Φ
c
元件中心距
长度1
长度2
脚距
纸带宽度
贴纸宽度 宽度 孔位 高度 贴纸位置 高度
★ 元件高度 宽度
★ 带孔直径
厚度 ★ 主体尺寸切割高度
总厚度
编带横向偏移尺寸编带纵向偏移尺寸引脚尺寸
法拉电容放电简单计算方法 法拉電容放電簡單計算方法 超級電容的特點 體積小，容量大，能量密度遠大於電解電容。 可以作為後備電源使用。ESR小，功率特性好，功率密度遠大於電池。 可作為主電源的功率補償，保證短時間、大電流的需要。充放電次數10萬次以上。 過充和過放都不會對其電性能產生影響。 使用簡單，不需要特別的充放電控制電路。 綠色環保，無污染，免維護。 工作溫度範圍大，最低工作溫度，零下40攝氏度。
法拉電容放電簡單計算方法 T = (C XA U)l T:放電時間，單位s C :電容容量，單位F AU:電壓降，是最高工作電壓與最低工作電壓的差，單位V I : 放電電流，單位A ?超級電容器充放電時間計算方法 一般應用在太陽能指示燈上時丄ED都採用閃爍發 光，例如採用一顆LED且控制每秒閃爍放電持續時間為0.05秒, 對超級電容器充電電流100mA,LED放電電流為15mA. 下面以2.5V50F在太陽能交通指示燈上的應用為例，超級電容器充電時間計算如下： c>dv=i x C:電容器額定容量； V:電容器工作電壓； I :電容器充電； t:電容器充電時間 故2.5V50F超級電容器充電時間為： t =(C Xv)/I
=(50 >2.5)/0.1 =1250s 超級電容器放電時間為： CXiv-I >C>R=I X C:電容器額定容量； V:電容器工作電壓； I :電容器放電電流； t:電容器放電時間； R:電容器內阻 則2.5V50F超級電容器從2.5V放到0.9V放電時間為： t =C >(dv/l-R) =50H (2.5-0.9 ) /0.015-0.02] =5332s 應用在LED上工作時間為5332/0.05=106640s=29.62小時 舉例如下： 如單片機應用系統中，應用超級電容作為後備電源，在掉電後需要用超級電容維持100mA 的電流，持續時間為10s,單片機系統截止工作電壓為 4.2V，那麼需要多大容量的超級電容能夠 保證系統正常工作？ 由以上公式可知： 工作起始電壓Vwork = 5V
超级电容器的两个比电容计算公式？ 作者: Azrael-218(站内联系TA)发布: 2011-07-23 C=4it/amu(i:放电电流；t:放电时间；a:实际有用的电极材料百分含量；m:电极材料总质量；u:扣除电压降的那部分电压。 另外一个公式：C=it/amu. 这两个公式区别就是少乘一个4。这是什么情况啊？请各位虫友帮忙。。。谢谢了！ 举报删除此信息 liucheng200883(站内联系TA) 对于组装的完整超级电容器，C=4it/amu为计算单电极的比容量，C=it/amu计算整个电容器的比容量，并且后者一般是前者的4倍。对于对称的双电层电容，单电极和完整电容的电量是相同的，但是完整电容的电压是单电极的两倍，质量也是两倍 所以比容量只有1/4 个人愚见！！！仅供参考！ shang_qing(站内联系TA) 帖子真精彩! 已经收录到淘贴专辑《超级电容器》 杨仁立(站内联系TA) 626857楼 : Originally posted by liucheng200883 at 2011-07-23 22:34:33 对于组装的完整超级电容器，C=4it/amu为计算单电极的比容量，C=it/amu计算整个电容器的比容量，并且后者一般是前者的4倍。对于对称的双电层电容，单电极和完整电容的电量是相同的，但是完整电容的电压是单电极的两倍 ... 我还是没弄懂这个是怎么回事？？是前边是后边的四倍还是后边是前边的四倍呢？？请不吝赐教！！:P li_qqiong(站内联系TA) 楼主，这两个公式针对的电极体系是不一样的，有4倍的关系，有4的那个是利用3电极体系测出来数据计算的，另外一个是2电极体系的，也即是：Cspec-3E=4*Cspec-2E,请参考：Studies of activated carbons used in double-layer capacitors. wuanri(站内联系TA) 2楼 : Originally posted by liucheng200883 at 2011-07-23 22:34:33 对于组装的完整超级电容器，C=4it/amu为计算单电极的比容量，C=it/amu计算整个电容器的比容量，并且后者一般是前者的4倍。对于对称的双电层电容，单电极和完整电容的电量是相同的，但是完整电容的电压是单电极的两倍 ... 为什么全电容的电压是半电容电压的两倍？我觉得不对吧。 原因应该是全电容与单电极是半数关系，C总=C单*1/2； 但以全部质量计算出比电容量则是Cs总=C总/2m=C单/4m=Cs单*1/4； 所以全电容比电容是三电极测试的半电容的四分之一，但只是理论，实际上是有相差的。通过CV图与放电曲线计算的比容差别很大，什么原因？ 循环伏安变化的是电压，而响应的电流是随时间变化的;而充放电通常在恒电流下进行的，电压随之变化。因此，材料得失电子的速率不同，这是电极动力学的问题。 举个例子，你根据放电时间算的话，假设你沉积的活性物质重量是1mg，你的充放电电流大小为1mA，那么你的放电电流密度就是1A g-1，算成面积（假设沉积面积是2cm2）就是0.5mA cm-2，但如果你用积分做的话，换算成电流密度，很可能不是1A g-1或0.5mA cm-2，所以二者根本不具有可比性。一般是按照充放电曲线来算的，最好不要用积分曲线来算。循环伏安cyclic voltammetry (CV) 1 / 3
超级电容器从储能机理上面分的话，超级电容器分为双电层电容器和赝电容器。是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。超级电容器用途广泛。 超级电容器（supercapacitor,ultracapacitor）， 原理 又叫双电层电容器(Electrical Double-Layer Capacitor)、电化学电容器(Electrochemcial Capacitor, EC), 黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，实际上形成两个容性存储层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近。 超级电容器是建立在德国物理学家亥姆霍兹提出的界面双电层理论基础上的一种全新的电容器。众所周知，插入电解质溶液中的金属电极表面与液面两侧会出现符号相反的过剩电荷，从而使相间产生电位差。那么，如果在电解液中同时插入两个电极，并在其间施加一个小于电解质溶液分解电压的电压，这时电解液中的正、负离子在电场的作用下会迅速向两极运动，并分别在两上电极的表面形成紧密的电荷层，即双电层。 它所形成的双电层和传统电容器中的电介质在电场作用下产生的极化电荷相似，从而产生电容效应，紧密的双电层近似于平板电容器，但是，由于紧密的电荷层间距比普通电容器电荷层间的距离要小得多，因而具有比普通电容器更大的容量。 双电层电容器与铝电解电容器相比内阻较大，因此，可在无负载电阻情况下直接充电，如果出现过电压充电的情况，双电层电容器将会开路而不致损坏器件，这一特点与铝电解电容器的过电压击穿不同。同时，双电层电容器与可充电电池相比，可进行不限流充电，且充电次数可达10^6次以上，因此双电层电容不但具有电容的特性，同时也具有电池特性，是一种介于电池和电容之间的新型特殊元器件。
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电压(V) = 电流(I) x 电阻(R) 电荷量(Q) = 电流(I) x 时间(T) 功率(P) = V x I = 能量(W) = P x T = Q x V 容量F= 库伦（C） / 电压（V） 将容量、电压转为等效电量 电量 =电压（V) x 电荷量（C） 实例估算： 电压5.5V 1F（1法拉电容）的电量为5.5C（库伦）， 电压下限是3.8V，电容放电的有效电压差为5.5-3.8=1.7V，所以有效电量为1.7C。 1.7C=1.7A*S（安秒）=1700mAS（毫安时）=0.472mAh（安时） 若电流消耗以10mA计算，1700mAS/10mA=170S=2.83min（维持时间分钟）。 转 电荷量 通常,正电荷的电荷量用正数表示.负电荷的电荷量用负数表示. 任何带电体所带电量总是等于某一个最小电量的整数倍 这个最小电量叫做基元电荷 它等于一个电子所带电量的多少，也等于一个质子所带电量的多少 而库仑是电量的单位 1库仑=1安培·秒 库仑是电量的单位，符号为C。它是为纪念物理学家库仑而命名的。若导线中载有1安培的稳恒电流，则在1秒内通过导线横截面积的电量为1库仑。
库仑不是国际标准单位，而是国际标准导出单位。一个电子所带负电荷量e＝1.6021892×10^19库仑（元电荷）， 也就是说1库仑相当于6.24146×10^18个电子所带的电荷总量。 电荷量的公式： C=It（其中I是电流，单位A ；t是时间，单位s） 电量 电量表示物体所带电荷的多少。 单位时间内通过截面的电荷量 一般来说，电荷的数量叫电量，用符号Q表示，单位是库(仑)(符号是C)．库仑是一个很大的单位． 一个电子的电量e=-1.60*10^-19库。实验指出，任何带电粒子所带电量，或者等于电子或质子的电量， 或者是它们的电量的整数倍，所以把1.60*10^-19库叫做基元电荷。 做功时的电量： 电量是指用电设备所需用电能的数量，电量的单位是千瓦·时(kW·h)。电量也分为有功电量和无功电量。无功电量的单位是千瓦·时(kvr·h)。电流强度的计算公式：I=Q/t 得，Q=I*t . 电流强度的微观表达式：I=nqsv得，q=I/nsv,其中I是电流强度，n是单位体积内的电荷数，s是导体的横截面积，v是电荷运动的
用法拉电容从容实现单片机掉电数据保存 2009-05-25 21:49 今天,因为MCU内部一般都带FLASH ROM和伴随着法拉级电容的出现,事实上已经宣布背掉电电池或者用达拉斯DS存储器实现掉电数据保存的传统的思维和电路已经成为历史! 以下的电路,是一个可靠的简单的掉电检测、法拉电容能量储存等完整硬件电路和相应的软件细节,是笔者在产品上一个成熟的可靠的自诩经典电路和心血,在这里完全公开地提供给二姨爱社(21IC)下的全体表兄表弟表姐表妹们以供大家一起来批判赏析借鉴和改进. 首先提请老表们别一看电路繁琐就不想继续看下去，事实是：大电容储存实现掉电保护并非人们想象的那么容易做. 我们往往突然萌发一个跳跃灵感闪烁一丝思想火花,但最终都没幻化为现实结果而最终不了了之,在我们遗憾叹息之于我们是否思考过常常并不是我们思维"太过创新"需求和愿望大大超越了现实(我们能超越我国的现实的器件工业和材料工业水平吗)最后我们总不得不以理论不完全等同于实践来为自己无奈和熄灭的灵感作排解!其真正原因我们作过真正思考吗?! 事实上一个理论成立,现实上完全具备可实现性的一个电路单元,到最后我们并未达到预想效果,甚至以失败了告终,原因何在??----细节..细节..还是细节...永远的细节!!!!细节为 王!！！！！ 所以敬请大家耐心地静静地留意这里的每个电路技巧和对细节,事实上你会发现这里每个细节都充满着技巧智慧体贴人性和柔情.每处都让我们感悟了一种做事就是做人和精益求精的思想和行动境界，即使你是表弟表兄级男性电子工程师对你的设计和实现都应具备女性的细腻周到和柔情. 电路见下:这里首先用6V供电(如7806),为什么用6V不用5V是显而易见的.这里的二极管们一般都起两个作用,一是利用单向导电性保证向储能电容0.47F/5.5V单向冲电;二是起钳位作用,钳去0.6V,保证使大多数51系列的单片机都能在4.5V--5.5V之间的标称工作电压下工作.而4.5-5.5间这1V电压在0.47F电容的电荷流失时间就是我们将来在掉电报警后我们可以规划的预警回旋时间. 两只47欧电阻也有两个作用: 1:和47UF和0.01UF电容一起用于加强电源滤波. 2.对单片机供电限流 一般电子工程师都喜欢把单片机电源直接接7805上,这是个非常不好的习惯,为什么?7805可提供高达2A的供电电流,异常时足够把单片机芯片内部烧毁.有这个电阻47欧姆电阻挡即使把芯片插反或者电源极性颠倒也不会烧单片机和三端稳压器,但这限流电阻也不能太大,上限不要超过220欧为益,否则对单片机内部编程时,计算机会告警提示"编程失败"(其实是电源不足).
法拉电容计算 WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-
电压(V) = 电流(I) x 电阻(R) 电荷量(Q) = 电流(I) x 时间(T) 功率(P) = V x I = 能量(W) = P x T = Q x V 容量F= 库伦（C） / 电压（V） 将容量、电压转为等效电量 电量 =电压（V) x 电荷量（C） 实例估算： 电压 1F（1法拉电容）的电量为（库伦）， 电压下限是，电容放电的有效电压差为，所以有效电量为。 =*S（安秒）=1700mAS（毫安时）=（安时） 若电流消耗以10mA计算，1700mAS/10mA=170S=（维持时间分钟）。 转 电荷量 通常,正电荷的电荷量用正数表示.负电荷的电荷量用负数表示. 任何带电体所带电量总是等于某一个最小电量的整数倍 这个最小电量叫做基元电荷 它等于一个电子所带电量的多少，也等于一个质子所带电量的多少 而库仑是电量的单位
1库仑=1安培·秒 库仑是电量的单位，符号为C。它是为纪念物理学家库仑而命名的。若导线中载有1安培的稳恒电流，则在1秒内通过导线横截面积的电量为1库仑。 库仑不是国际标准单位，而是国际标准导出单位。一个电子所带负电荷量e＝×10^19库仑（元电荷）， 也就是说1库仑相当于×10^18个电子所带的电荷总量。 电荷量的公式： C=It（其中I是电流，单位A ；t是时间，单位s） 电量 电量表示物体所带电荷的多少。 单位时间内通过截面的电荷量 一般来说，电荷的数量叫电量，用符号Q表示，单位是库(仑)(符号是C)．库仑是一个很大的单位． 一个电子的电量e=*10^-19库。实验指出，任何带电粒子所带电量，或者等于电子或质子的电量， 或者是它们的电量的整数倍，所以把*10^-19库叫做基元电荷。 做功时的电量： 电量是指用电设备所需用电能的数量，电量的单位是千瓦·时(kW·h)。电量也分为有功电量和无功电量。无功电量的单位是千瓦·时(kvr·h)。 电流强度的计算公式：I=Q/t得，Q=I*t . 电流强度的微观表达式：
超级电容基本参数概念 寿命Lifetime 超级电容器具有比二次电池更长的使用寿命，但它的使用寿命并不是无限的，超级电容器基本失效的形式是电容内阻的增加( ESR)与(或) 电容容量的降低.，电容实际的失效形式往往与用户的应用有关，长期过温(温度)过压(电压)，或者频繁大电流放电都会导致电容内阻的增加或者容量的减小。在规定的参数范围内使用超级电容器可以有效的延长超级电容器的寿命。通常，超级电容器具有于普通电解电容类似的结构，都是在一个铝壳内密封了液体电解液，若干年以后，电解液会逐渐干涸，这一点与普通电解电容一样，这会导致电容内阻的增加，并使电容彻底失效。 电压Voltage 超级电容器具有一个推荐的工作电压或者最佳工作电压，这个值是根据电容在最高设定温度下最长工作时间来确定的。如果应用电压高于推荐电压，将缩短电容的寿命，如果过压比较长的时间，电容内部的电解液将会分解形成气体，当气体的压力逐渐增强时，电容的安全孔将会破裂或者冲破。短时间的过压对电容而言是可以容忍的。 极性Polarity 超级电容器采用对称电极设计，也就说，他们具有类似的结构。当电容首次装配时，每一个电极都可以被当成正极或者负极，一旦电容被第一次100%从满电时，电容就会变成有极性了，每一个超级电容器的外壳上都有一个负极的标志或者标识。虽然它们可以被短路以使电压降低到零伏，但电极依然保留很少一部分的电荷，此时变换极性是不推荐的。电容按照一个方向被充电的时间越长，它们的极性就变得越强，如果一个电容长时间按照一个方向充电后变换极性，那么电容的寿命将会被缩短。 温度Ambient Temperature 超级电容器的正常操作温度是-40 ℃～70℃，温度与电压的结合是影响超级电容器寿命的重要因素。通常情况下，超级电容器是温度每升高10℃，电容的寿命就将降低30%～50%，也就说，在可能的情况下，尽可以的降低超级电容器的使用温度，以降低电容的衰减与内阻的升高，如果不可能降低使用温度，那么可以降低电压以抵清高温对电容的负面影响。比如，如果电容的工作电压降低为1.8V，那么电容可以工作于65℃高温下。如果在低于室
如何选择法拉电容的容量 在超级电容的应用中，很多用户都遇到相同的问题，就是怎样计算一定容量的超级电容在以一定电流放电时的放电时间，或者根据放电电流及放电时间，怎么选择超级电容的容量，下面我们给出简单的计算公司，用户根据这个公式，就可以简单地进行电容容量、放电电流、放电时间的推算，十分地方便。 C(F)：超电容的标称容量； R(Ohms)：超电容的标称内阻； ESR(Ohms)：1KZ下等效串联电阻； Vwork(V)：正常工作电压 Vmin(V)：截止工作电压； t(s)：在电路中要求持续工作时间； Vdrop(V)：在放电或大电流脉冲结束时，总的电压降； I(A)：负载电流； 超电容容量的近似计算公式， 保持所需能量=超级电容减少的能量。 保持期间所需能量=1/2I(Vwork+ Vmin)t； 超电容减少能量=1/2C(Vwork2 -Vmin2)，因而，可得其容量(忽略由IR引起的压降)
C=(Vwork+ Vmin)It/( Vwork2 -Vmin2) 举例如下： 如单片机应用系统中，应用超级电容作为后备电源，在掉电后需要用超级电容维持100mA的电流，持续时间为10s,单片机系统截止工作电压为4.2V，那么需要多大容量的超级电容能够保证系统正常工作？ 由以上公式可知： 工作起始电压 Vwork＝5V 工作截止电压 Vmin＝4.2V 工作时间 t=10s 工作电源 I＝0.1A 那么所需的电容容量为： C=(Vwork+ Vmin)It/( Vwork2 -Vmin2) =(5+4.2)*0.1*10/(52 -4.22) =1.25F 根据计算结果，可以选择5.5V 1.5F电容就可以满足需要了。
法拉电容表的设计与制作 一、设计目的 1. 培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和生 产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。 2.学习较复杂的电子系统设计的一般方法，了解和掌握模拟、数字电路等知 识解决电子信息方面常见实际问题，由学生自行设计、自行制作和自行调试。 3.进行基本技术技能训练，如基本仪器仪表的使用，常用元器件的识别、测 量、熟练运用的能力，掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用仿真软件、实验设备进行调试和数据处理等。 4.培养学生的创新能力 二、设计要求 技术指标及要求： （1）、电源电压：±5V； （2）、档位：100F、10F、1F、0.1F（其中1F档位基本要求，其余为扩展要求）； （3）、主要单元电路和元器件参数计算、选择； （4）、画出总体电路图； （5）、安装自己设计的电路，按照自己设计的电路，在通用板上焊接。焊接完毕后，应对照电路图仔细检查，看是否有错接、漏焊、虚焊的现象； （6）、调试电路； （7）、电路性能指标测试； （8）、提交格式上符合要求，内容完整的设计报告。 三、总体设计 1、电路框图：
2、电路设计： 电流源→被测电容→比较器→计时器→转换→数码显示 3、设计原理： 通过电压比较器ua741给定时器555信号，让555产生250hz的脉冲，传输给74ls90,再通过4511连接到数码管，将法拉电容的读数显示。 法拉电容 法拉电也叫超级电容。 法拉电容的容量比通常的电容器大得多。由于其容量很大，对外表现和电池相同，因此也有称作“电容电池”。 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。 超级电容的特点： （1）充电速度快，充电10秒～10分钟可达到其额定容量的95％以上； （2）循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达1~50万次，没有“记忆效应”； （3）大电流放电能力超强，能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率≥90%； （4）功率密度高，可达300W/KG~5000W/KG，相当于电池的5~10倍； （5）产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染，是理想的绿色环保电源； （6）充放电线路简单，无需充电电池那样的充电电路，安全系数高，长期使用免维护； （7）超低温特性好，温度范围宽-40℃～+70℃；
超级电容选取计算 在超级电容的应用中，很多用户都遇到相同的问题，就是怎样计算一定容量的超级电容在以一定电流放电时的放电时间，或者根据放电电流及放电时间，怎么选择超级电容的容量，下面我们给出简单的计算公司，用户根据这个公式，就可以简单地进行电容容量、放电电流、放电时间的推算，十分地方便。 C(F)：超电容的标称容量； R(Ohms)：超电容的标称内阻； ESR(Ohms)：1KZ下等效串联电阻； Vwork(V)：正常工作电压 Vmin(V)：截止工作电压； t(s)：在电路中要求持续工作时间； Vdrop(V)：在放电或大电流脉冲结束时，总的电压降； I(A)：负载电流； 超电容容量的近似计算公式， 保持所需能量=超级电容减少的能量。 保持期间所需能量=1/2I(Vwork+ Vmin)t； 超电容减少能量=1/2C(Vwork2 -Vmin2)， 因而，可得其容量(忽略由IR引起的压降) C=(Vwork+ Vmin)It/( Vwork2 -Vmin2) 举例如下： 如单片机应用系统中，应用超级电容作为后备电源，在掉电后需要用超级电容维持100mA的电流，持续时间为10s,单片机系统截止工作电压为4.2V，那么需要多大容量的超级电容能够保证系统正常工作？ 由以上公式可知： 工作起始电压Vwork＝5V 工作截止电压Vmin＝4.2V 工作时间t=10s 工作电源I＝0.1A 那么所需的电容容量为：
C=(Vwork+ Vmin)It/( Vwork2 -Vmin2) =(5+4.2)*0.1*10/(5*5 -4.2*4.2) =1.25F 根据计算结果，可以选择5.5V 1.5F电容就可以满足需要了。 实例： 假设磁带驱动的工作电压5V，安全工作电压3V。如果直流马达要求0.5A 保持2秒（可以安全工作），问需要选用多大容量的超级电容？ 解： C=(Uwork+ Umin)It/(Uwork*Uwork -Umin*Umin) ＝（5+3）*0.5*2／（5*5-3*3） ＝0.5F 因为5V的电压超过了单体电容器的标称工作电压。因而，可以将两电容器串联。如两相同的电容器串联的话，那每只的电压即是其标称电压2.5V。 如果我们选择标称容量是1F的电容器，两串为0.5F。考虑到电容器－20％的容量偏差，这种选择不能提供足够的裕量。可以选择标称容量是 1.5F 的电容器，能提供1.5F/2=0.75F。考虑－20％的容量偏差，最小值1.2F/2＝0.6F。这种超级电容器提供了充足的安全裕量。大电流脉冲后，磁带驱动转入小电流工作模式，用超电容剩余的能量
法拉电容容量及放电时间计算方法 在超级电容的应用中，很多用户都遇到相同的问题，就是怎样计算一定容量的超级电容在以一定电流放电时的放电时间，或者根据放电电流及放电时间，怎么选择超级电容的容量，下面我们给出简单的计算公司，用户根据这个公式，就可以简单地进行电容容量、放电电流、放电时间的推算，十分地方便。 C(F)：超电容的标称容量； R(Ohms)：超电容的标称内阻； ESR(Ohms)：1KZ下等效串联电阻； Vwork(V)：正常工作电压 Vmin(V)：截止工作电压； t(s)：在电路中要求持续工作时间； Vdrop(V)：在放电或大电流脉冲结束时，总的电压降； I(A)：负载电流； 超电容容量的近似计算公式， 保持所需能量=超级电容减少的能量。 保持期间所需能量=1/2I(Vwork+ Vmin)t； 超电容减少能量=1/2C(Vwork2 -Vmin2)， 因而，可得其容量(忽略由IR引起的压降) C=(Vwork+ Vmin)It/( Vwork2 -Vmin2)
举例如下： 如单片机应用系统中，应用超级电容作为后备电源，在掉电后需要用超级电容维持100mA的电流，持续时间为10s,单片机系统截止工作电压为4.2V，那么需要多大容量的超级电容能够保证系统正常工作？ 由以上公式可知： 工作起始电压 Vwork＝5V 工作截止电压 Vmin＝4.2V 工作时间 t=10s 工作电源 I＝0.1A 那么所需的电容容量为： C=(Vwork+ Vmin)It/( Vwork2 -Vmin2) =(5+4.2)*0.1*10/(52 -4.22) =1.25F 根据计算结果，可以选择5.5V 1.5F电容就可以满足需要了。
超级电容器电极材料性能测试的三种常用电化学方法，欢迎大家一起交流 ★★★★★★★★★★ 关于超级电容器电极材料性能测试常用的三种电化学手段，大家一起交流交流自己的经验。我先说说自己的蠢蠢的不成熟的经验。不正确或者不妥的地方欢迎大家指正批评，共同交流。希望大家都把自己的小经验，测试过程中遇到的问题后面如何解决的写出来，共同学习才能共同进步。也希望大家可以真正的做到利用电化学板块解决自己遇到的电化学问题。 循环伏安cyclic voltammetry (CV) 由CV曲线，可以直观的知道大致一下三个方面的信息 ? Voltage window（水系电解液的电位窗口大致在1V左右，有机电解液的电位窗口会在2.5V 左右）关于很多虫虫问，电位窗口应该从具体的哪个电位到哪个电位，这个应该和你的参比电极和测试体系有关。工作站所测试的电位都应该是相对于参比电极的，所以不要纠结于为什么别人的是0-1V，而你测试的是-0.5-0.5V，这个与参比电极的本身电位（相对于氢标的电位）以及测试的体系本身有很大关系。 ?Specific capacitance （比电容，这个是超级电容器重要的参数之一，可以利用三种测试手段来计算，我一般都是利用恒电流充放电曲线来计算） ?Cycle life （超级电容器电极材料好坏的另一个比较重要的参数，因为一个很棒的电极材料应该是要做到既要有比较高的比电容又要有比较好的循环稳定性） 测试的时候比较重要的测试参数：扫描速度和电位扫描范围。电位的扫描范围，一般会在一个比较宽的范围扫描一次然后选择电容性能还比较好的区间再进行线性扫描，扫描速度会影响比电容，相同的电极材料相同测试体系扫速越大计算出的比电容会越小。 恒电流充放电 galvanostatic charge–discharge (GCD) 由GCD测试曲线，一般可以得到以下几方面的信息： ?the change of specific capacitance（比电容的变化可以从有限多次的恒电流充放电中体现，直观的就是每次充放电曲线的放电时间的变化） ?degree of reversibility(由充放电曲线的对称也可以中看出电极材料充放电的可逆性) ?Cycle life（循环寿命，换句话也就是随着充放电次数的增多，电极材料比电容的保持率）恒电流充放电测试过程中比较重要的测试参数有电流密度，还有充放电反转的电位值。电流密度可以设置为电流/电极面积，也可以设置为电流/活性物质质量。我在测试的过程中一般依据活性物质的质量设置为XXmA/mg。充放电反转的电位值可以依据循环伏安的电位窗口，可以设置为该区间或者小于该区间。 交流阻抗 electrochemical impedance spectroscopy (EIS) 由交流阻抗曲线可以看出体系随着频率改变的变化趋势，得出测试体系某个状态下的包括溶液电阻、扩散阻抗的情况，可以通过测试交流阻抗对测试的未知体系进行电化学元件模拟。
当线圈通过电流后，在线圈中形成磁场感应，感应磁场又会产生感应电流来抵制通过线圈中的电流。我们把这种电流与线圈的相互作用关系称其为电的感抗，也就是电感。电容(或电容量，Capacitance)指的是在给定电位差下的电荷储藏量。 加载其电感量按下式计算:线圈公式 阻抗(ohm) = 2 * 3.14159 * F(工作频率) * 电感量(mH)，设定需用360ohm 阻抗，因此： 电感量(mH) = 阻抗(ohm) ÷ (2*3.14159) ÷ F (工作频率) = 360 ÷ (2*3.14159) ÷ 7.06 = 8.116mH 据此可以算出绕线圈数： 圈数= [电感量* { ( 18*圈直径(吋)) + ( 40 * 圈长(吋))}] ÷圈直径(吋) 圈数= [8.116 * {(18*2.047) + (40*3.74)}] ÷ 2.047 = 19 圈 电容功率计算公式: P=1/2 * C * V2 * F 电感功率计算公式: P=1/2 * L * I2 * F 电容上携带的能量(焦耳)，是二分之一乘以电容量(法拉)再乘以电容电压(伏特)的平方。 硅芯片功率的计算存在一个公式：功率=C(寄生电容)*F(频率)*V2(工作电压的平方)。对于同一种核心而言，C(寄生电容)是一个常数，所以硅芯片功率跟频率成正比，跟工作电压的平方也成正比 1法拉5V的电容携带的能量为12.5焦耳。1焦耳=1瓦每秒 全新1.2伏1.8A时的镍氢充电电池充满后携带的能量为1.2*1.8*3600=7776焦耳。在现在的商业环境条件下，镍氢充电电池和法拉电容的体积能量比为250：1，价格比为1：2。另外电容放电需要特殊的恒压输出调整电路。
法拉電容放電簡單計算方法 超級電容的特點 體積小，容量大，能量密度遠大於電解電容。 可以作為後備電源使用。ESR小，功率特性好，功率密度遠大於電池。可作為主電源的功率補償，保證短時間、大電流的需要。充放電次數10萬次以上。 過充和過放都不會對其電性能產生影響。 使用簡單，不需要特別的充放電控制電路。 綠色環保，無污染，免維護。 工作溫度範圍大，最低工作溫度，零下40攝氏度。 法拉電容放電簡單計算方法 T = (C×ΔU) / I T：放電時間，單位s C：電容容量，單位F ΔU：電壓降，是最高工作電壓與最低工作電壓的差，單位V I ：放電電流，單位A ◆超級電容器充放電時間計算方法
一般應用在太陽能指示燈上時,LED都採用閃爍發 光,例如採用一顆LED且控制每秒閃爍放電持續時間為0.05秒,對超級電容器充電電流100mA,LED放電電流為15mA. 下面以2.5V50F在太陽能交通指示燈上的應用為例,超級電容器充電時間計算如下： C×dv=I×t C: 電容器額定容量； V：電容器工作電壓； I：電容器充電； t: 電容器充電時間 故2.5V50F超級電容器充電時間為： t =(C×dv)/I =(50×2.5)/0.1 =1250s 超級電容器放電時間為： C×dv-I×C×R=I×t C: 電容器額定容量； V：電容器工作電壓； I：電容器放電電流；
t: 電容器放電時間； R：電容器內阻 則2.5V50F超級電容器從2.5V放到0.9V放電時間為： t =C×(dv/I-R) =50×[（2.5-0.9）/0.015-0.02] =5332s 應用在LED上工作時間為5332/0.05=106640s=29.62小時 舉例如下︰ 如單片機應用系統中，應用超級電容作為後備電源，在掉電後需要用超級電容維持100mA的電流，持續時間為10s,單片機系統截止工作電壓為4.2V，那麼需要多大容量的超級電容能夠保證系統正常工作？ 由以上公式可知︰ 工作起始電壓Vwork＝5V 工作截止電壓Vmin＝4.2V 工作時間t=10s 工作電源I＝0.1A 那麼所需的電容容量為︰ C=(Vwork+ Vmin)It/( Vwork2 -Vmin2) =(5+4.2)*0.1*10/(5^2 -4.2^2) =1.25F
五、结果与分析 1、实验过程总结与知识点查阅 ○1超级电容器的结构：[1] 超级电容器主要由三部分组成：电极、电解液和隔膜，其中电极由集流体和电极材料组成。本实验中，集流体为泡沫镍，集流体起到降低电极内阻的作用，活性物质为三维石墨烯-Co3O4复合材料。 ○2超级电容器的分类及原理 分为双电层电容器和赝电容器 双电层电容器：充电时，电解液中的带电粒子被吸附在电极表面，形成双电层结构，从而将能量储存起来。在双电层电容器工作的过程中，电解液中的粒子只发生电迁移、扩散、传质，完全是物理过程，不会和电极发生氧化还原反应。在充电时，接正极的电极集流体和活性物质带正电，活性物质吸附电解液中的负离子从而形成双电层结构。同样的，接负极的活性物质带负电，吸引电解液中的阳离子形成双电层结构。整个超级电容器相当于两个电容器串联。循环性能好，比电容较低。 赝电容器：由于电解液中粒子与电极材料发生高度可逆的氧化还原反应，形成不稳定的产物，将能量储存起来。在充电时，活性物质与电解液中的粒子在电极表面或者电极表面及内部发生高度可逆的化学吸附；在放电时则进行解吸附的过程。循环性能差，比电容高。 ○3超级电容器的电极材料[2]： （1）炭材料：活性炭、碳纳米管、石墨烯等。主要用于双电层电容器，比容量较低，而且能量密度与功率密度也较低。 ( 2 )过渡金属氧化物和导电聚合物，主要用于赝电容器，比容量与能量密度较高，导电性能和循环稳定性相对活性炭较差。 （3）改进材料：制备碳材料与金属氧化物或导电聚合物的复合材料，同时拥有比电容高和循环性能好的优点，如本实验中的三维石墨烯-Co3O4复合材料。 ○4循环伏安法测试及其原理 循环伏安法是指在工作电极和参比电极之间施加三角波扫描电压，记录工作电极上响应电流与施加电位之间的关系曲线，即循环伏安图。从伏安图的波形、氧化还原电流的数值及
超级电容器的组装及性能测试指导书 实验名称：超级电容器的组装及性能测试 课程名称：电化学原理与方法 一、实验目的 1．掌握超级电容器的基本原理及特点； 2．掌握电极片的制备及电容器的组装； 3．掌握电容器的测试方法及充放电过程特点。 二、实验原理 1．电容器的分类 电容器是一种电荷存储器件，按其储存电荷的原理可分为三种：传统静电电容器，双电层电容器和法拉第准电容器。 传统静电电容器主要是通过电介质的极化来储存电荷，它的载流子为电子。 双电层电容器和法拉第准电容储存电荷主要是通过电解质离子在电极/溶液界面的聚集或发生氧化还原反应，它们具有比传统静电电容器大得多的比电容量，载流子为电子和离子，因此它们两者都被称为超级电容器，也称为电化学电容器。 2．双电层电容器 双电层理论由19世纪末Helmhotz等提出。Helmhotz模型认为金属表面上的净电荷将从溶液中吸收部分不规则的分配离子，使它们在电极/溶液界面的溶液一侧，离电极一定距离排成一排，形成一个电荷数量与电极表面剩余电荷数量相等而符号相反的界面层。于是，在电极上和溶液中就形成了两个电荷层，即双电层。 双电层电容器的基本构成如图1，它是由一对可极化电极和电解液组成。 双电层由一对理想极化电极组成，即在所施加的电位范围内并不产生法拉第反应，所有聚集的电荷均用来在电极的溶液界面建立双电层。 这里极化过程包括两种: （1）电荷传递极化（2）欧姆电阻极化。 当在两个电极上施加电场后，溶液中的阴、阳离子分别向正、负电极迁移，在电极表面形成双电层；撤消电场后，电极上的正负电荷与溶液中的相反电荷离子相吸引而使双电层稳定，在正负极间产生相对稳定的电位差。当将两极与外电路连通时，电极上的电荷迁移而在外电路中产生电流，溶液中的离子迁移到溶液中成电中性，这便是双电层电容的充放电原理。
二、超级电容的主要特点、优缺点 尽管超级电容器能量密度是蓄电池的5%或是更少，但是这种能量的储存方式可以应用在传统蓄电池不足之处与短时高峰值电流之中。相比电池来说,这种超级电容器有以下几点优势： 1.电容量大，超级电容器采用活性炭粉与活性炭纤维作为可极化电极，与电解液接触的面积大大增加,根据电容量的计算公式,两极板的 表面积越大,则电容量越大。因此，一般双电层电容器容量很容易超过1F,它的出现使普通电容器的容量范围骤然跃升了3～4个数量级，目前单体超级电容器的最大电容量可达5000F。 2.充放电寿命很长，可达500000次,或90000小时，而蓄电池的充放电寿命很难超过1000次;可以提供很高的放电电流，如2700F的超级电容器额定放电电流不低于950A,放电峰值电流可达1680A，一般蓄电池通常不能有如此高的放电电流，一些高放电电流的蓄电池在如 此高的放电电流下的使用寿命将大大缩短。 3.可以数十秒到数分钟内快速充电，而蓄电池在如此短的时间内充满电将是极危险的或是几乎不可能。 4.可以在很宽的温度范围内正常工作（-40℃～+70℃），而蓄电池很难在高温特别是低温环境下工作;超级电容器用的材料是安全和无毒的,而铅酸蓄电池、镍镉蓄电池均具有毒性;而且,超级电容器可以任意并联使用来增加电容量,如采取均压措施后,还可以串联使用。 因此，可以用简短的词语总结出超级电容的优点： ● 在很小的体积下达到法拉级的电容量； ● 无须特别的充电电路和控制放电电路 ● 和电池相比过充、过放都不对其寿命构成负面影响； ● 从环保的角度考虑，它是一种绿色能源； ● 超级电容器可焊接，因而不存在象电池接触不牢固等问题。 缺点：
超级电容器（法拉电容、黄金电容）是利用电子导体活性炭与离子导体有机或无机电解液之间形成感应双电荷层原理制成的电容器，它具有体积小、容量大、电压记忆特性好、可靠性高等特点，因为它容量大，所以可以储存较多电荷，故可在电子产品、工控设备、汽车工业等领域的一些产品中做后备电源和辅助电源。和充电电池相比，超级电容器具有充电时间短、功率密度高、使用寿命长、低温特性好及无环境污染等优势，故可在众多领域取代充电电池，并表现出在某些方面超越充电电池的特点，弥补了充电电池在使用中的不足，如：充电慢，充电电路复杂，使用寿命短等缺陷。超级电容器是一种新兴的能提供强大脉冲功率的理想环保型物理二次电源。 一、超级电容器特性：a. 体积小，容量大，电容量比同体积电解电容容量大30~40倍； b. 充电速度快，10秒内达到额定容量的95%； c. 充放电能力强； d. 失效开路，过电压不击穿，安全可靠； e. 超长寿命，可长达40万小时以上； f. 充放电线路简单，无需充电电池那样的充电电路，真正免维护； g. 电压类型：2.7v---12.0v h. 容量范围：0.1F--1000F 二、超级电容与电池比较，有如下特性：a.超低串联等效电阻（LOW ESR），功率密度(Power Density)是锂离子电池的数十倍以上，适合大电流放电，（一枚4.7F电容能释放瞬间电流18A以上）。 b. 超长寿命，充放电大于50万次，是Li-Ion电池的500倍，是Ni-MH 和Ni-Cd电池的1000倍，如果对超级电容每天充放电20次，连续使用可达68年。c. 可以大电流充电，充放电时间短，对充电电路要求简单，无记忆效应。 d. 免维护，可密封。 e.温度范围宽-40℃～+70℃，一般电池是-20℃～60℃。简单地说，我们可以按照平时电容那样的接法来接，但是超级电容容量大，故可作为电池来使用。 超级电容的计算：例如，1F的超级电容充满电时为1库/伏, 如果电压充到3V, 那么该电容上就储存有3库的电荷。而1A的电流就等于1库/秒, 所以以1A的放电率放电，这个3库的电荷只能放3秒就完了，相当于0.83毫安时的电池容量。这里电流1A的定义是1库仑/秒，如换算成电池的安.时（AH）则为1A *（1/3600小时）, 或1000mA *（1/3600 小时）= 0.278毫安时。
超级电容测试方法 1．静电容量测试方法： ⑴测试原理 超级电容器静电容量的测试，是采用对电容器恒流放电的方法测试，并按下列公式计算； C=It/(U1－U2) 式中：C——静电容量，F； I——恒定放电电流，A； U1 、U2——采样电压，V； t——U1 到U2所需的放电时间，S。 ⑵测试程序 用100A的电流对电容器充电，电容器充电到最高工作电压止并恒压10秒，然后，以100A的电流对电容器放电，取U1 为1.2V, U2为1.0V，记录该电压范围内的放电时间，共循环3次。计算每次循环的静电容量，取平均值。 2．储存能量测试 ⑴测试原理： 超级电容器能量的测试，是采用以电容器给定的电压范围，对电容器进行恒功率放电到1/2工作电压的方法进行。电容器的输出能量W是由恒定放电功率P和放电时间t关系得到的，即： W = P?t ⑵测试工序 用恒定电流100A对电容器充电到最高工作电压，然后，恒压至充电电流下降到规定电流（牵引型10A，启动型1A），静止5秒后，以恒定功率对电容器放电到1/2工作电压，录放电时间并计算能量值。循环3次测量，取平均值。 注：恒定功率值确定方法是以标称能量确定的，牵引型2W/KJ，启动型5W/KJ。3．等效串联电阻测试（DC） ⑴测试原理 电容器的内阻是根据电容器断开恒流充电电路10毫秒内，电压的突变来测量的。即：式中：R——电容器的内阻； U0——电容器切断充电前的电压； Ui——切断充电后10毫秒内的电压； I——切断充电前的电流。 ⑵测量工序 对电容器以恒定电流100A充电，充电至最高工作电压的80%时断开充电电路，用采样机分 别记录电容器断电后10毫秒内的电压变化值，并计算内阻，重复3次，取平均值。 4．漏电流测试 将电容器以恒电流100A充电至额定电压，在此电压值下恒压充电3h，记录充电过程的电流值。 5．自放电测试 将电容器以恒电流100A充电至额定电压后，在此电压值下恒压充电30min，然后开路搁置72h。在最初的三个小时内，每一分钟记录一次电压值，在剩余的时间内，每十分钟记录一次电压值。 计算自放电能量损失，SDLF(self-discharge energy loss factor)=1-(V/Vw)2，计算时间点分别为：
法拉电容计算 公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]
电压(V) = 电流(I) x 电阻(R) 电荷量(Q) = 电流(I) x 时间(T) 功率(P) = V x I = 能量(W) = P x T = Q x V 容量F= 库伦（C） / 电压（V） 将容量、电压转为等效电量 电量 =电压（V) x 电荷量（C） 实例估算： 电压 1F（1法拉电容）的电量为（库伦）， 电压下限是，电容放电的有效电压差为，所以有效电量为。 =*S（安秒）=1700mAS（毫安时）=（安时） 若电流消耗以10mA计算，1700mAS/10mA=170S=（维持时间分钟）。 转 电荷量 通常,正电荷的电荷量用正数表示.负电荷的电荷量用负数表示. 任何带电体所带电量总是等于某一个最小电量的整数倍 这个最小电量叫做基元电荷 它等于一个电子所带电量的多少，也等于一个质子所带电量的多少 而库仑是电量的单位 1库仑=1安培·秒 库仑是电量的单位，符号为C。它是为纪念物理学家库仑而命名的。若导线中载有1安培的稳恒电流，则在1秒内通过导线横截面积的电量为1库仑。 库仑不是国际标准单位，而是国际标准导出单位。一个电子所带负电荷量e＝×10^19库仑（元电荷）， 也就是说1库仑相当于×10^18个电子所带的电荷总量。 电荷量的公式： C=It（其中I是电流，单位A ；t是时间，单位s） 电量 电量表示物体所带电荷的多少。 单位时间内通过截面的电荷量 一般来说，电荷的数量叫电量，用符号Q表示，单位是库(仑)(符号是C)．库仑是一个很大的单位． 一个电子的电量e=*10^-19库。实验指出，任何带电粒子所带电量，或者等于电子或质子的电量， 或者是它们的电量的整数倍，所以把*10^-19库叫做基元电荷。 做功时的电量： 电量是指用电设备所需用电能的数量，电量的单位是千瓦·时(kW·h)。电量也分为有功电量和无功电量。无功电量的单位是千瓦·时(kvr·h)。 电流强度的计算公式：I=Q/t得，Q=I*t .