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超级电容器的充放电实验曲线测试

一、实验目的

了解超级电容器结构组成以及工作原理，理解超级电容器等效电路模型，学

会绘制超级电容器充放电曲线。

二、超级电容器结构以及工作原理

超级电容器通常包含双电极、电解质、集流体、隔膜四个部件。超级电容器

电极由多孔材料在金属薄膜（常用铝）上沉积而成，而活性炭则是常用的多孔材

料。充电时，电荷存储于多孔材料和电解质之间的界面上。电解质的选择往往是

电容器单体电压和离子导电性之间妥协的结果，追求离子导电性的最大化可能会

导致所选择的电解质分解电压低至1V。隔膜通常是纸，起绝缘作用，可以防止

电极之间任何的导电接触。必须能够浸泡在电解质中，并且不影响电解质的离子

导电性。

超级电容器是利用双电层原理的电容器。当外加电压加到超级电容器的两个

极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，

在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形

成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间

的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫

做双电层，因此电容量非常大。当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位

时，电解液界面上电荷不会脱离电解液，超级电容器为正常工作状态（通常为3V

以下），如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时，电解液将分解，

为非正常状态。由于随着超级电容器放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，

电解液的界面上的电荷相应减少。

三、实验线路图

四、实验步骤

1、充电实验

按照实验线路图连接电路，将开关接到K端，使电源接入电路中，实现超级

电容的充电过程，通过串口命令记录电流和电压。

2、放电实验

在超级电容器充电完成后，将开关接到另一端，将电源断开，实现超级电容

的放电过程，通过串口命令记录电流和电压。

五、注意事项

1、超级电容器具有固定的极性。在使用前，应确认极性。

2、超级电容器应在标称电压下使用。当电容器电压超过标称电压时，将会

导致电解液分解，同时电容器会发热，容量下降，而且内阻增加，寿命缩短，在

某些情况下，可导致电容器性能崩溃。

3、超级电容器不可应用于高频率充放电的电路中，高频率的快速充放电会

导致电容器内部发热，容量衰减，内阻增加，在某些情况下会导致电容器性能崩

溃。

4、外界环境温度对于超级电容器的寿命有着重要的影响。电容器应尽量远

离热源。

5、安装超级电容器后，不可强行倾斜或扭动电容器，这样会导致电容器引

线松动，导致性能劣化。

6、当超级电容器进行串联使用时，存在单体间的电压均衡问题，单纯的串

联会导致某个或几个单体电容器过压，从而损坏这些电容器，整体性能受到影响，

故在电容器进行串联使用时，需得到厂家的技术支持。

仪器选择:东莞富晖电子

优点：内阻小，正常使用寿命可以达到100万次充放电

六、实验数据处理

1、充电曲线

充电过程中电压随时间的变化

30

25

20

)

V

(15

压

电

10

5

0

1234567890123456789012345678

123456780123456789123456789

1111111111222222222

时间(s)

充电过程中电流随时间的变化

3

2.5

2

)

A

(1.5

流

电

1