法拉储能，第 2 部分：超级电容器和电池

[导读]本文前一部分建立了超级电容器的背景，并用简单的术语解释了它们的结构;显然，这是一个具有深厚物理、化学、材料科学考虑和制造问题的组件。第一种广泛使用的标准超级电容器于 20 世纪 70 年代末和 80 年代初进入市场。它们主要用于易失性存储器的内存备份，但由于成本和性能问题，它们并未被大众市场接受。然而，到了 20 世纪 90 年代，超级电容器以适中的价格上市，具有卓越的性能和可靠性，因此开始被常规设计到系统中。相关的维基百科参考资料对其历史进行了相当详细的介绍，同样重要的是，引用了许多信誉良好的来源，包括行业媒体上的新闻和学术期刊上的论文。

本文前一部分建立了超级电容器的背景，并用简单的术语解释了它们的结构;显然，这是一个具有深厚物理、化学、材料科学考虑和制造问题的组件。第一种广泛使用的标准超级电容器于 20 世纪 70 年代末和 80 年代初进入市场。它们主要用于易失性存储器的内存备份，但由于成本和性能问题，它们并未被大众市场接受。然而，到了 20 世纪 90 年代，超级电容器以适中的价格上市，具有卓越的性能和可靠性，因此开始被常规设计到系统中。相关的维基百科参考资料对其历史进行了相当详细的介绍，同样重要的是，引用了许多信誉良好的来源，包括行业媒体上的新闻和学术期刊上的论文。

超级电容器特性

除了其他差异之外，超级电容器的充电/放电特性与电池不同，无论电池化学成分如何(请注意，每种可充电电池化学成分都有自己的充电/放电曲线)。图 1是这些设备的充电(顶部)和放电(底部)曲线的一般曲线。

图：(顶部)超级电容器的电压/电流充电(顶部)和放电(底部)曲线与大多数可充电电池(如锂离子电池)的曲线非常不同。

与电池甚至非超级电容器一样，没有“典型”的超级电容器，但代表性系列可以概述其基本特性。例如，伊顿的 HB 系列圆柱形超级电容器是一种带引线的器件系列，用于通孔 PC 板安装，输出为 2.5 V (图 2)。该系列成员的电容和尺寸范围从 21 毫米长、8 毫米直径封装中的 3 法拉到 60 毫米长、18 毫米直径封装中的 110 F。超级电容器还提供“硬币”封装，以兼容纽扣电池插座。

图 2：尽管超级电容器的法拉额定值高得多，但它们的外观与传统电容器相似，尺寸和封装也类似，这些引线式装置也显示出这一点。

这些超级电容器的其他重要参数是它们的等效串联电阻 (ESR)，最大的范围从 0.16 欧姆到 0.020 欧姆，脉冲电流为 1 A 到 24 A，连续电流为 1.1 A 到 8.7 A(分别从最小版本到最大版本)。

那么电池呢?

自商业化以来，超级电容器主要用于提供持续电力以及在电源备份、能量收集和脉冲功率传输应用中的短期能量存储。对于其中一些情况，单独使用电池可能效果不错，但它们的一些固有特性会使它们不太合适。超级电容器单独用于小型、极低功耗应用，例如收集/物联网模块。它们也可以串联/并联组合作为大型 UPS 装置的电容器电源组。它们在为医院等关键任务提供“桥接”电源方面特别有用，以便在主电源发生故障和备用发电机启动之间保持电力可用(通过逆变器)。

任何对超级电容器与可充电电池的一般比较都只是一种概括，因为很大程度上取决于所比较的具体电池类型。尽管如此，(图 4)的表格很好地概括了超级电容器与锂离子电池的相对属性。然而，当然，这两种技术的功能和特性也在不断变化和进步——因此，仅将表格用作粗略的指南和起点。