超级电容以前主要用于大功率电源和大型工业与消费类电源设备，如今在各种尺寸的产品、特别是便携式设备中也找到了用武之地。超级电容以高达数千法拉的电容值和快速充放电速率而闻名于世。
由于能够长时间存储大量的电能，超级电容表现得更像是电池而不是一个标准电容。事实上，随着技术的进步，它们将替代众多产品中的可充电电池，从计算机、数码相机、手机到其它手持设备。
超级电容是什么
简单地说，超级电容是一种非常大的极化电解质电容。这里的‘大’指的是容量，而不是它们的物理尺寸。
的确，对于普通的电解电容来说，电容值和/或电压值越大，整个封装也越大。电解电容通常提供微法拉数量级的电容值，从约0.1uF到约1F，其电压标称值最高可达1kVdc。一般来说，额定电压越高，电容值就越小，而电容值越大，封装也就越大，而且工作电压也可能会降低。
这些规则基本上也适用于超级电容。超级电容的容值在1F以上，工作电压范围从1.5V到160V甚至更高。随着电容值和电压增加，其体积也会增加。
电容值在数十法拉左右的早期超级电容是个大块头，主要用于大型电源设备。具有低电压工作能力的小体积超级电容则常用作消费电子设备中的短期备用电源。
尽管超级电容和电解电容存在很大的相似性，但在电气性能和物理尺寸方面也有很大的差异。例如，一个普通的10uF、25Vdc额定电压电解电容尺寸可能略小于甚至等同于1F到10F、2.7Vdc的超级电容。随着最近技术的进步，将超级电容的工作电压提高到25Vdc时，尺寸增加不到一倍，根据具体应用场合，这样的体积变化可能并不十分显著。
剖析超级电容
原则上讲，人们可以将超级电容看作是一个可充电电池。它能存储与其容量成正比的电荷，并在要求放电时释放电荷。超级电容与电解电容的最大区别是其电子双层架构，它能实现更高的容量。
标准电容的结构是在两个附属于金属板上的电极之间夹一层电介质层(图1)。根据电容类型不同，电介质可以是氧化铝、四氧化钽、氧化钛钡或聚丙烯聚酯，不同的材料决定了不同的容量和电压特性(图2)。电介质的多少和极板间的距离也会影响电容量。然而，极板间最大允许距离限制了电介质的数量。
在这种单层结构中，增加电介质数量来提高容量通常是可行的，方法有三种，即增加封装宽度和极板尺寸、增加封装长度和增加极板距离或这两种方法的组合。这三种方法都将导致电容器的体积变大，这是增加电容容量必须做出的一种牺牲。
双电层电容器(EDLC)正如它的字面意义那样可以解决上述问题，它在相同的封装内增加了第二个电介层，这个电介层与第一层在中间隔离物的两边并行工作(图3)。EDLC也采用无孔电介质，如活性碳、碳纳米管、炭黑凝胶，并选用导电聚合物，其存储容量要比标准的电解材料高出许多。额外层和更高效电介材料的这种组合能使电容容量提高近4个数量级。
不过，电压能力是超级电容的薄弱环节，根源在于电介质材料。EDLC中的电介质特别薄，只有纳米数量级，因此能产生很大的表面积，从而形成更大的容量。但这些很薄的层不具有传统电介质理想的绝缘特性，因此要求较低的工作电压。
超级电容应用
1、税控机、税控加油机、真空开关、智能表、远程抄表系统、仪器仪表、数码相机、掌上电脑、电子门锁、程控交换机、无绳电话等的时钟芯片、静态随机存贮器、数据传输系统等微小电流供电的后备电源。
2、智能表(智能电表、智能水表、智能煤气表、智能热量表)作电磁阀的启动电源
3、太阳能警示灯，航标灯等太阳能产品中代替充电电池。
4、手摇发电手电筒等小型充电产品中代替充电电池。
5、电动玩具电动机、语音IC、LED发光器等小功率电器的驱动电源。
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超级电容的发展现状
新产品和新功能的电子整机日新月异、产品的市场寿命越来越短，这对电子元件各个方面要求更高。且由于受世界经济环境的影响，电容器产业面临能源成本、材料成本、劳动力成本、环保成本的全面上涨，而产品销售价格却一再下降，整个行业的经营受到双重压力。所以电子元件产业要变强，必须做到企业创新、行业创新、产品创新，才能跟上电子信息整机发展的需要。
随着经济全球化，世界电子信息整机制造企业纷纷在中国设厂，跨国公司在中国采购，再加上国内原有电子信息制造业的发展，这进一步扩大了我国电容器的消费市场。
超级电容的未来
如前所述，超级电容有望代替众多设备中的可充电电池。这种演进是合理的，特别是目前人们对绿色技术和高性价比替代能源非常渴求。
原标题：超级电容器的原理和应用前景
