TDK双电层电容器的原理、特点及种类

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）的原理

双电层电容器（EDLC/超级电容器）的种类

TDK双电层电容器（EDLC/超级电容器）的产品系列和结构

TDK双电层电容器（EDLC/超级电容器）的特点

耐充放电循环

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

电池辅助： 电池驱动过程中改写画面时的电源辅助/电子纸

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

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

电源辅助： 指纹传感器动作时的电池辅助/指纹认证卡

电源备份： 失电时的电源备份/SSD

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/无电池无线通信传感器

再生能源蓄电： 将再生能源蓄成电，对电池提供辅助/小型电机

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1TDK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。

种类	特点
双电层电容器 (EDLC/超级电容器)		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
	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)	168KB
	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	152KB
	2.6mm	500mF	35mΩ (1kHz)	-40 ~ +70°C	EDLC262520	152KB
	2.7mm	500mF	4.2V(连续) 5.5V(顶峰)	95mΩ (1kHz)	-20 ~ +85°C	EDLC302520 (事前准备)	164KB
	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	152KB
	3.8mm	500mF	3.2V(连续) 4.2V(顶峰)	70mΩ (1kHz)	-30 ~ +85°C	EDLC381420	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5TDK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8TDK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

应用注释

D级放大器用推荐产品
（噪声抑制滤波器 、LPF用电感器、带ESD保护功能的陷波滤波器）

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

应用指南

智能仪表

白皮书

用于智能仪表的EDLC (超级电容器)

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

解决方案指南

面向NFC电路的总体解决方案

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

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