超級電容器概述

用于存儲電能的化學電池的一種替代品是超級電容器。超級電容器也稱為雙電層電容器（EDLC），由涂有多孔材料的電極制成，該材料通常是碳基的，由本身被膜隔開的電解質隔開。典型的超級電容器結構如下圖所示。

圖1 超級電容器的基本結構

與電池不同，超級電容器通過物理吸附和離子在其電極之間的電解質中的解吸來快速存儲和釋放能量。當兩個不同的固相和液相接觸時，正電荷和負電荷在界面上分布在很小的距離上。沿該邊界表面的電荷層稱為“雙電層”。下圖顯示了雙層及其像電容器一樣存儲能量的主要功能。

圖 2：（a） 雙電層和 （b） 施加外部電壓的電容器

碳基材料的現代進步使多孔電極具有較大的表面積，從而具有高電容密度和較小的物理尺寸。如此高的容積效率使其成為替代小型二次紐扣電池的理想選擇。用于在超級電容器中儲存能量的離子過程也相對較快。該設備可以在幾秒鐘內充滿電，而典型的電池單元可能需要十分鐘到幾個小時才能充滿電。此外，超級電容器的生命周期沒有理論上的限制，而鋰離子二次電池的有限壽命約為500個周期。

對于所有器件類型，電解質特性決定了超級電容器的整體端電壓。充滿電時的電壓通常小于3V。構建超級電容器的傳統方法與紐扣電池相當：下部和上部金屬外殼通過鍛件連接以包圍碳電極和有機電解質。

憑借高生命周期和快速充放電時間等功能，小型電池超級電容器可以將紐扣型電池從物聯網設備、智能電表或醫療設備到汽車電子和工業計算等設備的備用電源任務中取代出來。

汽車超級電容器

在汽車應用中，隨著連接性和自動駕駛技術在現代車輛中越來越受歡迎，斷電期間的系統備份需求變得越來越重要。然而，汽車環境異常惡劣，高溫、潮濕和振動。傳統的電解電容器和電池在高溫條件下會隨著時間的推移而變干，導致串聯電阻增加和電容退化。

在這些情況下，可以使用專用超級電容器，使設計工程師擺脫有限電池壽命的限制。此外，超級電容器的良性開路故障模式與可能導致放氣或點火的典型短路電池故障形成鮮明對比。因此，超級電容器是小型備用電池最具成本效益的替代品，可以存儲足夠的能量來提供從幾秒鐘到幾天的備用，具體取決于負載類型和電流需求。

科美超級電容器

KEMET 的微型超級電容器是一種使用獨特的水性電解質溶液的雙電層電容器，該溶液起源于 1978 年世界上第一款商用電容器 NEC 的雙電層電容器。KEMET 是世界上唯一一家使用水性電解質溶液的超級電容器生產商。水性電解質具有高導電性、低環境影響、無毒且不易燃的特點，具有強大的性能和安全性。與有機化合物相比，它們通常還具有更大的吸濕性，從而具有更長的使用壽命和更好的穩定性。

KEMET 的稀硫酸電解質即使在高溫高濕條件下也能保持高耐用性。專有的隔膜由高耐熱材料開發而成，即使長時間使用后孔徑也不會閉合，以提高高溫下的堅固性。KEMET 的小型電池超級電容器具有高強度硫化橡膠粘合，可確保防止液體電解質泄漏。圖3所示的橫截面解釋了這些超級電容器的構造方式，包括水性電解質、橡膠電極和隔膜。

圖 3：KEMET 超級電容器結構

這些特性使 KEMET 的超級電容器成為高可靠性、惡劣環境（包括汽車應用）的理想選擇。KEMET 發布了兩款符合汽車測試協議的超級電容器。這些電容器在 ISO TS 16949 認證的工廠制造，并經過 PPAP/PSW 和變更控制。

圖4顯示了一款這樣的產品FMD0H105ZF，它提供0.33F和5.5V。這款高容量超級電容器采用樹脂模制封裝，可實現卷帶封裝，并與自動安裝兼容。它是世界上第一個在1°C-000%的高溫高濕環境中額定使用85，85小時的超級電容器，并且還符合汽車測試協議，工作溫度范圍為-40°C至85°C。

圖 4：KEMET 的新型 FMD0H105ZF 超級電容器及其結構

圖5描述了另一種產品FU0H105ZF超級電容器，該產品在1.5V時提供5F，外殼由密封金屬罐制成。該產品符合汽車測試協議，是一款長壽命器件，在 4°C 下運行超過 000，85 小時。 這種惡劣環境的壽命相當于汽車儀表板附近的任務剖面時的 10 年壽命。

圖 5：KEMET 的新型 FU0H105ZF 及其結構

這些產品的端子材料經過優化，可提高對高濕度、熱沖擊和振動的抵抗力。特別是FU0H105ZF，由于采用了獨特的電池堆疊技術，經過精心設計，無需增加接觸電阻。

結論

在許多備用電源應用中，超級電容器為電池提供了高性能替代品，可提供更長的循環壽命，并且設計人員無需擔心電池更換或充電。使用 KEMET 水性電解質的最新超級電容器是汽車市場所需的高電壓、長壽命和耐環境性的尖端儲能器件。KEMET 的新型超級電容器非常適合用于汽車、醫療、航空航天、工業和其他需要高可靠性性能的領域。

審核編輯：郭婷