混合超级电容器提供储能替代方案

可充电电池和超级电容器各有优缺点，但将两种技术合并为单一结构的混合设计可以克服每种技术的许多局限性。

双电层电容器 (EDLC)——通常被称为“超级电容器”，有时也称为“超级电容器”——是一种令人惊叹的无源储能元件。由于其多法拉的高电容和小尺寸，它提供了体积和重量的高密度能量存储。在一些遥感、物联网和能量收集源应用中，超级电容器是可充电电池的替代品；在其他情况下，它们与电池结合使用，以克服那些基于电化学的储能组件的一些弱点。并不是说一个天生就比另一个好；相反，超级电容器和可充电电池（无论化学性质如何）各有其相对的优势和劣势。应用程序的优先级决定了哪一个最有意义，或者在某种串联安排中两者都需要。

还有另一种有趣的替代方案，可以选择一个或什至两个作为两个分立元件：混合超级电容器。这种储能设备不仅仅是可充电电池和超级电容器的明显联合包装。相反，它使用了一种独特的结构，其中单个组件同时是一个超级电容器和一个锂离子电池，图 1（有关详细信息，请参阅参考资料）。

图 1：混合超级电容器结构的顶层视图表明它不是一个超级电容器和一个共享单个两端封装的电池。（图片来源：太阳诱电）

这些混合超级电容器的供应商包括太阳诱电（该公司称其为锂离子超级电容器，技术上非常正确）、伊顿和麦克斯韦科技公司（现为特斯拉的一部分）。

有许多张贴的表格提供了标准超级电容器和锂离子充电电池之间的比较（表 1）。请记住，正如您所料，每个资源和供应商都有不同的观点，而且技术本身也在快速发展。

表 1：比较了超级电容器与锂离子充电电池的顶级特性；每个可能有一组不同的条目，具体取决于信息来源和时间。（图片来源：Maxwell Technologies, Inc.，来自 Battery University）

尽管这些混合超级电容器具有明显的优点，但我对混合设备和结构的总体感觉总是很复杂。一方面，两种技术或材料的结合往往能让我们在克服一些弱点的同时保留各自的优点。这不仅适用于电子产品：想想用钢筋加固的混凝土，或用作最新一代飞机机身和附件的蒙皮的碳纤维增强聚合物 (CFRP)。

同时，这些组合有时也会出现新的缺点。例如，与单一用途的优化单元相比，多功能测试设备可能具有降低的规格或某些灵活性限制。广为人知的“瑞士军刀”就是一个非电动的例子：它的每个单独的工具可能“足够好”，但绝对不如专用工具；尽管如此，整体刀片/附件组合和包装在尺寸、重量和成本方面都带来了好处。

对于混合超级电容器，还有一个管理问题。锂离子充电电池在监督充电和放电率、库仑计数和温度（引用几个因素）方面有其特定的需求——超级电容器有自己的可比列表。那么，如何管理混合超级电容？策略是否会发生冲突，或者它们是否足够相似以至于单一方法可以用于两端混合？

我想到了隧道二极管：尽管它具有吸引人的性能特征，但作为没有明显输入-输出-接地连接的两端器件，实际使用起来相当困难，因此不受欢迎； PIN 二极管也是如此（只需看看它的一些应用电路原理图）。也许最近推出的 Maxim MAX38889 等 IC 是一款 2.5V 至 5.5V、3A 可逆降压/升压稳压器，针对超级电容备份应用进行了优化，两者都能很好地工作？（图2）

图 2：MAX38889 专门针对超级电容器管理；电路中也可能有电池。（图片来源：Maxim Integrated Products）