[技術(shù)前沿]電化學(xué)電容為電容濾波應(yīng)用將改變電容市場
電容依靠儲存電荷和不使直流電流順利獲得這兩大基本性質(zhì)，以各種形式被應(yīng)用在日常使用的電子產(chǎn)品的電路中，發(fā)揮著重要作用。
不同的電壓等級和不同容值下，電容器有很多種細(xì)分的類別，從小容值到大容值大致上分為陶瓷電容、薄膜電容、鋁電解電容。而在超高容值范圍里還有電化學(xué)電容，也稱其為超級電容。
電化學(xué)電容，電容特性與電池特性的綜合體
電化學(xué)電容具有比傳統(tǒng)的電介質(zhì)電容高出數(shù)十倍甚至數(shù)百倍以上的質(zhì)量比電容，這是它最明顯的特征，這一特征由電極表面的雙電層電容和氧化還原反應(yīng)導(dǎo)致的“假電容”的共同作用下引起，電化學(xué)界面的大容值電容性質(zhì)由此而來。
隨著電容在儲能上的應(yīng)用逐漸熱門，電化學(xué)電容巨大的利用價(jià)值被人們認(rèn)識到。電化學(xué)電容填補(bǔ)了電池和傳統(tǒng)電容之間的空白。電池適用于長時(shí)間低電流的供電需要，電化學(xué)電容更適合短時(shí)間的大電流放電。
對于質(zhì)量一定的電極活性材料來說，電化學(xué)電容的功率密度與最大工作電壓和ESR相關(guān)，所以電化學(xué)電容的電極、電解質(zhì)材料是關(guān)鍵，決定了它的上限。不同電化學(xué)電容在電壓承載能力、電容量和功率密度上的表現(xiàn)不盡相同。
利用電化學(xué)電容快速充放電以及給予瞬時(shí)功率輸出的是現(xiàn)在很受關(guān)注的應(yīng)用方向，在儲能、交通兩大行業(yè)有著很多有代表性的應(yīng)用。
比如作為汽車的補(bǔ)充電源，電化學(xué)電容可以依靠高功率密度優(yōu)勢作為安全冗余電源在電控制動、智能座艙等場景下應(yīng)用。這種汽車輔助電源應(yīng)用現(xiàn)在增速也很快。
功率型儲能應(yīng)用也很有代表性，現(xiàn)在混合儲能系統(tǒng)需要配置電化學(xué)電容減少電力系統(tǒng)常規(guī)機(jī)組的調(diào)頻壓力，為其給予短時(shí)、高功率的峰值脈沖。電化學(xué)電容的高功率、高可靠、環(huán)保特性優(yōu)勢在儲能應(yīng)用上被充分發(fā)揮了出來。
電化學(xué)電容的濾波應(yīng)用
除了類似電池的應(yīng)用，電化學(xué)電容本身的比容量比電解電容高出這么多，理論上非常適合做微型化、集成化的濾波電容。
但其實(shí)不然，電化學(xué)電容受限于并不快速的離子遷移，在高頻率響應(yīng)上不斷不太理想，作為濾波電容使用有著比較大的硬傷。即便電化學(xué)電容以降低比容值的方式來提高高頻響應(yīng)能力，還是很難將其用作濾波電容，這也是為什么現(xiàn)在很少有這種應(yīng)用。
近期清華大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)提出了一種電場增強(qiáng)離子遷移的新方案，方案順利獲得提升局部電場強(qiáng)度促進(jìn)內(nèi)部離子遷移速率以降低串聯(lián)內(nèi)阻，以此來彌補(bǔ)電化學(xué)電容器高頻特性的不足。
根據(jù)《Nature》上描述，這是一種超低阻的平面型電化學(xué)電容器，順利獲得飛秒激光實(shí)現(xiàn)了高密度高一致性的集成。在高頻性能與電解電容相當(dāng)?shù)耐瑫r(shí)，超低阻的平面型電化學(xué)電容器的容值仍然保持了數(shù)量級的領(lǐng)先。
根據(jù)實(shí)場驗(yàn)證的披露，這一新型電化學(xué)電容器表現(xiàn)出優(yōu)異的濾波性能和電路兼容性，甚至針對柔性電子電路也表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定濾波能力。這一進(jìn)展展現(xiàn)了電化學(xué)電容應(yīng)用在傳統(tǒng)濾波上的可能性，為未來高集成、微型化的濾波用電化學(xué)電容給予了思路。
結(jié)尾
儲能和汽車應(yīng)用的火熱大大加速了電化學(xué)電容用作新型儲能器件的開展，而在傳統(tǒng)電容的濾波應(yīng)用電化學(xué)電容不斷有所欠缺。在當(dāng)前濾波電容往提高容量、縮小體積、提升性能開展的情況下，電化學(xué)電容如果能應(yīng)用于濾波，無疑將大大改變電容市場。
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