supercapacitor 超級電容

一般電解電容 (electrolytic capacitor) 約幾十微法拉 (μF)，仝款大小的超級電容 (supercapacitor, ultracapacitor) 可達到幾法拉，充放電遠比充電電池快、次數多。應用在需要常常快速充放電的地方，如汽車、巴士、火車、起重機、和電梯等煞車充電或瞬間電源供應。小元件可用在 SRAM 記憶保留。

超級電容使用 (靜) 電雙層電容 (Electric Double-Layer Capacitors, Electrostatic Double-Layer Capacitor, EDLC) 和電化學擬電容 (Electrochemical Pseudo-capacitor)。

施加電壓於 EDLC 時，電極與電解質間電荷受到庫倫靜電力，正極會吸引電解質中的陰離子、負極會吸引陽離子，但不會通過介面 (why?)，形成距離僅有數個原子的電雙層來儲存電荷，即使停止充電也不會發生變化。由於電能是儲存於電極與電解質之界面，電極表面積越大，能累積的電荷就越多，常見如活性碳表面積可高達 2000m²/g，電容值可達 120~280 F/g。電容之可充電電壓範圍是由電解質之電化學分解電壓所決定。

擬電容利用電極和電解液間產生快速的可逆法拉第反應來儲存電荷，由於牽涉到電荷轉移，能量密度能比 EDLC 高五到十倍。 常見的材料為過渡金屬氧化物，具有較多的氧化態，有RuO2、Co3O4、MnO2、V2O5、NiO 等。

特性：

• 充放電不會伴隨化學反應，可以半永久性地進行急速大電流充放電。即使發生短路現象也不會進成電容器之故障，也無特別之充放電限制條件。功率密度達到 1000W/kg。Cycle Time 一萬次以上。
• 儲電時間長：仍有微小的漏電電流。正常狀態下不會產出新的物質減損儲電效率，能夠達到理論上的最佳儲存壽命。
• 高可靠性：。 寬廣的工作溫度範圍。
• 不含鉛或鎘等重金屬，對環境不致造成污染。
• 能量體積比只有個位數 Wh/kg，僅約車用鋰離子電池的1/25。

而超級電容器的形式主要分成兩種：

1. 圓柱狀電容器：將電極基片捲撓後以原型金屬外殼封裝，適合低電壓大電流充放電應用。
2. 疊層式電容器：運用摺疊電極基片的方式，以塑膠或金屬外殼封裝，適用於高電壓低電流領域。

高於10 Wh/kg一點點

Vwork 工作電壓

Vmin 工作截止電壓

I 工作電流

t 維持時間

維持所需能量 = 電容減少的能量
1/2 I (Vwork+ Vmin) t = 1/2 C (Vwork² -Vmin²)
可得 C = I t /(Vwork - Vmin)

假設 Vwork＝5V, Vmin＝4.2V, I＝0.1A, t=10s，所需電容 C = 0.1*10/(5 - 4.2) =1.25F

160uA 7day /(1.5-1.3) =

參考

1. https://en.wikipedia.org/wiki/Supercapacitor
2. http://140.114.47.150/Researchfields03.html 
   
3. https://www.artc.org.tw/upfiles/ADUpload/knowledge/tw_knowledge_309593075.pdf