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如今,好的电容是功率密度高达20kW/kg的超高功率器件,尽管能量仍只有电池的一小部分。电容的尺寸非常紧凑(小的电容通常只有邮票大小或者更小),但它们可存储的能量比传统电容要高得多,并且放电速度可以很快也可以很慢。它们的使用寿命非常长,可被设计成用于终端产品的整个生命周期。当与电容这个新技术相结合时,高能量电池和/或燃料电池可实现高功率特性和长的工作寿命。
尽管全球有好几家电容厂商提供多种产品,但大多数双层电容基本上是以相似的方式构造的。电容与电解电容或者电池的结构非常相似,主要差别是用到的电极材料不一样。在电容里,电极基于碳材料技术,可提供非常大的表面面积。表面面积大且电荷间隔很小,使电容具有很高的能量密度。大多数电容的容量用法拉(F)标定,通常在1F到5,000F之间。
根据应用需要,电容可以替代电池或者作为更小的经济型电池。电容的等效串联电阻(ESR)很小,可提供和吸收非常大的电流;它采用“机械式”而不是化学电荷的载流子机制,因而具有很长并可预测的使用寿命,而且随着时间的推移,其性能变化也更小。这些特性能使再生制动以及其它需要快速充电的产品(如玩具和工具)等应用从中受益。 有一些应用适合采用电池/电容系统,设计可进行优化以避免电池对能量需求来说过于庞大。这些应用实例包括汽车应用(如混合动力汽车)和消费电子(如数码相机),在数码相机里,廉价的碱性电池结合电容一起使用(而 另外一种燃料电池技术是质子交换膜(PEM),它是一种能量转换器件,其连续工作时间与氢燃料电池相当。它符合绿色环保要求,可以为很多应用提供可靠的备用电源。电容和PEM燃料电池系统的几个特性使它们非常适合作为互补器件一起使用。它们都是低电压高电流的器件。电容具有ESR小、电荷存储容量大的特性,能迅速提供大电流而电压改变则很小,可对峰值功率需求产生一个短暂的缓冲响应。这使燃料电池可保持其静态工作点而无需降低效率。
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电容特性
电容的特性和电池相比有很多不同。主要的区别在下面的表中列出。电池比相同尺寸的电容储存更多的电能,但是在很多功率决定尺寸的储能设备的应用中,电容或许是好的解决方案。 1.电容可以传送频繁脉冲的能量而没有任何有害效应,而许多电池都会在频繁的大功率脉冲工况下减少寿命。 2.电容能在相当短的时间内完成充电,而快速充电常常会损坏电池。 3.电容的循环周期是数万次的,而电池的寿命通常是几百次到1000、2000次。 4.基于低内阻的电容比电池效率更高;在实际应用中电容84%~95%的转换效率比多数电池低于70%的平均效率高出许多。 5.电容能在其许用电压范围中的任何电压值下充电,并且能够完全放电。这就允许在总线电压控制算法中更自由的设计。而电池过放电也是会损坏的。 6.计算电容中的储能值只需要知道电压和电容值。而电容的电容值可以通过测量电流和电压的变化值实时的计算出。而正确的得到电池的储能值需要经过多重复杂的计算,电池的容量通常也是未知的,而且实时地测算也是很困难的。 7.电容有更宽的工作温度范围,甚至可以在低至-40℃的温度下正常工作。而多数电池在温度低至-10℃时就不能工作。 8.电容通过极化高比表面积电极中的电解质工作,电解质、电极和隔离层材料的特性决定了电容的电容量性能。高比表面积的电极和小的带电离子决定了高的电容量;而好的电解质、隔离层和材料,以及工艺设计决定了低的阻抗。 因为电容的能量储存不依赖化学反应,所以它和电池有着根本上的区别。