超級電容按其工作原理可分為雙電層超級電容、 法拉第準超級電容及混合型超級電容, 按體積和制造工藝可分為紐扣型、 卷繞型和大型三種, 紐扣型容量通常在 5F 以下, 卷繞型容量一般在 5~200F 之間, 大型則為 200F 以上。
另外也可根據電解液種類、活性材料類型等進行分類。單體超級電容的耐壓一般不超過2.7V。
由于功率密度受限、 研究成果推進和產業化速度較慢等原因,目前大規模生產的超級電容主要采用雙電層結構。“雙電層”名稱的來源是當電容的兩極施加電壓之后,電容的兩極會分別吸附電解液中的正負離子以極小的間隙排列,從而形成類似“雙層”的電荷層界面,故稱為雙電層。
在超級電容的選擇過程中,應注重電容的額定容量、額定電壓、ESR、額定電流和功率密度等重要參數。同時在頻繁快速充放電的場合,由于超級電容易發熱導致電容被擊穿燒毀,則不宜采用。
常見超級電容的選用原則及測試方法
超級電容的額定電壓、 額定電流需根據應用場景選擇, 對應的 ESR 則需同時估計負載的等效電阻, 所選電容 ESR 越小代表所能輸出的功率越大, 工作效率越高, 可以采用數字電橋調節到指定頻率進行測量。
至于超級電容容量的選擇標準, 則可以借鑒如下計算方法。
第一種情況是恒電流輸出模式,由于電流乘以時間是電容器初始和放電結束之間的電量差,可以推導出電容量的計算公式為 C=(式 1),其中I為恒電流輸出模式時的電流大小,t 為電容所要求供電的時間,U 為電容放電時的初始電壓,U 為電容放電結束時所應具備的電壓。
第二種情況是恒功率輸出模式,可以根據功率乘以時間等于電容初始和放電結束之間的電能差,推導出C=(式 2),各符號代表的物理意義同前所述。但在實際應用時, 由于電容制造偏差及電路損耗等各因素,在選用時應比理論計算偏大, 這是一種保險的做法。