具备低电阻与轻薄特点的双电层电容器（EDLC/超级电容器）

由 judy 提交于周五, 3 九月 2021 - 10:44

<p>双电层电容器（EDLC/超级电容器）是使用了金属箔层压薄膜封装的电容器。其低电阻的特性可有效用于峰值输出的辅助电源、失电时的备份、能量收集/再生能源用的蓄电。另外，它轻薄的特点使得其非常适用于移动产品。</p>

<p>此产品在保持了双电层电容器（EDLC/超级电容器）的最大特点——容量大的同时，其低电阻的特性可对应大电流，而3V以上的额定电压使其方便使用。它还是一种由绿色材料制成的设备。</p>

<p><strong>作为电容器的定位</strong></p>

<p>双电层电容器（EDLC/超级电容器）可以凭借其大容量来储存较大的能量。TDK的双电层电容器（EDLC/超级电容器）可以储存数mF～500mF的大容量。额定电压为3.2V～4.2V，即使不提高电压，也能得到足够的能量。又因为电阻低，所以功率密度很高。</p>

<p>图1　TDK的电容器产品图（静电容量-额定电压）</p>

<p>TDK拥有各类电容器，可应对大范围的静电容量与电压。点击后即可查看详细内容。</p>

<p>与其他电容器相比，双电层电容器（EDLC/超级电容器）具有非常高的静电容量，并且具有高能量的特性。<br />
另外，与电池(LIB)相比，虽然能量密度（单位体积能存储的电量）较差，但功率密度（单位体积的输出功率）较高，是一种瞬间发力优异的设备。</p>

<p>与其他的双电层电容器（EDLC/超级电容器）相比，TDK的双电层电容器（EDLC/超级电容器）的功率密度、能量密度设计得更高，适用于高能量用途。</p>

<p>图2　与铝电解电容器/钽电容器、锂离子电池的功率和能量密度的比较</p>

<p><strong>双电层电容器（EDLC/超级电容器）的原理</strong></p>

<p>双电层电容器（EDLC/超级电容器）将离子吸附到浸在电解液中的活性炭电极表面，形成双电层(Electric Double Layer)来积蓄电荷。静电容量与在活性炭界面上形成的双电层的面积成正比，所以使用比表面积较大的活性炭制作电极。由于双电层电容器（EDLC/超级电容器）没有电极活性物质的化学反应，所以可以急速充放电；由于利用的是离子吸附脱离这种物理现象，老化少，充放电循环特性优异。TDK的双电层电容器（EDLC/超级电容器）对成对的电极和隔板、电解液进行优化，实现了低电阻。在一个封装里放入两个电容器，串联连接，提高了额定电压。</p>

<p>图3　双电层电容器（EDLC/超级电容器）的原理</p>

<p><strong>双电层电容器（EDLC/超级电容器）的种类</strong></p>

<p>双电层电容器（EDLC/超级电容器）的构造和形状分类如下。</p>

<p>从贴片型和硬币型这样的小型电容器，到连接多个圆筒型和角型等的大型模块等，类型多种多样。</p>

<p>图4　双电层电容器（EDLC/超级电容器）的种类</p>

<p><strong>TDK双电层电容器（EDLC/超级电容器）的产品系列和结构</strong></p>

<p>双电层电容器（EDLC/超级电容器）是电容器的一种，与其他电容器相比，具有非常高的静电容量。</p>

<p>TDK的双电层电容器（EDLC/超级电容器）在行业也有着最高水平的低电阻，因为拥有大功率密度（每单位体积的输出功率），所以是一种瞬间发力优异的设备。在确保EDLC本来就拥有的充放电循环寿命、安全性的同时，因为是软包型，所以实现了既薄又轻的规格。</p>

<table border="1" width="100%">
<thead>
<tr>
<th width="100">产品照片</th>
<th width="">特点</th>
<th width="90">高度</th>
<th width="110">L xW 尺寸</th>
<th width="110">电容</th>
<th width="110">额定电压</th>
<th width="110">阻抗</th>
<th width="120">使用温度范围</th>
<th width="130">系列、型</th>
<th width="80">产品目录</th>
<th width="80">型号列表</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td data-label="产品照片">
<div><img alt="双电层电容器,超级电容器:EDLC041720" src="https://product.tdk.com.cn/system/files/dam/img/product/capacitor/edlc/…; /></div>
</td>
<td data-label="特点">
<div>薄型</div>
</td>
<td data-label="高度">
<div>0.4mm</div>
</td>
<td data-label="L xW 尺寸">
<div>27 x 17mm</div>
</td>
<td data-label="电容">
<div>5 to 15mF</div>
</td>
<td data-label="额定电压">
<div>3.2V(连续)<br />
5.0V(顶峰)</div>
</td>
<td data-label="阻抗">
<div>7Ω (1kHz)</div>
</td>
<td data-label="使用温度范围">
<div>-20 ~ +60°C</div>
</td>
<td data-label="系列、型">
<div>EDLC041720<br />
(事前准备)</div>
</td>
<td data-label="产品目录"><a href="https://product.tdk.com.cn/system/files/dam/doc/product/capacitor/edlc/…; target="_blank"><img alt="pdf" src="https://product.tdk.com.cn/system/files/dam/img/search/icon_pdf.gif" /></a>
<div>168KB</div>
</td>
<td data-label="型号列表">
<div>
<div alt="型号列表" data-align="" data-caption="" data-embed-button="acquia_dam" data-entity-embed-display="media_image" data-entity-type="media" data-entity-uuid="b3ce4ecf-aaa3-4a9b-9075-b54f265fdeb7" data-langcode="zh-hans" id-img="" title="" usemap=""><a href="https://product.tdk.com.cn/zh/search/capacitor/edlc/edlc/list#_l=20&amp…; target="_blank"><img alt="型号列表" src="https://product.tdk.com.cn/zh/system/files/temp_icon_result.png" typeof="foaf:Image" /></a></div>
</div>
</td>
</tr>
<tr>
<td data-label="产品照片">
<div><img alt="双电层电容器,超级电容器:EDLC212520" src="https://product.tdk.com.cn/system/files/dam/img/product/capacitor/edlc/…; /></div>
</td>
<td data-label="特点" rowspan="3">
<div>低背型</div>
</td>
<td data-label="高度">
<div>2.1mm</div>
</td>
<td data-label="L xW 尺寸" rowspan="3">
<div>20 x 25mm<br />
(不含有端子)</div>
</td>
<td data-label="电容">
<div>350mF</div>
</td>
<td data-label="额定电压" rowspan="2">
<div>4.2V(连续)<br />
5.5V(顶峰)</div>
</td>
<td data-label="阻抗">
<div>55mΩ (1kHz)</div>
</td>
<td data-label="使用温度范围">
<div>-40 ~ +70°C</div>
</td>
<td data-label="系列、型">
<div>EDLC212520</div>
</td>
<td data-label="产品目录"><a href="https://product.tdk.com.cn/system/files/dam/doc/product/capacitor/edlc/…; target="_blank"><img alt="pdf" src="https://product.tdk.com.cn/system/files/dam/img/search/icon_pdf.gif" /></a>
<div>152KB</div>

<div><img src="https://product.tdk.com.cn/system/files/ico_new_s.gif" /></div>
</td>
<td data-label="型号列表">
<div>
<div alt="型号列表" data-align="" data-caption="" data-embed-button="acquia_dam" data-entity-embed-display="media_image" data-entity-type="media" data-entity-uuid="b3ce4ecf-aaa3-4a9b-9075-b54f265fdeb7" data-langcode="zh-hans" id-img="" title="" usemap=""><a href="https://product.tdk.com.cn/zh/search/capacitor/edlc/edlc/list#_l=20&amp…; target="_blank"><img alt="型号列表" src="https://product.tdk.com.cn/zh/system/files/temp_icon_result.png" typeof="foaf:Image" /></a></div>
</div>
</td>
</tr>
<tr>
<td data-label="产品照片">
<div><img alt="双电层电容器,超级电容器:EDLC371420" src="https://product.tdk.com.cn/system/files/dam/img/product/capacitor/edlc/…; /></div>
</td>
<td data-label="特点" rowspan="2">
<div>小尺寸型</div>
</td>
<td data-label="高度">
<div>3.7mm</div>
</td>
<td data-label="L xW 尺寸" rowspan="2">
<div>20 x 14mm<br />
(不含有端子)</div>
</td>
<td data-label="电容">
<div>500mF</div>
</td>
<td data-label="额定电压">
<div>4.2V(连续)<br />
5.5V(顶峰)</div>
</td>
<td data-label="阻抗">
<div>40mΩ (1kHz)</div>
</td>
<td data-label="使用温度范围">
<div>-40 ~ +70°C</div>
</td>
<td data-label="系列、型">
<div>EDLC371420</div>
</td>
<td data-label="产品目录"><a href="https://product.tdk.com.cn/system/files/dam/doc/product/capacitor/edlc/…; target="_blank"><img alt="pdf" src="https://product.tdk.com.cn/system/files/dam/img/search/icon_pdf.gif" /></a>
<div>152KB</div>

<p>TDK的双电层电容器（EDLC/超级电容器）分为卷回型和薄积层型两种。</p>

<p>卷回型使用铝层叠薄膜，将电极和隔板同时卷起来，得到1个小电池，再封装2个这样的小电池。另外，薄层叠型将电极和隔板层叠在一起，使用不锈钢板层叠薄膜封装，保持高弯曲强度，应对屈曲、扭曲测试。</p>

<p>图5　TDK电气双层电容器（EDLC/超级电容器）的结构</p>

<p><strong>TDK双电层电容器（EDLC/超级电容器）的特点</strong></p>

<p>双电层电容器（EDLC/超级电容器）通过电解液内的离子在活性炭电极表面上吸附脱离，进行充放电。<br />
因为没有电极表面的化学反应，所以可以急速充放电；由于利用的是离子的吸附脱离这种物理现象，老化少，所以充放电循环特性很优异。</p>

<p>图6左边的图表显示了，以5.5V的电压给TDK双电层电容器（EDLC/超级电容器）充电，反复进行20A-5ms放电和0.9A充电的充放电循环2万次后，电气特性的变化。</p>

<p>基本不发生因充放电循环导致的特性变化。因此是一款大电流充放电也可以放心使用的产品。</p>

<p>图6　耐充放电循环</p>

<p>构成双电层电容器（EDLC/超级电容器）的主要材料是活性炭和铝、离子电解液。</p>

<p>这些物质按照没有化学反应的机理反复充放电，实现电容器的功能。</p>

<p>因为材料构成、机理安全洁净，在充满电的状态下用针刺、弯曲、加热，也不会有起火、冒烟的危险。</p>

<p>图7　没有起火、冒烟的危险</p>

<p><strong>TDK双电层电容器（EDLC/超级电容器）的使用方法</strong></p>

<p>下图为活用了TDK双电层电容器（EDLC/超级电容器）之特点的使用方法。</p>

<p>通过对电池的输出极限进行辅助，可以实现仅有电池时无法实现的功能。而作为失电时的备份，可以活用每个单体的大能量。另外，通过积蓄微弱的能量和回收能量，可以有效利用能量。</p>

<p>图8　TDK双电层电容器（EDLC/超级电容器）的使用方法</p>

<p><strong>电池辅助：在电池驱动过程中改写画面时的电源辅助/在电子纸中的使用示例</strong></p>

<p>在“电子纸”中，作为电池的辅助使用，画面显示速度会变得流畅，可以像翻实际的纸张一样进行翻页操作。对小图、小表等的放大显示也有效果，PDF文件也可以顺畅显示。</p>

<p>若要从搭载的电池里流过大电流，需要更低电阻的电池，但是尺寸会变大，重量增加。因此，不使用大电池，通过EDLC进行电流辅助，可以减轻电池的负荷，同时实现轻量化。</p>

<p>图9　电池辅助：在电池驱动过程中改写画面时的电源辅助/在电子纸中的使用示例</p>

<p><strong>电池辅助：电池驱动过程中高负荷时的电压平均化/便携式音频播放器</strong></p>

<p>在发生急剧功率变化的音频设备中，从双电层电容器（EDLC/超级电容器）瞬间向放大器供给大功率，对电池提供辅助。</p>

<p>D级放大器被使用在便携式音频播放器等设备中。它由PWM调制器和2个输出用功率MOSFET、噪声抑制滤波器（含LPF用电感器）、带ESD保护功能的陷波滤波器组成的低通滤波器电路块构成。</p>

<p>将输出用功率MOSFET（下面的例子中是PVCC部位）与TDK双电层电容器（EDLC/超级电容器）组合在一起，即使在发生急剧功率变化的时候，双电层电容器（EDLC/超级电容器）也会瞬间向放大器供给很大的功率，对电池提供辅助。</p>

<p>图10　电池辅助：电池驱动过程中高负荷时的电压平均化/在便携式音频播放器中的使用示例</p>

<p><strong>电池辅助：电池驱动过程中发送无线信号时的电源辅助/自来水、煤气用智能仪表</strong></p>

<p>自来水、煤气智能仪表的功能不断提高，追加了无线传输信息的功能。它们使用电池作为电源，但是随着无线功能的提高，就逐渐需要电力辅助。</p>

<p>双电层电容器（EDLC/超级电容器）的电池辅助很有效，并且小型形状的软包型受到了关注。</p>

<p>图11　电池辅助：电池驱动过程中发送无线信号时的电源辅助/在自来水、煤气用智能仪表中的使用示例</p>

<p><strong>电源辅助：指纹传感器动作时的电源辅助/在指纹认证卡中的使用示例</strong></p>

<p>在“指纹认证卡”中，作为指纹传感器动作时的电源辅助使用。</p>

<p>NFC终端有很多种类，可以供给的电力也存在差异。为了在如今普及的终端上也能顺畅地进行卡片认证动作，双电层电容器（EDLC/超级电容器）就发挥了有效的作用。</p>

<p>因为卡片不会将生物认证数据泄漏出去，所以其高安全性受到了关注。轻薄的双电层电容器（EDLC/超级电容器）很适用于此用途。另外，制作卡片的材料也很安全，可以放心地废弃。</p>

<p>在终端上刷一下卡，NFC线圈的电磁感应产生的电会瞬间给双电层电容器（EDLC/超级电容器）充电。</p>

<p>将这样蓄积的电能用于指纹传感器动作，可以对可靠的动作提供支持。</p>

<p>图12　电源辅助：指纹传感器动作时的电池辅助/在指纹认证卡中的使用示例</p>

<p><strong>电源备份：失电时的电源备份/SSD</strong></p>

<p>大容量的双电层电容器（EDLC/超级电容器）适合用于电源意外切断时的备份电源，可用于SSD等的失电保护。</p>

<p>对于企业级SSD等，采用NAND闪存作为存储元件，在写入数据时暂时将数据保存在DRAM的高速缓冲存储器中，然后将数据一起写入闪存，以提高数据写入速度。而在意外断电时，一般会安装多个电容器并采取断电保护措施，以确保缓存中的数据能写入NAND闪存。可以用大容量双电层电容器（EDLC/超级电容器）代替这种失电保护。</p>

<p>图13　电源备份：失电时的电源备份/SSD中的使用示例</p>

<p><strong>微能量蓄电：储存环境发电得到的微小能量，在必要的时候提供储存的能量/无电池无线通信传感器</strong></p>

<p>由于TDK的双电层电容器（EDLC/超级电容器）的阻抗低，因此即使在不稳定的能量收集发电中也能实现出色的充电，可以进行适合应用的放电，适用于面向能量收集的应用。</p>

<p>可以将通过太阳电池（环境发电）发的电蓄积到双电层电容器（EDLC/超级电容器）中，使用无线通信按一定间隔发送传感器取得的数据（温度、湿度等）</p>

<p>图14　微能量蓄电：储存由环境发电得到的微小能量，在必要的时候提供储存的能量/在无电池无线通信传感器中的使用示例</p>

<p><strong>再生能源蓄电：将再生能源蓄成电，对电池提供辅助/在小型电机中的使用示例</strong></p>

<p>灵活利用再生能源产生的剩余再生电力，是一项为今后进一步节能做贡献的技术。</p>

<p>随着小型机器人的普及，双电层电容器（EDLC/超级电容器）被用来有效地将剩余电力储存到电池中。它让不稳定的能量能稳定地运行，积蓄的能量也可以作为大能量运行时的辅助。</p>

<p>图15　再生能源蓄电：将再生能源蓄成电，对电池提供辅助/在小型电机中的使用示例</p>

<p>文章来源：<a href="https://product.tdk.com.cn/zh/techlibrary/productoverview/slim-pouch-ed…;