技术专题：具备低电阻与轻薄特点的双电层电容器（EDLC/超级电容器）②

来源:TDK中国发布时间:2021-11-021125浏览

上一期的推文为您介绍了TDK双电层电容器的原理、种类和产品结构，本期将继续为您详细介绍其特点以及使用方法。

双电层电容器（EDLC/超级电容器）通过电解液内的离子在活性炭电极表面上吸附脱离，进行充放电。

因为没有电极表面的化学反应，所以可以急速充放电；由于利用的是离子的吸附脱离这种物理现象，老化少，所以充放电循环特性很优异。

图1左边的图表显示了，以5.5V的电压给TDK双电层电容器（EDLC/超级电容器）充电，反复进行20A-5ms放电和0.9A充电的充放电循环2万次后，电气特性的变化。基本没有发生因充放电循环导致的特性变化，因此是一款大电流充放电也可以放心使用的产品。

图1　耐充放电循环

构成双电层电容器（EDLC/超级电容器）的主要材料是活性炭和铝、离子电解液。这些物质按照没有化学反应的机理反复充放电，实现电容器的功能。因为材料构成、机理安全洁净，在充满电的状态下用针刺、弯曲、加热，也不会有起火、冒烟的危险。

图2　没有起火、冒烟的危险

下图为活用了TDK双电层电容器（EDLC/超级电容器）之特点的使用方法。通过对电池的输出极限进行辅助，可以实现仅有电池时无法实现的功能。而作为失电时的备份，可以活用每个单体的大能量。另外，通过积蓄微弱的能量和回收能量，可以有效利用能量。

图3　TDK双电层电容器（EDLC/超级电容器）的使用方法

下面为您详细介绍电池辅助、电源备份、有效利用能源+稳定输出方面的7例使用方法。

在“电子纸”中，作为电池的辅助使用，画面显示速度会变得流畅，可以像翻实际的纸张一样进行翻页操作。对小图、小表等的放大显示也有效果，PDF文件也可以顺畅显示。

若要从搭载的电池里流过大电流，需要更低电阻的电池，但是尺寸会变大，重量增加。因此，不使用大电池，通过EDLC进行电流辅助，可以减轻电池的负荷，同时实现轻量化。

图4　电池辅助：在电池驱动过程中改写画面时的

电源辅助/在电子纸中的使用示例

在发生急剧功率变化的音频设备中，从双电层电容器（EDLC/超级电容器）瞬间向放大器供给大功率，对电池提供辅助。

D级放大器被使用在便携式音频播放器等设备中。它由PWM调制器和2个输出用功率MOSFET、噪声抑制滤波器（含LPF用电感器）、带ESD保护功能的陷波滤波器组成的低通滤波器电路块构成。

将输出用功率MOSFET（下面的例子中是PVCC部位）与TDK双电层电容器（EDLC/超级电容器）组合在一起，即使在发生急剧功率变化的时候，双电层电容器（EDLC/超级电容器）也会瞬间向放大器供给很大的功率，对电池提供辅助。

图5　电池辅助：电池驱动过程中高负荷时的

电压平均化/在便携式音频播放器中的使用示例

自来水、煤气智能仪表的功能不断提高，追加了无线传输信息的功能。它们使用电池作为电源，但是随着无线功能的提高，就逐渐需要电力辅助。双电层电容器（EDLC/超级电容器）的电池辅助很有效，并且小型形状的软包型受到了关注。

图6　电池辅助：电池驱动过程中发送无线信号时的

电源辅助/在自来水、煤气用智能仪表中的使用示例

可在“指纹认证卡”中作为指纹传感器动作时的电源辅助使用。NFC终端有很多种类，可以供给的电力也存在差异。为了在如今普及的终端上也能顺畅地进行卡片认证动作，双电层电容器（EDLC/超级电容器）就发挥了有效的作用。

因为卡片不会将生物认证数据泄漏出去，所以其高安全性受到了关注。轻薄的双电层电容器（EDLC/超级电容器）很适用于此用途。另外，制作卡片的材料也很安全，可以放心地废弃。

在终端上刷一下卡，NFC线圈的电磁感应产生的电会瞬间给双电层电容器（EDLC/超级电容器）充电。将这样蓄积的电能用于指纹传感器动作，可以对可靠的动作提供支持。

图7　电源辅助：指纹传感器动作时的

电池辅助/在指纹认证卡中的使用示例

大容量的双电层电容器（EDLC/超级电容器）适合用于电源意外切断时的备份电源，可用于SSD等的失电保护。

对于企业级SSD等，采用NAND闪存作为存储元件，在写入数据时暂时将数据保存在DRAM的高速缓冲存储器中，然后将数据一起写入闪存，以提高数据写入速度。而在意外断电时，一般会安装多个电容器并采取断电保护措施，以确保缓存中的数据能写入NAND闪存。可以用大容量双电层电容器（EDLC/超级电容器）代替这种失电保护。

图8　电源备份：失电时的电源备份/SSD中的使用示例

由于TDK的双电层电容器（EDLC/超级电容器）的阻抗低，因此即使在不稳定的能量收集发电中也能实现出色的充电，可以进行适合应用的放电，适用于面向能量收集的应用。可以将通过太阳电池（环境发电）发的电蓄积到双电层电容器（EDLC/超级电容器）中，使用无线通信按一定间隔发送传感器取得的数据（温度、湿度等）。