双电层电容结构的故障预防

双电层电容器是通过电极与电解质之间形成的界面双层来存储能量的新型元器件，当电极与电解液接触时，由于库仑力、分子间力、原子间力的作用，使固液界面出现稳定的、符号相反的双层电荷，称为界面双层。双电层电容器使用的电极材料多为多孔碳材料，有活性炭（活性炭粉末、活性炭纤维）、碳气凝胶、碳纳米管。

双电层电容器的容量大小与电极材料的孔隙率有关。通常，孔隙率越高，电极材料的比表面积越大，双电层电容也越大。但不是孔隙率越高，电容器的容量越大。保持电极材料孔径大小在2～50 nm 之间提高孔隙率才能提高材料的有效比表面积，从而提高双电层电容。法拉第准电容是在电极材料表面或体相的二维或准二维空间上，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸附/脱附或氧化/还原反应，产生与电极充电电位有关的电容。由于反应在整个体相中进行，因而这种体系可实现的最大电容值比较大，如吸附型准电容为2 000×10– 6 F/cm2。

对氧化还原型电容器而言，可实现的最大容量值则非常大，而碳材料的比容通常被认为是20×10– 6 F/cm2，因而在相同的体积或重量的情况下，赝电容器的容量是双电层电容器容量的10～100 倍。电极材料主要为一些金属氧化物和导电聚合物。金属氧化物超级电容器所用的电极材料主要是一些过渡金属氧化物，如：MnO2、V2O5、RuO2、IrO2、NiO、WO3、PbO2和Co3O4等。金属氧化物作为超级电容器电极材料研究最为成功的是RuO2，在H2SO4电解液中其比容能达到700～760 F/g。但RuO2稀有的资源及高昂的价格限制了它的应用。

在正常环境下，一般要求并联电容器外壳最热点的温度不得大于60℃，否则，须查明原因，进行处理。并联电容器的运行电压，必须严格控制在允许范围之内。即并联电容器的长期运行电压不得大于其额定电压值的10%，运行电压过高，将大大缩短电容器的使用寿命。随着运行电压的升高，并联电容器的介质损耗将增大，使电容器温度上升，加快了电容器绝缘的老化速度，造成电容器内绝缘过早老化、击穿而损坏。此外，在过高的运行电压作用之下，电容器内部的绝缘介质会发生局部老化，电压越高，老化越快，寿命越短。并联电容器长期运行电压若高于其额定电压的20%，其使用寿命将是正常情况的0.3倍左右。

在电网中有许多谐波源存在，如果在设置并联电容器的网点处谐波过大，若直接投入并联电容器，往往会使电网中的谐波更大，对并联电容器的安全造成极大的威胁。采取装设串联电抗器的方法，能够有效地抑制谐波分量及涌流的发生，对保证并联电容器的安全运行具有明显的效果。有条件的地方应事先对并联电容器安装处的谐波分量进行测试，并根据测试结果确定所需安装的串联电抗器容量。串联电抗器的设置容量，也可根据所装设的并联电容器容量直接确定。一般情况是对5次以上的谐波按并联电容器容量的6%选取，而对3次以上的谐波则应按并联电容器容量的12%选取。另外，对仅考虑抑制5次以上谐波放大问题的场所(即电抗器容量为电容器容量的6%)，还应注意防止对3次谐波的放大问题，以保证并联电容器的安全运行。