30秒內充滿電？超級電容技術詳解

　　作為一種新型的電能存儲元件，超級電容可以彌補現階段鋰離子電池在功率密度等方面的不足：有著驚人的充放電速度且可以瞬間吸收或釋放極高的能量，這是目前任何電池都做不到的。 超級電容為什么有這么“超級”的能力？來認識一下超級電容吧。

　　超級電容的基本結構

　　超級電容又叫雙電層電容，從結構上來看，其與電解電容非常相似。簡單來說，如果在電解液中插入兩個電極，并施加一個電壓，這時電解液中的正、負離子在電場的作用下就會迅速向兩極運動，最終分別在兩個電極的表面形成緊密的電荷層，即雙電層。

超級電容器工作圖

　　電容的大小取決于電極表面積的大小和兩個電極間的距離。傳統電容器的電極表面積就是導體的平板面積，為了獲得較大的容量，通常都將導體材料卷制得很長，有時用特殊的組織結構來增加它的表面積。同時傳統電容器用絕緣材料來分離它的兩個電極，一般為塑料薄膜、紙等，這些材料也都要求盡可能的薄。

　　超級電容的電極表面積是基于多孔的炭材料，該材料的多孔結構使其表面積非常大，而且超級電容的電極間距離是由被吸引到帶電電極的電解質離子尺寸決定的，該距離和傳統電容的薄膜材料所能實現的距離更小。這種龐大的表面積，再加上非常小的電極間距，使得超級電容較傳統電容而言有著驚人的靜電存儲容量，這也是其被冠以“超級”的重要原因。

　　電容的基本作用就是充電與放電，但由基本充、放電作用所延伸出來的許多電路現象，使得電容有著更豐富多彩的用途。在一般的電子電路中，常用電容器來實現旁路、耦合、濾波、振蕩、相移以及波形變換等，這些作用都是充、放電功能的演變。而根據超級電容的種種特性，其更多的被應用于能源領域，通常被作為電池來使用。

　　超級電容的優勢和劣勢

　　相比鉛酸電池、鎳鎘電池、鋰離子電池，超級電容具有節能、超長使用壽命、安全、環保、寬溫度范圍、無需人工維護等優點。由于超級電容是采用物理的方法來儲能，所以其最為重要的一個特點就是功率密度很大，我們可以將其理解為充、放電迅速且可以瞬間吸收或釋放極高的能量，這也是目前任何電池都做不到的。

　　或許任何事物都存在著不完美，超級電容亦不例外，它相對致命的一個弱點就是能量密度很低。所謂的能量密度就是指在一定的空間或質量物質中所儲存能量的大小。比如我們經常使用的5號充電電池，如果其毫安時越大，就代表它的能量密度越高。可以說，超級電容相比鋰離子電池較低的能量密度，限制了其在很多領域的應用。

　　在了解了超級電容的一些概況后，我們來看看目前它所應用的領域。首先，任何新技術的產生和發展往往會最先應用于軍事領域，超級電容的研發初衷是不是亦如此，我們不甚了解，但是在復雜的戰場環境下，超級電容的確有著特殊的優勢存在。前面所提到的寬溫度范圍（通常在-40℃-65℃之間）以及高功率密度的特點，可以保證坦克、裝甲車等大馬力的軍事車輛的順利啟動，特別是在寒冷的冬季，而它高功率密度的特點還可作為激光武器的脈沖能源。

　　在民用領域，超級電容也發揮著巨大的作用。比如可用于照相機閃光燈的供電，其可以使閃光燈達到連續使用的性能，從而提高照相機連續拍攝的能力，同時超級電容還可以用來對相機快門進行控制。另外，隨著電子與能源工業的發展，超級電容在短時UPS系統、太陽能電源系統等免維護系統上具有不可替代的作用。

　　由于超級電容能夠進行高功率的充、放電，根據這一特點，超級電容可以應用在一些交通工具上，將列車或者大型客車的剎車能量儲存起來，在加速時提供峰值功率的輸出。由于充、放電速度很快，在車輛進站上下人的短暫時間里，即可瞬間將超級電容充滿電，并且足夠跑到下一個站點。這樣就使得車輛無需背負著受電弓，而且不再需要沿途架設高壓線，這無疑降低了建設成本。