电气双层电容器原理
不同于陶瓷电容器或铝电解电容器,电气双层电容器 (EDLC) 不包含传统电介质。取而代之的,两电极间充满的是电解质 (固体或液体) (如图1) 。EDLC两端电极间形成“双层电气”,并且电解质作为电介质工作。
静电容量的大小与双层电气的表面面积成正比。因此如使用具有大表面面积的活性炭作为电极,EDLC会具有更大的静电容量。
图1: 电气双层电容器原理
双层电气的离子吸附和解吸机制有助于EDLC的充电与放电。
对两端电极施加电压,离子被吸引至双层电气表面并充电。反之,放电时离子会远离双层电气。这就是EDLC充电及放电原理 (如图2) 。
图2: EDLC的充电与放电
EDLC的结构
EDLC由电极、电解质 (和电解质盐) 和防止两端电极互相接触的隔膜组成。活性炭颗粒用作为电极的集电体。每个活性炭颗粒接触一个电解质,在电极表面形成了双层电气。 (如图3)
把这一结构想象成一个简易的等效电路,EDLC就是如图4所示,包含阳极阴极电容器 (C1、C2) 、隔膜、隔膜和电解质的电阻组成的极间电阻 (Rs) 、由活性炭电极和集电体构成的电极电阻 (Re) 和绝缘电阻 (R) 。
图3: 结构
图4: 等效电路
EDLC的等效电路
活性炭电极由各种大小不一的,表面有孔结构的活性炭颗粒组成。每个活性炭颗粒都与电解质连接,在其表面形成了双层电气 (如图5) 。
因此,等效电路电极电阻 (Re) 和离子移动形成的电阻 (Rs) 构成了一个由多个不同电阻与电容器串联连接的复杂等效电路。
图5: 电极结构
图6: 详细等效电路
C: 电容器
Re: 电极电阻
*活性炭电阻,集电体电阻,接触电阻等
Rs: 极间电阻
*隔膜、电解质等电阻
Ri: 绝缘电阻
村田EDLC的特性
村田的EDLC从CAP-XX公司引进技术,实现了低ESR和高静电容量的小封装产品。通过使用电极结构及最适合的材料来降低电极电阻 (Re) ,并降低隔膜与电解质间的极间电阻 (Rs) ,从来成功的降低了ESR。
. 低ESR,高放电效率
. 高压
. 小而薄的封装
. 即使在低温环境下,ESR也很低
. 使用寿命长—超过10万次循环使用