法拉电容的原理及应用

法拉电容不同于传统的化学电源，是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原赝电容电荷储存电能。法拉电容结构上的具体细节依赖于对法拉电容的应用和使用。由于制造商或特定的应用需求，这些材料可能略有不同。所有法拉电容的共性是，他们都包含一个正极，一个负极，及这两个电极之间的隔膜，电解液填补由这两个电极和隔膜分离出来的两个的孔隙。

一、法拉电容原理

法拉电容又叫双电层电容器、黄金电容、超级电容器，是从上个世纪七八十年代发展起来的一种化学元件。超级电容器通过极化电解质来储能，但不发生化学反应，而且储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。

法拉电容金额普通电容的区别首先是容量上的差别。普通电容器容量最大在1万~4万微法，超级电容器最大容量可达数千法拉，1法拉=100万微法，所以超级电容又叫做法拉电容。

法拉电容属于双电层电容器，它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种，其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。

法拉电容是利用双电层原理的电容器。当外加电压加到法拉电容的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在法拉电容的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场。

这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大。

当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上电荷不会脱离电解液，法拉电容为正常工作状态(通常为3V以下)，如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时，电解液将分解，为非正常状态。

由于随着法拉电容放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液的界面上的电荷响应减少。由此可以看出法拉电容的充放电过程始终是物理过程，没有化学反应。因此性能是稳定的，与利用化学反应的蓄电池是不同的。

二、法拉电容应用

(1)法拉电容的低阻抗对于当今许多高功率应用是必不可少的。对于快速充放电，法拉电容器小的ESR意味着更大的功率输出。

(2)瞬时功率脉冲应用，重要存储、记忆系统的短时间功率支持。

(3)应用举例

1)快速充电应用，几秒钟充电，几分钟放电。例如电动工具、电动玩具;

2)在UPS系统中，超级电容器提供瞬时功率输出，作为发动机或其它不间断系统的备用电源的补充;

3)应用于能量充足，功率匮乏的能源，如太阳能;

4)当公共汽车从一种动力源切换到另一动力源时的功率支持;

5)小电流，长时间持续放电，例如计算机存储器后备电源。

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