雙電層電容器 (EDLC)——通常被稱(chēng)為“超級(jí)電容器”，有時(shí)也稱(chēng)為“超級(jí)電容器”——是一種令人驚嘆的無(wú)源儲(chǔ)能元件。由于其多法拉的高電容和小尺寸，它提供了體積和重量的高密度能量存儲(chǔ)。在一些遙感、物聯(lián)網(wǎng)和能量收集來(lái)源的應(yīng)用中，超級(jí)電容器是可充電電池的替代品；在其他情況下，它們與電池結(jié)合使用，以克服那些基于電化學(xué)的儲(chǔ)能組件的一些弱點(diǎn)。并不是說(shuō)一個(gè)天生就比另一個(gè)好；相反，超級(jí)電容器和可充電電池（無(wú)論化學(xué)性質(zhì)如何）各有其相對(duì)的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。應(yīng)用程序的優(yōu)先級(jí)決定了哪一個(gè)最有意義，

還有另一種有趣的替代方案，可以選擇一個(gè)或什至兩個(gè)作為兩個(gè)分立元件：混合超級(jí)電容器。這種儲(chǔ)能設(shè)備不僅僅是可充電電池和超級(jí)電容器的明顯聯(lián)合包裝。相反，它使用了一種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，其中單個(gè)組件同時(shí)是超級(jí)電容器和鋰離子電池（圖 1）（有關(guān)更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱參考資料）。

圖 1：混合超級(jí)電容器結(jié)構(gòu)的頂層視圖表明它不是超級(jí)電容器和共享單個(gè)兩端封裝的電池。（來(lái)源：太陽(yáng)誘電）

這些混合超級(jí)電容器的供應(yīng)商包括 Taiyo Yuden（該公司稱(chēng)其為鋰離子超級(jí)電容器，技術(shù)上非常正確）、Eaton 和 Maxwell Technologies, Inc.（現(xiàn)在是特斯拉的一部分）。

有許多張貼的表格提供了標(biāo)準(zhǔn)超級(jí)電容器和鋰離子充電電池之間的比較（表 1）。請(qǐng)記住，正如您所料，每個(gè)資源和供應(yīng)商都有不同的觀點(diǎn)，而且技術(shù)本身也在快速發(fā)展。

表 1：比較了超級(jí)電容器與鋰離子充電電池的頂級(jí)特性；每個(gè)可能有一組不同的條目，這取決于信息來(lái)源和時(shí)間。（來(lái)源：Maxwell Technologies, Inc.，來(lái)自電池大學(xué)）

盡管這些混合超級(jí)電容器具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，但我對(duì)混合設(shè)備和結(jié)構(gòu)的總體感覺(jué)總是很復(fù)雜。一方面，兩種技術(shù)或材料的結(jié)合往往能讓我們?cè)诳朔恍┤觞c(diǎn)的同時(shí)保留各自的優(yōu)點(diǎn)。這不僅適用于電子產(chǎn)品。想想用鋼筋加固的混凝土，或用作最新一代飛機(jī)機(jī)身和附件的蒙皮的碳纖維增強(qiáng)聚合物。

同時(shí)，這些組合有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)新的缺點(diǎn)。例如，與單一用途的優(yōu)化單元相比，多功能測(cè)試設(shè)備可能具有降低的規(guī)格或某些靈活性限制。廣為人知的“瑞士軍刀”是一個(gè)非電動(dòng)的例子：它的每一個(gè)單獨(dú)的工具可能“足夠好”，但絕對(duì)不如專(zhuān)用工具，但整體刀片/配件組合和包裝帶來(lái)了好處在尺寸、重量和成本方面。

對(duì)于混合超級(jí)電容器，還有一個(gè)管理問(wèn)題。鋰離子充電電池在監(jiān)督充電和放電率、庫(kù)侖計(jì)數(shù)和溫度（引用幾個(gè)因素）方面有其特定的需求——超級(jí)電容器有自己的可比列表。那么如何管理混合超級(jí)電容呢？策略是否會(huì)發(fā)生沖突，或者它們是否足夠相似以至于單一方法可以用于兩端混合？

我想到了隧道二極管：盡管它具有吸引人的性能特征，但作為沒(méi)有明顯輸入-輸出-接地連接的兩端器件，實(shí)際使用起來(lái)相當(dāng)困難，因此不受歡迎。PIN 二極管也是如此（只需看看它的一些應(yīng)用電路原理圖）。也許最近推出的 Maxim MAX38889 等 IC 是一款 2.5-V 至 5.5-V、3-A 可逆降壓/升壓穩(wěn)壓器，針對(duì)超級(jí)電容備份應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，兩者都可以正常工作（圖 2）？

圖 2：MAX38889 專(zhuān)門(mén)針對(duì)超級(jí)電容器管理；電路中也可能有電池。（來(lái)源：美信集成）

決定是否對(duì)給定問(wèn)題使用混合解決方案通常涉及權(quán)衡難以評(píng)估的權(quán)衡。除了每個(gè)成分克服另一個(gè)成分的一個(gè)或多個(gè)短路的明顯優(yōu)勢(shì)之外，還有許多情況會(huì)引入新的弱點(diǎn)。

使用超級(jí)電容混合體有意義嗎？答案很簡(jiǎn)單：視情況而定。在某些情況下，新的缺點(diǎn)在應(yīng)用程序中是不可接受的，而在其他情況下，新的好處大于缺點(diǎn)。從數(shù)量上講，模型不僅要解決方程“是 1 + 1 <、= 或 > 2？” 但還必須評(píng)估解決方案造成的任何差距。

您在混合 - 組合或合并 - 解決方案（而不僅僅是混合超級(jí)電容器）方面的經(jīng)驗(yàn)如何？整體收益是否比任何額外的不利因素更重要？您如何判斷混合方法的優(yōu)缺點(diǎn)之間的平衡？

參考

伊頓，“混合超級(jí)電容器解釋”

伊頓，“ HS 混合超級(jí)電容器白皮書(shū)”?

電池大學(xué)，“ BU-209：超級(jí)電容器如何工作？”

Taiyo Yuden，“鋰離子電容器：終極 EDLC 替代品”

Taiyo Yuden，“電力存儲(chǔ)設(shè)備：鋰離子電容器；電雙層電容器”

技術(shù)簡(jiǎn)報(bào)，“超級(jí)電容器混合以提高性能和效率”

審核編輯 黃昊宇