電路醫(yī)生 | 容量大竟成超級電容致命問題，預(yù)防失效有絕招

最近，在給一位客戶單位的產(chǎn)品做設(shè)計審核中，遇到了一個超級電容的問題，作為戶外機殼內(nèi)裝配的超級電容，惡劣的環(huán)境、長期的使用，無人值守的工作狀態(tài)，其失效總要做些預(yù)防的，但是，它的失效機理到底是什么？失效故障到底有多嚴重？對什么應(yīng)力敏感？

帶著這些問題，我查閱了中國知網(wǎng)，發(fā)現(xiàn)通篇的全是夸贊超級電容如何好的文章，簡直趕上那個 60 年代末的年代了，大有一副“超級電容就是好、就是好、就是好”的架勢。但按照辯證唯物主義的思想，任何事物都有兩面性，我還就不信了，難道超級電容的唯一缺點就是沒有缺點嗎？

于是，我查閱超級電容的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材料，從基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)、成分、工作原理出發(fā)，來分析其可能的失效機理。但限于該類器件還處于八九點鐘的太陽階段，人生觀價值觀還未形成，到底是會禍害人還是會造福人類成為領(lǐng)袖，都還不太看得出來，所以，以下分析僅為分析預(yù)測，有待各路諸侯高工提供案例以佐證。

超級電容采用多孔碳材料做電極，同時在相對的碳多孔電極之間充填電解質(zhì)溶液，當在兩端施加電壓時，相對的 2 個多孔電極上分別聚集正負電子，而電解質(zhì)溶液中的正負離子將在電場作用下分別聚集到與正負極板相對的界面上，從而形成兩個集電層，相當于 2 個電容器串聯(lián)。

活性碳材料具有超高比表面積，而且電解液與多孔電極間的界面距離不到 1 nm，即介質(zhì)厚度很小，從中學(xué)講過的電容計算公式里，可以推理出，電容的大小與極片之間的面積成正比，與介質(zhì)的介電常數(shù)成正比，與極板之間的距離成反比。就是這個原因，這種結(jié)構(gòu)的電容值才可以做的很大很大。

因此，也就是因為這種結(jié)構(gòu)和材質(zhì)，大膽推理預(yù)測，超級電容可能會有如下類似潛在隱患，信不信由你，說不說由我，請辯證吸收，對錯作者均不擔責。對了請感謝您自己，您的英明聽勸使您成功的避免了風險；錯了也別怪我，明明我錯了，您還聽還照做，是不是傻？是不是傻？

因為電容里有電解質(zhì)溶液，所以會有液體的密封性問題，內(nèi)外壓差大容易導(dǎo)致泄露，因此高海拔地區(qū)使用，電容內(nèi)外壓強差較大會有潛在漏液風險；超級電容安裝如果采用的是焊點固定方式，焊接時的非自然狀態(tài)固定產(chǎn)生焊接管腳的機械應(yīng)力、橫向剪切方向的沖擊對管腳的沖擊會有類似隱患；

只要是液體，就會有高溫的沸騰、膨脹、汽化特性，因此其高溫特性會有隱患，不過很多資料上都在宣稱超級電容的高低溫特性都很好，也許可能，汽車防凍液里的乙二醇，就具有沸點高，冰點低的特點，不知道超級電容里是不是也有類似特性的化學(xué)玩意兒。但只要是液體，熱膨脹特性很難避免，因此，就算不沸騰，膨脹也是個麻煩，跟上一條正好對應(yīng)；而且液體化學(xué)材料，很難沒有腐蝕作用，外漏焊接極片怎么著也得是金屬的吧，不知道會不會有內(nèi)外夾擊的腐蝕性問題。

網(wǎng)上的不少資料里都說超級電容的低溫特性很好，估計其中的電解液的冰點應(yīng)該很低了，也算是個好消息。高溫特性又好，低溫特性也好，還得不腐蝕，還得不容易膨脹導(dǎo)致泄露，這電解液到底何方神圣？挺棒的，有機會爭取認識一下。

超級電容內(nèi)部結(jié)構(gòu)上，正負極之間的間距很小，不然也很難達到這么大容值，但是間距小了就帶來一個麻煩，E=U/d，間距 d 很小的時候，不大的電壓，就會在兩極之間產(chǎn)生很大的場強，場強如果超出了介質(zhì)可耐受程度，就會擊穿，因此，超級電容的耐過壓能力可能會較差。

超級電容的充電過程是電荷擇善而棲的過程，因此需要實實在在的電荷流動，流動的過程就不可能沒電阻，普通電解電容是化學(xué)過程，有電壓激勵了，化學(xué)反應(yīng)就會發(fā)生，阻抗特性表現(xiàn)較小，因此內(nèi)阻大，導(dǎo)致充放電的內(nèi)阻損耗和分壓可能也是個問題。

內(nèi)阻一大，順勢推理下去，高頻快充快放，內(nèi)阻上的熱消耗估計不會小，相當于普通電容的 ESR 發(fā)熱，熱熱熱熱…

既然有電解液，自然也就有了極性問題，不知道接反了的后果是什么？沒敢試過。有誰膽大點，試了之后分享下切身感受，最好有圖有真相。

焊接中要是烙鐵接觸的時間久了，通過電極的熱傳導(dǎo)進去，效果會怎樣？畫面有點美，不敢想。

既然是電子器件，就會有參數(shù)誤差，而且上面提到對電壓敏感，所以串聯(lián)使用，因為參數(shù)差異導(dǎo)致的電壓分壓不均衡，會不會產(chǎn)生超出預(yù)期的承受電壓？

容量很大是優(yōu)點，同時也是缺點。放電、充電電流大的高性能，對整個電通路的設(shè)計要求是防范過流，這個電流的限流控制也是個關(guān)鍵問題。貌似現(xiàn)在的純電力機車上禁用超級電容就是這個考慮。

以上問題，純粹是從其內(nèi)部成分、結(jié)構(gòu)特點幾方面推理得出的，希望未被言中，但這張烏鴉嘴經(jīng)常干出“但愿不如所料，以為未必竟如所料，卻每每恰如所料的發(fā)生了起來”的事，諸位朋友，小心謹慎，但求多福吧。如何防范這些隱患，打點賞唄先…

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