電容電池實際上就是一個電容器，只是由於其容量比通常的電容器大得多，對外表現和電池相同，因此取名“電容電池”，也有稱作“超級電容”。
基本介紹
- 中文名：電容電池
- 外文名：Capacitor battery
- 拉丁文名：Donec capacitor
- 別稱：超級電容
- 屬性：電容器
- 容量：大
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傳統電池
生產和生活最常見的鉛蓄電池，可將電能通過化學反應儲藏起來，到另一個場合或另一時段使用。鉛蓄電池雖然造價較低，但也有相應的弱點，諸如能量轉換效率較低、電池反覆充放電易老化導致使用壽命短、比能量（Wh/kg）和比功率（W/kg）小使設備笨重、充電時間長等。我們在手機上使用的鋰離子電池，雖然也有許多優點，但它價格昂貴且儲藏電能有限，不能在大功率場合下使用；所以正在開發研製的超級電容電池，相比較而言，就有著一般電池無可比擬的優點，它的前景不可限量。
結構原理
結構
超級電容的容量比通常的電容器大得多。由於其容量很大，對外表現和電池相同，因此也稱作“電容電池”或說“黃金電池”。超級電容器電池也屬於雙電層電容器,它是目前世界上已投入量產的雙電層電容器中容量最大的一種,其基本原理和其它種類的雙電層電容器一樣,都是利用活性炭多孔電極和電解質組成的雙電層結構獲得超大的容量。
傳統物理電容中儲存的電能來源於電荷在兩塊極板上的分離,兩塊極板之間為真空(相對介電常數為1)或一層介電物質(相對介電常數為ε)所隔離,電容值為:C = ε·A / 3.6 πd ·10-6 (μF) 其中A為極板面積,d為介質厚度。所儲存的能量為: E = C (ΔV)2/2，其中C為電容值,ΔV為極板間的電壓降.可見,若想獲得較大的電容量,儲存更多的能量,必須增大面積A或減少介質厚度d，但這個伸縮空間有限，導致它的儲電量和儲能量較小。
工作原理
雙電層電容器中,採用活性炭材料製作成多孔電極,同時在相對的碳多孔電極之間充填電解質溶液,當在兩端施加電壓時,相對的多孔電極上分別聚集正負電子,而電解質溶液中的正負離子將由於電場作用分別聚集到與正負極板相對的界面上,從而形成兩個集電層,相當於兩個電容器串聯,由於活性碳材料具有≥1200m2/g的超高比表面積(即獲得了極大的電極面積A),而且電解液與多孔電極間的界面距離不到1nm(即獲得了極小的介質厚度d),根據前面的計算公式可以看出,這種雙電層電容器比傳統的物理電容的容值要大很多,比容量可以提高100倍以上, 從而使單位重量的電容量可達100F/g，並且電容的內阻還能保持在很低的水平，碳材料還具有成本低，技術成熟等優點。從而使利用電容器進行大電量的儲能成為可能，且在實際使用時，可以通過串聯或者並聯以提高輸出電壓或電流。
特點
（3）大電流放電能力超強，能量轉換效率高，過程損失小，大電流能量循環效率≥90%。
（4）功率密度高，可達300Wh/kg~5000Wh/kg，相當於普通電池的數十倍；能量比大大提高，鉛酸電池一般只能達到0.02kWh/kg，而超級電容電池目前研發已可達10 kWh/kg。
（5）產品原材料構成、生產、使用、儲存以及拆解過程均沒有污染，是理想的綠色環保電源。
（6）充放電線路簡單，無需充電電池那樣的充電電路，安全係數高，長期使用免維護。
（7）超低溫特性好，使用環境溫度範圍寬達-40℃～+70℃。
（8）檢測方便，剩餘電量可直接讀出。
（9）單體容量範圍通常0.1F--1000F 。
注意事項
1、超級電容器具有固定的極性。在使用前，應確認極性。
2、超級電容器應在標稱電壓下使用：
當電容器電壓超過標稱電壓時，將會導致電解液分解，同時電容器會發熱，容量下降，而且內阻增加，壽命縮短，在某些情況下，可導致電容器性能崩潰。
3、超級電容器不可套用於高頻率充放電的電路中，高頻率的快速充放電會導致電容器內部發熱，容量衰減，內阻增加，在某些情況下會導致電容器性能崩潰。
4、安裝超級電容器後，不可強行傾斜或扭動電容器，這樣會導致電容器引線鬆動，導致性能劣化。
5、在焊接過程中避免使電容器過熱：
若在焊接中使電容器出現過熱現象，會降低電容器的使用壽命，例如：如果使用厚度為1.6mm的印刷線路板，焊接過程應為260℃，時間不超過5s。
6、將電容器串聯使用時：
當超級電容器進行串聯使用時，存在單體間的電壓均衡問題，單純的串聯會導致某個或幾個單體電容器過壓，從而損壞這些電容器，整體性能受到影響，故在電容器進行串聯使用時，需得到廠家的技術支持。
比較
一、為何電容比電池更好的理由
1、電容的穩定，工作溫度範圍-40~80℃和實際套用上價格高於電池。在多雲或雨天仍然可充電。此創新觸點設計減少了周期性的更替和電池工業上的浪費。及時相較之下，雖然電容充電少於電池，但定容放電的穩定型設計，更能提升他的壽命。
2、重複性充電電池通過化學作用進行充放電，其性能表現隨著時間逐漸變差。理論上來說每電池壽命周期為2,000~3,000回次（約5~8年）。實際數據研究證實僅約3~5年而已。因此，持續不斷使用情況下，電池每3~5年就要更換。因電池的設計對氣候條件敏感，需在-20~45℃之下作用。因此放置於室外環境是相當不便。
二、電容（超級電容）和可重複充電電池（鎳鎘和鎳氫）
於使用與儲電設計的幾個簡單概念如下：
電容電力儲存尚屬於新興科技。為了達到最理想的功能性，結合傳統電容器的優點和可重複充電電池的特性。電容利用物理反應，只要整流器的充電動作，介於兩極之間（充電和非充電過程）。經實驗研究發現電容回應快速而且不會有隨時間而性能明顯衰退情況。事實上，電容的壽命至少有100,000周期，並且延續將近274年。
三、電容與電池比較
比較項目 | 電容 | 電池 |
工作溫度 | -40~80℃ | -20~45℃ |
壽命 | 100,000周期（約274年） | 2，000~3,000（約5~8年） |
充電和放電效率/例子 | 在3,000Lux條件下，可充電6小時，可工作16小時 | 在10,000lux條件下，充電16小時，可工作16小時 |
可充電照度條件 | 幾乎所有天氣條件都可充電 | 幾乎所有天氣都可以充電 |
能源密度 | 1~10 | 20~100 |
能量密度 | 1，000~2,000 | 20~200 |
容量/非充電作用期間 | 70~80mA/16h | 1,200~1,400mA/100h |
維護保養 | 免保養而且是半永久性 | 3~5年後需要更新替換 |
四、不同場所的照明強度
地點 | Lux |
直射陽光 | 100,000 |
多雲天氣 | 30，000~70,000 |
非常多雲天氣 | 10,000~30,000 |
下雨天氣 | 7,000~10,000 |
閱讀光線 | 200~500 |
滿月光線 | 0.2 |
市場
極具代表意義的是2006年8月28日，由奧威科技等單位參與的上海科技創新登山行動計畫超級電容公交電車示範線11路正式開通，標誌著我國乃至世界首條超級電容電動公車線路邁出了商業化運行的步伐。這10輛“零污染”超級電容公車和10個智慧型充電站，這種超級電容車看上去是一輛無軌電車，所不同的是“剪”掉了頭頂上累贅的兩根大“辮子”，在車底部安裝了一種超級電容器。車進站後趁著上下客的間隙，車頂充電設備會自動垂直升起，搭到隱藏在候車站“屋檐”下的電纜上，30秒鐘即完成充電，能平穩行駛3-8公里，最高速度則可達每小時44公里。與有軌、無軌電車相比，超級電容公車沒有地面軌道和空中觸線網，有利於“淨化”城市空間。據了解，在開啟空調的情況下，超級電容公車每公裡帶空調耗能僅為1.4度電，能耗費用僅為燃油汽車的33%，在剎車制動時能量回收率達到40%。雖然這種車的技術還不夠完美，加上駕駛員的操縱還不到位，會有這樣那樣的小問題，但其運行前景不容置疑。
電動車的典型驅動結構如圖示
另外，超級電容器在變配電站直流系統中、稅控機、稅控收款機上、搖晃式手電筒上（免換電池，只要搖晃30秒鐘，即可發光5分鐘；照射距離1公尺）、智慧型表類（如智慧型水錶和煤氣表）上、計算機UPS電源方面亦多有套用。打開淘寶網，已能找到幾家出售這種新電源的商鋪，足以說明它的市場化程度。有專家預言，有朝一日，超級電容電池技術變得成熟，造價可以被老百姓接受，則將滿街都是電動車！
研發情況
國外研發
從1990年開始，世界各國開始成立專門機構開發和生產超級電容器，目前，在該技術領域中處於領先地位的國家有俄羅斯、日本、德國和美國，這些已開發國家已把超級電容器項目作為國家重點研究和開發項目，並提出了近期和中長期發展計畫。在超級電容器的實用性方面，俄羅斯走在世界的前列。
