超級電容電池又叫黃金電容、法拉電容，它通過極化電解質來儲能，屬于雙電層電容的一種。由于其儲能的過程并不發(fā)生化學反應，因此這種儲能過程是可逆的，正因為此超級電容器可以反復充放電數十萬次。

電容器是儲存電荷的常用電子器件，在許多電子設備中得到了廣泛的運用。由于新時期行業(yè)技術的迅速發(fā)展，早期的電路結構逐漸被更復雜的電路形式取代，普通的電容器已經滿足不了電路運行的需要。為了達到高負荷或超負荷電路運行的需要，國內開始推廣使用超級電容器，這種器件在性能上比傳統(tǒng)電容器更加優(yōu)越。

1、超級電容器的主要功能

與普通電容器相比，超級電容器在結構上進行了改進調整，且在原理上得到了優(yōu)化。但在使用期間超級電容器與常規(guī)電容器的功能相近。新型電容裝置的功能集中表現(xiàn)在：旁路、去耦、儲能等方面，這些對于電路運行或存儲電荷都有著明顯的調控作用。具體功能如下：

(1)旁路。超級電容器中的旁路電容可以定期儲存電能，但其它元器件在運行中需要能量時，則能及時釋放出電荷維持使用。旁路電容器的最大功能表現(xiàn)于穩(wěn)壓器電荷輸出的均衡，避免了電荷傳輸混亂而引起電路故障，裝置充電、放電的靈活性較強，如圖1。

圖1 旁路電容原理

(2)去耦。去耦主要是針對電路內產生的“耦合”現(xiàn)象而言，耦合是由于電路中電流、電阻失去均衡而引起的一種“噪聲”，不利于電路內部載荷的均衡布置。

超級電容器使用之后，能有效地消除耦合現(xiàn)象，讓電路中的各項指標參數維持在標準狀態(tài)。

（3）儲能。無論是普通的電容器或者超級電容器，儲存電荷或電能都是極為關鍵的性能。超級電容器的電荷儲存容量更大，能滿足更多電子元件的使用需求。

超級電容器把存儲的能量利用變換器引線傳送至電源的輸出端之后，經過優(yōu)化處理能進一步強化電容的存儲性能。

2、超級電容器的不同分類

由于超級電容器是一類新型產品，在結構、材料、性能等方面都進行了不同的更新調整。根據不同的內容，對超級電容器進行分類的方法是各不相同的。當前，對于超級電容器的分類一般參照電容器的原理、電解質等兩大要素劃分，每一類超級電容器又可分成不同的類別。

(1)根據原理分類。根據不同的作用原理，超級電容器主要劃分成雙電層型超級電容器、贗電容型超級電容器等兩大類。雙電層型超級電容器，在制造材料上進行了更新處理，如：活性碳電極材料，結合高比表面積的活性碳材料加工后制成電極;碳氣凝膠電極材料，結合前驅材料制備凝膠，再進行碳化活化處理作為電極。贗電容型超級電容器，一般采用了金屬氧化物電極材料、聚合物電極材料。前者有：NiOx、MnO2、V2O5等用于正極材料，活性碳等用于負極材料，后者有：PPY、PTH、PAni、PAS、PFPT等經P型或N型或P/N型摻雜制取電極。

(2)根據電解質分類。電解質是溶于水溶液之后具備導電性能的化合物。超級電容器里的電解質包括：水性電解質、有機電解質等兩種。水性電解質比較普遍的電解質有酸性、堿性、中性之分，不同特性電解質的組成也不相同。如：酸性電解質由36%的H2SO4水溶液構成，堿性電解質由KOH、NaOH等強堿構成等。有機電解質一般選擇LiClO4為主的鋰鹽、teABF4為主的季胺鹽等當成電解質，有時可根據使用需要添加相應的溶劑，如：PC、ACN、GBL、THL等，這些對于超級電容器的性能都有明顯的改善。

根據電解質對超級電容器分類方法中，還可以結合電解質的具體狀態(tài)詳細分類。如：按照電解質的固態(tài)、液態(tài)形式又可分為固體電解質超級電容器、液體電解質超級電容器。

3、超級電容器使用的優(yōu)缺點

超級電容器在使用過程中并非每一個方面都是優(yōu)越的，這就要求在運用超級電容器時能熟練掌握該裝置的優(yōu)缺點。受到制造技術的限制，我國在使用超級電容器時還存在安裝、調試等方面的不足。不少設備因盲目使用超級電容器造成電路故障，影響了整個設備性能的發(fā)揮。作為電容器的新產品，超級電容器呈現(xiàn)出來的優(yōu)點要顯著大于缺點。

(1)優(yōu)點。超級電容器是普通電容裝置的升級，在對早期的電容器實施了多個方面的改良。主要優(yōu)點在：①電容量。早期使用的常規(guī)電容器，電容存儲量較小，僅能滿足小負荷的電路需求;而超級電容器的電容量級別可達到法拉級，能適合更復雜的電路運行需要。②電路。超級電容器對電路結構的要求較低，不需要設置特殊的充電電路、控制放電電路，且電容器的使用時間不會受到過充、過放的影響。③焊接。普通電容器無法進行焊接，在安裝超級電容器時可根據需要進行焊接處理，防止了電池接觸不良等現(xiàn)象的發(fā)生，提高了電容器元件的使用性能。

(2)缺點。通過對超級電容器的性能測試，筆者發(fā)現(xiàn)這種新型電容器也存在缺點。如：①泄漏。超級電容器安裝位置不合理，容易引起電解質泄漏等問題，破壞了電容器的結構性能。②電路。超級電容器僅限于直流電路的使用，這是由于與鋁電解電容器相比，超級電容器的內阻更大，不適合交流電路的運行要求。③價格。由于超級電容器是新一代高科技產品，其剛剛推向市場時價格相對較高，增加了設備運行的成本投入。

4、超級電容器的原理

“雙電層原理”是超級電容器的核心，這是由該裝置的雙電層結構決定的。超級電容器是利用雙電層原理的電容器。當外加電壓作用于普通電容器的兩個極板時，裝置存儲電荷的原理是一樣的，即正電極與正電荷對應、負電極與負電荷對應。而超級電容器除了這些功能外，若其受到電場作用則會在電解液、電極之間產生相反的電荷，此時正電荷、負電荷分別處于不同的接觸面，這種條件下的負荷分布則屬于“雙電層”，原理如圖2，因電容器結構組合上的改進，超級電容器的電容儲存量極大。此外，如果超級電容器兩極板間電勢小于電解液的標準電位時，超級電容器則是正常的工作狀態(tài)，相反則不正常。根據超級電容器原理，其在運用過程中并沒有出現(xiàn)化學反應，僅僅是在物理性質上的變化，因而超級電容器的穩(wěn)定性更加可靠。

圖2超級電容的結構原理

5、超級電容器的應用

超級電容器產品由于其具有特殊的優(yōu)點，全球需求量迅速擴大，已成為化學電源領域內新的產業(yè)亮點。應用領域非常廣闊。它的應用領域涉及運輸業(yè)、風能、儲能和工業(yè)用UPS等各個領域。不僅從根本上改變了電動車在交通運輸中的位置，也將改進風能、太陽能等間歇性能源利用的可能性，在滿足人們對能源需求的同時，減少了對石油的依賴。

此外，超級電容器還在包括稅控機、數碼相機、掌上電腦等微小電流供電的后備電源等消費性電子產品及眾多領域有著巨大的應用價值和發(fā)展?jié)摿?，被世界各國廣泛關注，行業(yè)前景可期。

1.超級電容器在運輸業(yè)的應用

首先是純電動汽車領域的應用。就在上海世博會期間，某公司研制出一款去掉辮子的超級電容器純電動汽車，此為上海世博會“零排放”公交車。這款公交車每隔2-3公里就會在指定的充電站(兼具公交車站功能)進行充電，充電時間僅需幾分鐘，位于公交車座位下的超級電容器就完成了全部充電任務。

超級電容器的公交車充電方式靈活多樣，可以從剎車系統(tǒng)中獲取能量，這類公交車時用的電力比無軌電車少40%，能耗僅為燃油車的三分之一。

圖為世博會上零排放的超級電容器公交車

超級電容器還應用在混合電動車上?；旌想妱悠嚥捎枚嗄茉聪到y(tǒng)提供動力，以燃油發(fā)動機作為主要動力，以二次電源作為輔助動力?；旌想妱悠囎畲蟮膬?yōu)點就是在加速期間或爬坡時，要從有電池和超級電容器組成的能量儲存系統(tǒng)吸取電力，當車輛的動力需求較低時，該能量儲存系統(tǒng)被充電，這樣不僅增加了能量效率，而且車輛能夠通過再生制動，在減速時能量重新回收，加速時付出，既節(jié)省了油又減少了污染?；旌想妱悠嚹芄?jié)油30%-50%,減少污染70%-90%。

將蓄電池與超級電容結合起來，他們的優(yōu)點可以互補，成為一個極佳的貯能系統(tǒng)。此還可用于卡車低溫起動、中型和重型卡車、陸上和地下的軍事用車，它在大電流以及高低溫條件下工作，都會有很長的壽命。

超級電容器混合電動汽車

此外，超級電容器與蓄電池并聯(lián)應用，可以提高機車的低溫啟動性能。就是對于提高汽車在冷天的啟動性能(更高的啟動轉矩)，超級電容器具有非常重要的意義。通常在-20℃時，機動車由于蓄電池的性能大大下降，很可能不能正常啟動或需要多次啟動才能成功，而超級電容器可以在-40℃與蓄電池并聯(lián)時，僅需一次點火，其耐低溫性能優(yōu)點非常明顯。

圖為超級電容器應用于車輛低溫啟動

在城市軌道交通工程中，車輛的制動方式為電制動(再生制動)加空氣制動，在運行中以電制動為主，空氣制動為輔。運行中的列車由于站與站之間的距離較短，列車啟動、制動頻繁，制動能量相當可觀。超級電容器在應用于軌道車輛中時，在軌道車輛制動的時候，回收制動能量，存儲于超級電容其中;而當車輛再加速時，超級電容器將這些能量釋放出來，于是節(jié)省了30%的能量。

圖為超級電容器應用于軌道車輛能量回收

在航空航天領域中，超級電容器也能夠得到很廣泛的應用。比如飛機在開啟艙門時，需要特別強的爆發(fā)動力，而超級電容器會完成這個功能，它在為飛機開啟門提供爆發(fā)動力，使用壽命可達25年，140000飛行小時，已經通過空中客車公司資質證明，于2004年測試，設計產品是BCAP0140。在地面上，正常操作和緊急操作時，門必須被打開，在飛行時，門必須被關上并鎖緊，滑道必須在緊急情況被需要的時候膨脹。

圖為超級電容器在飛機操作過程中作為爆發(fā)動力應用

現(xiàn)在混合動力叉車及電動叉車大都采用由超級電容器作為驅動傳動機構，傳送和接收峰值功率，進行能量回收，節(jié)省燃料，實現(xiàn)更長工作時間。

超級電容的輪胎式集裝箱起重機，利用大容量超級電容器，可以短周期大電流充電和放電，在起動時能迅速大電流放電，下降時能迅速大電流充電，將能量吸收，起到節(jié)能環(huán)保的作用。

圖為超級電容的輪胎式集裝箱起重機

2.超級電容器在風能領域的應用

超級電容器的突出特點是：高效率、大電流放電、寬電壓范圍、寬溫度范圍、狀態(tài)易監(jiān)控、長循環(huán)壽命、長工作壽命、免維護、環(huán)保等。因此它極為適合在風力發(fā)電機組環(huán)境中工作。風力發(fā)電變槳利用超級電容器儲能電源的基本工作原理是：平時，由風機產生的電能輸入充電機，充電機為超級電容器儲能電源充電，直至超級電容器儲能電源達到額定電壓。當需要為風力發(fā)電機組變槳時，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，超級電容器儲能系統(tǒng)放電，驅動變槳系統(tǒng)工作。

圖為超級電容器極適合在風力發(fā)電機組環(huán)境中工作

3.儲能領域應用

現(xiàn)有超級電容器產品，它不僅已經用作光電功能電子表和計算機貯存器等小型裝置電源，而且還可以用于固定電站。在邊遠缺電地區(qū)，超級電功容器可以和風力發(fā)電裝置或太陽能電池組成混合電源，使無風或夜間也可以提供足夠的電源。

衛(wèi)星上使用的電源多是由太陽能電池與鎘鎳電池組成的混合電源，一旦裝上了超級電容器，那么衛(wèi)星的脈沖通訊能力一定會得到改善。此外，由于它具有快速充電的特性，那么相對于電動玩具這種需要快速充電的設備來說，無疑是一個理想電源。