超級(jí)電容器（supercapacitor），又叫雙電層電容器（ElectricalDouble-LayerCapacitor）、黃金電容、法拉電容，通過極化電解質(zhì)來(lái)儲(chǔ)能。它是一種電化學(xué)元件，但在其儲(chǔ)能的過程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種儲(chǔ)能過程是可逆的，也正因?yàn)榇顺?jí)電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬(wàn)次。超級(jí)電容器可以被視為懸浮在電解質(zhì)中的兩個(gè)無(wú)反應(yīng)活性的多孔電極板，在極板上加電，正極板吸引電解質(zhì)中的負(fù)離子，負(fù)極板吸引正離子，實(shí)際上形成兩個(gè)容性存儲(chǔ)層，被分離開的正離子在負(fù)極板附近，負(fù)離子在正極板附近。

超級(jí)電容器可以快速充放電，峰值電流僅受其內(nèi)阻限制，甚至短路也不是致命的。實(shí)際上決定于電容器單體大小，對(duì)于匹配負(fù)載，小單體可放10A，大單體可放1000A。另一放電率的限制條件是熱，反復(fù)地以劇烈的速率放電將使電容器溫度升高，最終導(dǎo)致斷路。

超級(jí)電容器的電阻阻礙其快速放電，超級(jí)電容器的時(shí)間常數(shù)τ在1-2s，完全給阻-容式電路放電大約需要5τ，也就是說(shuō)如果短路放電大約需要5-10s（由于電極的特殊結(jié)構(gòu)它們實(shí)際上得花上數(shù)個(gè)小時(shí)才能將殘留的電荷完全放完。

超級(jí)電容器在分離出的電荷中存儲(chǔ)能量，用于存儲(chǔ)電荷的面積越大、分離出的電荷越密集，其電容量越大。傳統(tǒng)電容器的面積是導(dǎo)體的平板面積，為了獲得較大的容量，導(dǎo)體材料卷制得很長(zhǎng)，有時(shí)用特殊的組織結(jié)構(gòu)來(lái)增加它的表面積。傳統(tǒng)電容器是用絕緣材料分離它的兩極板，一般為塑料薄膜、紙等，這些材料通常要求盡可能的薄。超級(jí)電容器的面2積是基于多孔炭材料，該材料的多孔結(jié)夠允許其面積達(dá)到2000m/g，通過一些措施可實(shí)現(xiàn)更大的表面積。超級(jí)電容器電荷分離開的距離是由被吸引到帶電電極的電解質(zhì)離子尺寸決定的。該距離（<10A）和傳統(tǒng)電容器薄膜材料所能實(shí)現(xiàn)的距離更小。這種龐大的表面積再加上非常小的電荷分離距離使得超級(jí)電容器較傳統(tǒng)電容器而言有驚人大的靜電容量，這也是其“超級(jí)”所在。

超級(jí)電容器使用注意事項(xiàng)

1、超級(jí)電容器具有固定的極性，在使用前應(yīng)確認(rèn)極性。

2、超級(jí)電容器應(yīng)在標(biāo)稱電壓下使用：當(dāng)電容器電壓超過標(biāo)稱電壓時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致電解液分解，同時(shí)電容器會(huì)發(fā)熱，容量下降，而且內(nèi)阻增加，壽命縮短，在某些情況下，可導(dǎo)致電容器性能崩潰。

3、超級(jí)電容器不可應(yīng)用于高頻率充放電的電路中，高頻率的快速充放電會(huì)導(dǎo)致電容器內(nèi)部發(fā)熱，容量衰減，內(nèi)阻增加，在某些情況下會(huì)導(dǎo)致電容器性能崩潰。

4、超級(jí)電容器的壽命：外界環(huán)境溫度對(duì)于超級(jí)電容器的壽命有著重要的影響。電容器應(yīng)盡量遠(yuǎn)離熱源。

5、當(dāng)超級(jí)電容器被用做后備電源時(shí)的電壓降：由于超級(jí)電容器具有內(nèi)阻較大的特點(diǎn)，在放電的瞬間存在電壓降，？V=IR。

6、使用中環(huán)境氣體：超級(jí)電容器不可處于相對(duì)濕度大于85%或含有有毒氣體的場(chǎng)所，這些環(huán)境下會(huì)導(dǎo)致引線及電容器殼體腐蝕，導(dǎo)致斷路。

7、超級(jí)電容器的存放：超級(jí)電容器不能置于高溫、高濕的環(huán)境中，應(yīng)在溫度-30+50℃、相對(duì)濕度小于60%的環(huán)境下儲(chǔ)存，避免溫度驟升驟降，因?yàn)檫@樣會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品損壞。

8、超級(jí)電容器在雙面線路板上的使用：當(dāng)超級(jí)電容器用于雙面電路板上，需要注意連接處不可經(jīng)過電容器可觸及的地方，由于超級(jí)電容器的安裝方式，會(huì)導(dǎo)致短路現(xiàn)象。

9、當(dāng)把電容器焊接在線路板上時(shí)，不可將電容器殼體接觸到線路板上，不然焊接物會(huì)滲入至電容器穿線孔內(nèi)，對(duì)電容器性能產(chǎn)生影響。

10、安裝超級(jí)電容器后，不可強(qiáng)行傾斜或扭動(dòng)電容器，這樣會(huì)導(dǎo)致電容器引線松動(dòng)，導(dǎo)致性能劣化。

11、在焊接過程中避免使電容器過熱：若在焊接中使電容器出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，會(huì)降低電容器的使用壽命，例如：如果使用厚度為1.6mm的印刷線路板，焊接過程應(yīng)為260℃，時(shí)間不超過5s。

12、焊接后的清洗：在電容器經(jīng)過焊接后，線路板及電容器需要經(jīng)過清洗，因?yàn)槟承╇s質(zhì)可能會(huì)導(dǎo)致電容器短路。

13、將電容器串聯(lián)使用時(shí)：當(dāng)超級(jí)電容器進(jìn)行串聯(lián)使用時(shí)，存在單體間的電壓均衡問題，單純的串聯(lián)會(huì)導(dǎo)致某個(gè)或幾個(gè)單體電容器過壓，從而損壞這些電容器，整體性能受到影響，故在電容器進(jìn)行串聯(lián)使用時(shí)，需得到廠家的技術(shù)支持。

14、其他：在使用超級(jí)電容器的過程中出現(xiàn)的其他應(yīng)用上的問題，請(qǐng)向生產(chǎn)廠家咨詢或參照超級(jí)電容器使用說(shuō)明的相關(guān)技術(shù)資料。

超級(jí)電容器的兩個(gè)主要應(yīng)用：高功率脈沖應(yīng)用和瞬時(shí)功率保持。高功率脈沖應(yīng)用的特征：瞬時(shí)流向負(fù)載大電流；瞬時(shí)功率保持應(yīng)用的特征：要求持續(xù)向負(fù)載提供功率，持續(xù)時(shí)間一般為幾秒或幾分鐘。瞬時(shí)功率保持的一個(gè)典型應(yīng)用：斷電時(shí)磁盤驅(qū)動(dòng)頭的復(fù)位。不同的應(yīng)用對(duì)超級(jí)電容的參數(shù)要求也是不同的。高功率脈沖應(yīng)用是利用超電容較小的內(nèi)阻（R），而瞬時(shí)功率保持是利用超電容大的靜電容量（C）。

超級(jí)電容器的兩個(gè)主要應(yīng)用：高功率脈沖應(yīng)用和瞬時(shí)功率保持。高功率脈沖應(yīng)用的特征：瞬時(shí)流向負(fù)載大電流；瞬時(shí)功率保持應(yīng)用的特征：要求持續(xù)向負(fù)載提供功率，持續(xù)時(shí)間一般為幾秒或幾分鐘。瞬時(shí)功率保持的一個(gè)典型應(yīng)用：斷電時(shí)磁盤驅(qū)動(dòng)頭的復(fù)位。不同的應(yīng)用對(duì)超電容的參數(shù)要求也是不同的。高功率脈沖應(yīng)用是利用超電容較小的內(nèi)阻（R），而瞬時(shí)功率保持是利用超電容大的靜電容量（C）。

下面提供了兩種計(jì)算公式和應(yīng)用實(shí)例：

C(F)：超電容的標(biāo)稱容量；

R(Ohms)：超電容的標(biāo)稱內(nèi)阻；

ESR(Ohms)：1KZ下等效串聯(lián)電阻；

Uwork(V)：在電路中的正常工作電壓；

Umin(V)：要求器件工作的最小電壓；

t(s)：在電路中要求的保持時(shí)間或脈沖應(yīng)用中的脈沖持續(xù)時(shí)間；

Udrop(V)：在放電或大電流脈沖結(jié)束時(shí)，總的電壓降；

I(A)：負(fù)載電流；

瞬時(shí)功率保持應(yīng)用

超電容容量的近似計(jì)算公式，該公式根據(jù)，保持所需能量=超電容減少能量。

保持期間所需能量=1/2I(Uwork+Umin)t；

超電容減少能量=1/2C(Uwork2-Umin2)，

因而，可得其容量(忽略由IR引起的壓降)C=(Uwork+Umin)t/(Uwork2-Umin2)

實(shí)例：

假設(shè)磁帶驅(qū)動(dòng)的工作電壓5V，安全工作電壓3V。如果直流馬達(dá)要求0.5A保持2秒（可以安全工作），那么，根據(jù)上公式可得其容量至少為0.5F。因?yàn)?V的電壓超過了單體電容器的標(biāo)稱工作電壓。因而，可以將兩電容器串聯(lián)。如兩相同的電容器串聯(lián)的話，那每只的電壓即是其標(biāo)稱電壓2.5V。如果我們選擇標(biāo)稱容量是1F的電容器，兩串為0.5F。考慮到電容器－20％的容量偏差，這種選擇不能提供足夠的裕量。可以選擇標(biāo)稱容量是1.5F的電容器，能提供1.5F/2=0.75F。考慮－20％的容量偏差，最小值1.2F/2＝0.6F。這種超級(jí)電容器提供了充足的安全裕量。大電流脈沖后，磁帶驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)入小電流工作模式，用超電容剩余的能量。在該實(shí)例中，均壓電路可以確保每只單體不超其額定電壓。

脈沖功率應(yīng)用脈沖功率應(yīng)用的特征：和瞬時(shí)大電流相對(duì)的較小的持續(xù)電流。脈沖功率應(yīng)用的持續(xù)時(shí)間從1ms到幾秒。設(shè)計(jì)分析假定脈沖期間超電容是唯一的能量提供者。在該實(shí)例中總的壓降由兩部分組成：由電容器內(nèi)阻引起的瞬時(shí)電壓降和電容器在脈沖結(jié)束時(shí)壓降。關(guān)系如下：Udrop=I（R+t/C），上式表明電容器必須有較低的R和較高的C壓降Udrop才小。

對(duì)于多數(shù)脈沖功率應(yīng)用，R的值比C更重要。以2.5V1.5F為例。它的內(nèi)阻Ｒ可以用直流ESR估計(jì)，標(biāo)稱是0.075Ohms（DCESR=ACESR*1.5＝0.060Ohms*1.5=0.090Ohms）。額定容量是1.5F。對(duì)于一個(gè)0.001s的脈沖，t/C小于0.001Ohms。即便是0.010的脈沖t/C也小于0.0067Ohms，顯然R（0.090Ohms）決定了上式的Udrop輸出。

實(shí)例：

GSM/GPRS無(wú)線調(diào)制解調(diào)器需要一每間隔4.6ms達(dá)2A的電流，該電流持續(xù)0.6ms。這種調(diào)制解調(diào)器現(xiàn)用在筆記本電腦的PCMCIA卡上。筆記本的和PCMCIA連接的限制輸出電壓3.3V+/-0.3V筆記本提供1A的電流。許多功率放大器（PA）要求3.0V的最小電壓。對(duì)于筆記本電腦輸出3.0V的電壓是可能的。到功率放大器的電壓必須先升到3.6V。在3.6V的工作電壓下（最小3.0V），允許的壓降是0.6V。

選擇超級(jí)電容器（C：0.15F,ACESR：0.200Ohms,DCESR：0.250Ohms）。對(duì)于2A脈沖，電池提供大約1A，超電容提供剩余的1A。根據(jù)上面的公式，由內(nèi)阻引起的壓降：1A×0.25Ohms=0.25V。I（t/C）=0.04V它和由內(nèi)阻引起的壓降相比是小的。

結(jié)論不管是功率保持還是功率脈沖應(yīng)用都可以用上公式計(jì)算。當(dāng)電路的工作電壓超過超電容的工作電壓時(shí)，可以用相同的電容器串聯(lián)。一般地，串聯(lián)應(yīng)該保持平衡以確保電壓平均分配。在脈沖功率應(yīng)用中由超電容內(nèi)阻引起的壓降通常是次要因素。電容器超低的內(nèi)阻提供一種克服傳統(tǒng)電池系統(tǒng)阻抗大的全新的解決方案。