超级电容的基础(前编)何为超级电容?

2015/6/23
基础

分类: 电容器PLAZA

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。具体的商品有前面介绍过的聚合物铝电解电容器以及本次将要为大家介绍的超级电容。

在前编中将要给大家介绍敝公司的超级电容的构造,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。


This time "Supercapacitor (EDLC) Basics (Part 1): What Is an   Supercapacitor (EDLC)?


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。这就是敝公司的超级电容的层压型。与其他形状的对比之后再赘述。

This time "Supercapacitor (EDLC) Basics (Part 1): What Is an   Supercapacitor (EDLC)?


2-2 村田制作所超级电容的优势

2-2 (1) 敝公司的超级电容的主要优势

  • 小型超薄的封装 (LWT:14.0mm×21.0mm×3.2mm~)

  • 低ESR!!输出电压高,静电容量高 (DMF系列例:45mΩ、5 5V、470mF)
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)。

  • 优化了的充放电循环寿命
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。

  • 适用于高可靠性
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,敝公司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。

This time "Supercapacitor (EDLC) Basics (Part 1): What Is an   Supercapacitor (EDLC)?


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。敝公司的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。


This time "Supercapacitor (EDLC) Basics (Part 1): What Is an   Supercapacitor (EDLC)?


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。敝公司的超级电容也满足了这点。气缸型是中间的那个。也就是说,敝公司的超级电容适用于需要瞬间大功率的产品。

This time "Supercapacitor (EDLC) Basics (Part 1): What Is an   Supercapacitor (EDLC)?


而且,正如前述所说敝公司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。



This time "Supercapacitor (EDLC) Basics (Part 1): What Is an   Supercapacitor (EDLC)?


3.结语

敝公司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。
产品的详细介绍和使用方法请参考产品主页。技术和应用说明中有更加详细的情报可供阅览。
并且,超级电容的基础(后编)中关于使用方法和用途的介绍也即将公开。


担当:株式会社村田制作所 高功能功率元件产品部