分类号：tm53；tm911文献标识码：a
文章编号：1001-2028(2000)01-0038-02
the present status and perspective of double-layer capacitors
wang guo-qing
( northeast research institute of transducer technology, haerbin heilongjiang 150001)
abstracts：the properties and features of the typical double-layer capacitors manufactured in japan (tokin, nec, matsushita, eln, etc.), russia are introduced. the future applications of the double-layer capacitors of high/medium inner resistance are discussed. as a new energy source supply device, double-layer capacitors will become more important in optimizing systematic performance. (4 refs.)
key words：double-layer capacitors; esr; memories▲
双电层电容器是近10多年迅速发展起来的新型电子元件，最初的产品是1.8 v 4.7～100 f，主要用在点火器及低功耗太阳能钟表等方面。20世纪80年代末至90年代初，由于微型计算机技术的迅猛发展，各种存储器被广泛应用，大量使用双电层电容器作为随机存储器的备用电源，市场容量迅速扩大。然而，随着存储器技术的进步，非易失性存储器件也随着出现，双电层电容器在这一领域的应用受到了挑战。通过国内外科技工作者的不断努力，该电容器的性能逐渐提高，大大拓宽了应用范围，并使其呈现出广阔的前景。在未来几年内，有望在汽车(电动汽车)、电动助力车、清洁能源系统等领域成为不可缺少的重要器件。
1 双电层电容器的现状
双电层电容器最早的产品是20世纪70年代末80年代初在日本出现的。与此同时，我国原电子部49研究所的csc-1型产品也通过了设计定型。在随后的几年内，日本nec公司和松下公司相继实现了产业化，产品系列随市场需要不断增加。目前，生产该电容器的厂商有日本tokin公司、nec公司、松下公司、elna公司及我国的大庆华隆电子有限公司等。对该电容器进行研究的国家有日本、俄罗斯、美国等，其中以日本和俄罗斯报道的研究成果最为先进。
1.1 tokin公司
tokin 公司产品是从nec公司接转过来的，已实现商品化的产品依据不同的应用场合划分为六大系列52个品种，容量0.01～2.20 f、等效串联电阻0.6～300 ω不等。图1描述了各系列的工作电流及放电时间。该公司的产品系列是根据电容器的等效串联电阻划分的，fe系列为最小，如feoh105z等效串联电阻小于1.0 ω；fr为最大，如froh105z等效串联电阻小于60 ω。
图1 不同系列工作电流i与放电时间t的关系
1.2 nec公司
据报道，nec公司将产品转让给tokin公司后，已不在生产小容量高等效串联电阻产品。该公司仍有一套精干的技术队伍正致力于研究大功率双电层电容器，即能源型超级电容器。表1列举了该公司已开发出的部分产品的技术性能。
表1 nec公司能源型超级电容器技术性能
| 序号 | u/v | c/f | esr/mω | 尺寸/mm | m/kg |
| 1 | 48 | 2 | 260.0 | 215×90×80 | 1.7 |
| 2 | 120 | 18 | 78.1 | 398×276×170 | 24.0 |
| 3 | 15 | 15 | 123.7 | — | 0.5 |
| 4 | 15 | 470 | 4.2 | 226×114×225 | 11.2 |
1.3 松下公司及elna公司
松下公司和elna公司制造的双电层电容器均采用有机溶剂电解液为工作电解质，在单元耐压上有了很大提高，因此，单位体积容量比水溶剂的要大。松下公司依据产品的形状及电压分成了多种系列。表2列出了各系列的主要性能指标。
表2 松下公司系列产品性能
| 系 列 | udc/v | c/f | il(30 min后)/μa | 尺寸/mm |
| sg | 5.5 | 0.022～0.22 | 38～165 | φ 11.5×6.0 |
| nf | 5.5 | 0.033～1.00 | 57～315 | φ 13.5×7.5～φ 21.5×8.0 |
| f | 5.5 | 0.033～0.68 | 57～315 | φ 13.5×9.5～φ 21.5×9.5 |
| e | 2.4 | 0.33～1.50 | 120～250 | φ 9.5×2.1～φ 20.0×2.0 |
| d | 5.5 | 0.1～0.33 | 120～440
(60 min) | 方 形
25.0×28.0×9.0～42.5×42.5×15.0 |
| 1.0～3.30 |
| a | 1.8 | 0.22～1.00 | 100～1 400
(60 min) | φ 6.8×24.0～φ 8.5×37.0 |
| 1.5～2.20 |
| 2.3 | 1.5～22.00 |
另外，松下公司还有2.3 v 100 ～1 000 f的产品，通过串并联组合，可以得到高耐压、大容量的电容器。
elna公司与松下公司具有相似之处，基本属松下f型产品，同时，还有2.3 v卷绕型产品。
1.4 俄罗斯
俄罗斯在研究双电层电容器方面具有很高的水平，现在已具有生产大功率双电层电容器的能力，产品的等效串联电阻达到了1.0 mω。使电容器瞬间输出能量大大提高。表3列举了几个有代表性的产品及其性能。
表3 俄罗斯大功率双电层电容器性能
| 类型 | udc/v | c/f | imax／a | 尺寸/mm | m/kg |
| 16 kj/14 v | 14 | 160 | 1 200 | φ 266×150 | 14 |
| 80 kj/28 v | 28 | 210 | 700 | φ 266×400 | 35 |
| 33 kj/200 v | 200 | 1.6 | 400 | φ 266×255 | 20 |
| 40 kj/300 v | 300 | 0.95 | 400 | φ 266×330 | 90 |
1.5 中国
大庆华隆电子有限公司是目前我国唯一实现产业化生产的厂家，产品的各项指标与日本tokin公司fy系列相近，主要是5.5 v系列产品，此外，还有3.5 v、11 v等产品。表4列举了该公司的主要产品的技术指标。
表4 华隆电子公司主要产品技术指标
| 型 号 | udc/v | c/f | esr/ω | il/ma |
| csc-4b473z | 5.5 | 0.047 | ≤220 | ≤0.071 |
| csc-4b104z | 0.1 | ≤100 | ≤0.15 |
| csc-4b474z | 0.47 | ≤30 | ≤0.71 |
| csc-4b105z | 1.0 | ≤30 | ≤1.50 |
| csc-4a104z | 3.5 | 0.1 | ≤100 | ≤0.09 |
| csc-4a155z | 1.5 | ≤20 | ≤1.30 |
| csc-4a225z | 2.2 | ≤20 | ≤2.00 |
另外，国内还有多家科研院所对这类电容器进行了研究，有的也通过了鉴定。但从整体来看，我国在此领域落后于日本、俄罗斯等国。
2 发展方向及市场前景
2.1 高等效串联电阻双电层电容器仍具一定的市场
目前，双电层电容器的市场份额主要是微机存储器的备用电源。由于存储器的功耗逐渐减小，因此，高等效串联电阻电容器被广泛应用，此类型电容器也是目前最成熟的双电层电容器。尽管非易失性存储器的出现给它的市场带来了冲击，但由于该电容器应用时电路简单、免维护等优点，因此在巨大的市场份额中仍能占有一席之地。
为适应市场的需要，高等效串联电阻产品应向以下两个特点发展：
(1)逐渐缩小体积 随着技术的进步，智能化仪器仪表也向着小型化发展，特别是通信装置和终端设备，如：移动电话、传呼机等，在更换电池时都存在信息和时钟丢失问题，此类产品的小型化速度是惊人的。目前，双电层电容器的体积已明显与之不相适应，缩小体积是必然趋势。
(2)极低的自放电电流 存储器的功耗是极微小的，将来有向更低功耗发展的趋势，在这种情况下，双电层电容器的自放电特性将是重要的指标。
2.2 中等效串联电阻双电层电容器市场广阔
中等效串联电阻双电层电容器可瞬间提供几百毫安至几安的工作电流，由于这一特性，它在有些场合可以替代电池工作，同时，可以避免由于瞬间负载变化而产生的误操作。如：它可以在便携式仪器仪表中驱动微电机、继电器、电磁阀等。在一些带有机械动作功能的电话中，由于电话网的电流较小，不可能实现动作功能，因此要有一个电源对这一动作进行支持，电池也是一种选择，由于存在更换及维修的问题，故双电层电容器显示出了优越性。另外，它还可应用在点火器、电子玩具等方面。
该类型双电层电容器的发展趋势是尽可能降低等效串联电阻和漏电流。等效串联电阻越低，实现动作功能越可靠；漏电流越小，可使整机功耗降低。
2.3 大功率双电层电容器前景广阔
双电层电容器自诞生之日起就受到各国学术界的高度重视，随着材料科学的进步以及科技人员的努力，双电层电容器的等效串联电阻逐渐降低，容量不断增大，使该电容器作为一种功率器件在一定场合代替蓄电池成为可能。因而引起了商家和各国政府的广泛关注。双电层电容器作为功率器件时具有如下特点：①充放电效率高，充放电循环寿命长；②充放电时不需要特殊的控制电路；③它是一种近似于永久性器件，免维护；④没有对环境有害的重金属，无污染；⑤过电压不击穿短路，使用安全可靠。这些特点是任何蓄电池都不具备的，它是蓄电池最好的替代器件。
大功率双电层电容器具有广泛的用途。如：在电动汽车、混合动力汽车、电动助力车的能源再生系统中，若用蓄电池很难将回收的能源100%存储，而且快速充电还会大大降低蓄电池的使用寿命，而将回收的能源存储在电容器内，再慢慢向负载或蓄电池供给能源，可使能源得到有效利用。在车辆启动、加速时该电容器还可以对系统进行能源补充，起到保护蓄电池，提高系统性能的作用。再如：在风力发电或太阳能发电系统中，由于风力和阳光的不稳定性，可引起蓄电池反复频繁充电，结果是缩短了电池的寿命。这可利用双电层电容器吸收或补充电能的波动。此外，在有瞬间强负载系统中，利用该电容器可以稳定系统电压，减小系统电源容量配置的作用。
从以上列举的应用实例可以相信，大功率双电层电容器是该电容器发展的主要方向，其中蕴藏着巨大的经济效益。
3 结束语
双电层电容器自商品化以来已有20年的时间，从时间上看它的出现并不算短，但在技术上出现了一个平台，近几年来没有一个较大的突破，许多技术难点有待去攻破。大功率双电层电容器将在未来几年逐步实现产业化，它将作为一种新的能源储藏与供应器件，在优化系统性能方面必将起着越来越重要的作用。
作者简介：王国庆(1964-)，男，山东省沂南人，大庆华隆电子有限公司总工程师兼超大容量
电容器事业部经理，主要从事双电层电容器生产和开发工作。
作者单位：王国庆（东北传感技术研究所，黑龙江 哈尔滨 150001）
参考文献：
［1］nec.electric doudle layer capacitors［z］. 1994.
［2］panasonic.electric doudle layer capacitors (gold capacitors) ［z］. 1990.
［3］贾明.面向21世纪的能源供应新器件——电偶极层电容器 edlc［j］.世界电子元器件，1996，(12)：43.
［4］腾启太郎，青木宗和，齐腾贵之，et al.电源用双电层电容器的研究及其应用［j］.nec技报，1995，48(10)：18～21.
