案就是使用村田的超级电容(EDLC、Supercapacitor)。

与一般电容器相比,能够储存更多电荷的超级电容

超级电容是电容器的一种,是能够储存释放电力的蓄电装置。与普通电容器一样,通过安装在电路中,以各种形式辅助蓄电池和电池等电源。

普通电容器由2枚电极(金属板)和中间夹着的介电质组成。一旦施加电压,电子就聚集在一个电极上,是储存电荷的状态。此时电极间的介电质通过「介电分极」现象,发挥增加静电容量的作用。

电容器的基本构造

超级电容是能够储存大的电荷并进行高输出的元件

超级电容也是同样的基本原理,与普通电容不同的是,电极间是用电解液而不是介电质填充。施加电压的话,电极和电解液的面呈现正负电荷排列,形成称为「电气双层」的层,在此出存储电荷。超级电容的静电容量与电气双层的面积成正比,为了尽可能地使该面积变大,在电极上使用活性炭。活性炭的表面有许多开放的孔,这是为了实际获得最大的表面积。

超级电容的原理

超级电容通过电极和电解液储存电气的构造与普通电池一样。但是电池是利用电极和电解液间发生的化学反应(电极直接发生化学反应并溶解),而超级电容仅是通过电子在电极间的移动。根据此不同点显示出两者不同的性质。举一个相对于电池,超级电容的优势。因为充放电时,仅通过电子移动,所以电极劣化小,与普通电池相比,可更多地进行充放电(村田的超级电容可使用10万次以上)。

*如果您想要详细了解超级电容的原理和构造,请查看技术指南(PDF资料)。

具备传统电容器和传统超级电容无法实现的特性的村田「层压型超级电容」

自19世纪70年代开始,超级电容作为比普通电容具有大的静电容量的蓄电装置开始商品化,目前为止已经研发了纽扣型和圆柱型。

但是,这些类型中有几个缺点。一个是内部阻抗(ESR)大,所以仅限用于低输出用途。电源上连接超级电容的话,内部阻抗大,所以大电流通过时电压下降严重,在高输出时不能提供足够的能量。还有一个是纽扣型和圆柱型在形状上,外部水分会从封装部位进入产生劣化,以及容易引起电解液蒸发的「干涸不良」。在静电容量大这一点上,超级电容具有的可能性虽然很大,但是这些缺点在实际使用时就变成了难点。

超级电容

村田致力于克服这些缺点,研发出新的超级电容。研发出层压型超级电容。

层压型

村田的该款超级电容采用了前面所提到的由电极和电解液组成的电气双层结构重叠在一起的结构。通过该构造,内部阻抗(ESR)成功下降到传统超级电容的1000分之一左右,也可用于电流很大的时候。此外,通过缩小封装部位,也成功防止了外部水分的侵入和电解液的干涸。

村田的超级电容构造

村田这样的超级电容与传统的电容器、电池以及其他超级电容相比,具有很多的优越性。由以下的各个表格可知,与传统的电容器相比容量大高能量,与电池相比大功率,与传统超级电容相比,在高输出时也能使用。

具有高静电容量的村田的超级电容功率密度和能源密度的比较与传统超级电容的比较

尤其能够发挥村田超级电容优势的情况

具备之前所说所有特性的村田超级电容,在以下情况尤其能够发挥优势。
 

  • 需要仅在高输出的时候进行辅助的辅助电源
  • 想要抑制输出峰值时的电压下降,稳定输出
  • 需要在突然发生断电等情况时也不失去数据的构造

其次,厚度为2.2~3.7mm,尺寸也仅有2.1cm×1.4cm,既薄又小的形状也极具吸引力。在电源空间有限的小型设备上也非常有效。不仅文章开头提到的移动设备,预计还可用于小型电机、音响设备、高亮度LED、各种通信、各种系统和存储备份……各种设备。

对于各个设备,村田的超级电容提供了至今为止没有的解决方案。关于更加详细的规格、性能和产品阵容,请查看以下内容。

超级电容(EDLC/Supercapacitor)  

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