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产品概述
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产品概要
双电层电容器(EDLC/超级电容器)是使用了金属箔层压薄膜封装的电容器。其低电阻的特性可有效用于峰值输出的辅助电源、失电时的备份、能量收集/再生能源用的蓄电。另外,它轻薄的特点使得其非常适用于移动产品。
此产品在保持了双电层电容器(EDLC/超级电容器)的最大特点——容量大的同时,其低电阻的特性可对应大电流,而3V以上的额定电压使其方便使用。它还是一种由绿色材料制成的设备。

目录

作为电容器的定位

双电层电容器(EDLC/超级电容器)可以凭借其大容量来储存较大的能量。TDK的双电层电容器(EDLC/超级电容器)可以储存数mF~500mF的大容量。额定电压为3.2V~4.2V,即使不提高电压,也能得到足够的能量。又因为电阻低,所以功率密度很高。

图1 TDK的电容器产品图(静电容量-额定电压)

产品导览(静电容量 - 额定电压)

TDK拥有各类电容器,可应对大范围的静电容量与电压。点击后即可查看详细内容。

电容器 选择指南
种类 特点
双电层电容器
(EDLC/超级电容器)
電気二重層キャパシタ(EDLC/スーパーキャパシタ)
EDLC是一种介于电容器和电池(二次电池)之间的具有蓄电能量的电容器。通过让浸泡在电解液中的活性炭电极表面吸附离子、形成双电层(Electric Double Layer)来积蓄电荷,是一款具备极大静电容量及能量密度的蓄电设备。

与其他电容器相比,双电层电容器(EDLC/超级电容器)具有非常高的静电容量,并且具有高能量的特性。
另外,与电池(LIB)相比,虽然能量密度(单位体积能存储的电量)较差,但功率密度(单位体积的输出功率)较高,是一种瞬间发力优异的设备。

与其他的双电层电容器(EDLC/超级电容器)相比,TDK的双电层电容器(EDLC/超级电容器)的功率密度、能量密度设计得更高,适用于高能量用途。

图2 与铝电解电容器/钽电容器、锂离子电池的功率和能量密度的比较

双电层电容器(EDLC/超级电容器)的原理

双电层电容器(EDLC/超级电容器)将离子吸附到浸在电解液中的活性炭电极表面,形成双电层(Electric Double Layer)来积蓄电荷。静电容量与在活性炭界面上形成的双电层的面积成正比,所以使用比表面积较大的活性炭制作电极。由于双电层电容器(EDLC/超级电容器)没有电极活性物质的化学反应,所以可以急速充放电;由于利用的是离子吸附脱离这种物理现象,老化少,充放电循环特性优异。TDK的双电层电容器(EDLC/超级电容器)对成对的电极和隔板、电解液进行优化,实现了低电阻。在一个封装里放入两个电容器,串联连接,提高了额定电压。

图3 双电层电容器(EDLC/超级电容器)的原理

双电层电容器(EDLC/超级电容器)的种类

双电层电容器(EDLC/超级电容器)的构造和形状分类如下。
从贴片型和硬币型这样的小型电容器,到连接多个圆筒型和角型等的大型模块等,类型多种多样。

图4 双电层电容器(EDLC/超级电容器)的种类
结构和形状 产品外观形状
贴片型
硬币型、模制型
软包型、层叠型
圆筒型、角型
模块
(连接多个圆筒型、角型等的类型)
静电容量
《超小容量》0.1F以下
《小容量》0.1~1F左右
《中容量》1~100F左右
《大容量》100F以上
主要应用
各种电子设备的时钟、内存备份
家电、AV产品的待机电力
移动设备的电池负荷平均化、高亮度LED闪光灯和无线传输的电流辅助、SSD的瞬间停电备份、能量收集
发光道钉、LED招牌、玩具用小型电机的驱动
工业设备、汽车的能源再生、UPS(不间断电源装置)、
风力发电控制的紧急用电源

TDK双电层电容器(EDLC/超级电容器)的产品系列和结构

双电层电容器(EDLC/超级电容器)是电容器的一种,与其他电容器相比,具有非常高的静电容量。
TDK的双电层电容器(EDLC/超级电容器)在行业也有着最高水平的低电阻,因为拥有大功率密度(每单位体积的输出功率),所以是一种瞬间发力优异的设备。在确保EDLC本来就拥有的充放电循环寿命、安全性的同时,因为是软包型,所以实现了既薄又轻的规格。

产品照片 特点 高度 L xW 尺寸 电容 额定电压 阻抗 使用温度范围 系列、型 产品目录 型号列表
双电层电容器,超级电容器:EDLC041720
薄型
0.4mm
27 x 17mm
5 to 15mF
3.2V(连续)
5.0V(顶峰)
7Ω (1kHz)
-20 ~ +60°C
EDLC041720
(事前准备)
pdf
168KB
双电层电容器,超级电容器:EDLC212520
低背型
2.1mm
20 x 25mm
(不含有端子)
350mF
4.2V(连续)
5.5V(顶峰)
55mΩ (1kHz)
-40 ~ +70°C
EDLC212520
pdf
152KB
双电层电容器,超级电容器:EDLC262520
2.6mm
500mF
35mΩ (1kHz)
-40 ~ +70°C
EDLC262520
pdf
152KB
双电层电容器,超级电容器:EDLC302520
2.7mm
500mF
4.2V(连续)
5.5V(顶峰)
95mΩ (1kHz)
-20 ~ +85°C
EDLC302520
(事前准备)
pdf
164KB
双电层电容器,超级电容器:EDLC371420
小尺寸型
3.7mm
20 x 14mm
(不含有端子)
500mF
4.2V(连续)
5.5V(顶峰)
40mΩ (1kHz)
-40 ~ +70°C
EDLC371420
pdf
152KB
双电层电容器,超级电容器:EDLC381420
3.8mm
500mF
3.2V(连续)
4.2V(顶峰)
70mΩ (1kHz)
-30 ~ +85°C
EDLC381420
pdf
152KB

TDK的双电层电容器(EDLC/超级电容器)分为卷回型和薄积层型两种。
卷回型使用铝层叠薄膜,将电极和隔板同时卷起来,得到1个小电池,再封装2个这样的小电池。另外,薄层叠型将电极和隔板层叠在一起,使用不锈钢板层叠薄膜封装,保持高弯曲强度,应对屈曲、扭曲测试。

图5 TDK电气双层电容器(EDLC/超级电容器)的结构

TDK双电层电容器(EDLC/超级电容器)的特点

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6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。

基本不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6 耐充放电循环

测定条件

EDLC262520-501-2F-40
静电容量 : 500 mF
阻抗 @1kHz : 35mΩ typ.

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7 没有起火、冒烟的危险

TDK双电层电容器(EDLC/超级电容器)的使用方法

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8 TDK双电层电容器(EDLC/超级电容器)的使用方法

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“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9 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

电池辅助: 电池驱动过程中高负荷时的电压平均化/便携式音频播放器

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10 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

电池辅助: 电池驱动过程中发送无线信号时的电源辅助/自来水、煤气用智能仪表

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11 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

电源辅助: 指纹传感器动作时的电源辅助/在指纹认证卡中的使用示例

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12 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

电源备份: 失电时的电源备份/SSD

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13 电源备份: 失电时的电源备份/SSD中的使用示例

微能量蓄电: 储存环境发电得到的微小能量,在必要的时候提供储存的能量/无电池无线通信传感器

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)

图14 微能量蓄电: 储存由环境发电得到的微小能量,在必要的时候提供储存的能量/在无电池无线通信传感器中的使用示例

再生能源蓄电: 将再生能源蓄成电,对电池提供辅助/在小型电机中的使用示例

灵活利用再生能源产生的剩余再生电力,是一项为今后进一步节能做贡献的技术。
随着小型机器人的普及,双电层电容器(EDLC/超级电容器)被用来有效地将剩余电力储存到电池中。它让不稳定的能量能稳定地运行,积蓄的能量也可以作为大能量运行时的辅助。

图15 再生能源蓄电: 将再生能源蓄成电,对电池提供辅助/在小型电机中的使用示例