超級電容器，又稱電化學電容器、電雙層電容器、黃金電容器和法拉電容，是20世紀70年代和80年代開發(fā)的一種電化學元件，使用極化電池電解液來儲存能量。

 

超級電容器的介紹

與傳統(tǒng)的化學電源不同，超級電容器是一種介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的特殊性質的電源。它們主要依靠電雙層和氧化還原假電容器來儲存電能。然而，在超級電容器的能量存儲過程中沒有發(fā)生化學反應。這種能量存儲過程是可逆的，正是因為如此，超級電容器可以反復充電和放電數(shù)十萬次。

超級電容器結構的具體細節(jié)取決于超級電容器的應用和使用。這些材料可能因制造商或具體應用需求而略有不同。超級電容器的共同點是，它們包含一個陰極電極，一個陽極電極，以及兩個電極之間的分離器，電解質填充由兩個電極和分離器分隔的兩個孔隙。

 

 

超級電容器是由具有高比表面積的多孔電極材料、多孔電池隔膜和電解質組成。我們的網(wǎng)站還有一篇關于電池分離器的五大電池分離器公司的文章，幫助你了解更多關于電池分離器的信息。分離劑應滿足具有盡可能高的離子電導率和盡可能低的電子電導率的條件，一般是具有纖維結構的電子絕緣材料，如聚丙烯薄膜。電解液的類型是根據(jù)電極材料的特性來選擇的。

 

超級電容器的分類

根據(jù)超級電容器的不同儲能機制，可分為以下兩類：

● 雙電層電容： 作為一種超級電容器，它是由電極/溶液界面的電子或離子的定向排列引起的電荷對抗而產生。對于一個電極/溶液系統(tǒng)，在電子導電的電極和離子導電的電解質溶液的界面上形成一個電雙層。

當電場施加在兩個電極上時，溶液中的陰離子和陽離子分別遷移到正負電極上，在電極表面形成電雙層。電場消除后，電極上的正負電荷會吸引溶液中帶相反電荷的離子來穩(wěn)定電雙層，使正負電極之間產生相對穩(wěn)定的電位差。

此時，對于某一個電極，在一定距離內會產生相當于電極上電荷的各向異性離子電荷（分散層），從而保持電中性。當兩極連接到外部電路時，電極上的電荷遷移，在外部電路中產生電流，而溶液中的離子遷移到溶液中，成為電中性。這就是雙電層電容器的充放電原理。

● 法拉第準電容： 作為一種超級電容器，其理論模型是由康威首先提出的。它是電活性物質在電極表面和近表面或體相的二維或準二維空間的欠電位沉積，并發(fā)生高度可逆的化學解吸和REDOX反應，產生與電極充電電位有關的電容。

對于法拉第準電容器，儲存電荷的過程不僅包括在電雙層上的儲存，還包括電解質離子和電極活性材料之間的氧化還原反應。

 

 

當電解液中的離子（如H+、OH-、K+或Li+）在外電場的作用下從溶液中擴散到電極或溶液界面時，會通過界面上的REDOX反應進入電極表面的活性氧化物的體相中，從而在電極中儲存大量的電荷。

放電時，這些進入氧化物的離子將通過上述REDOX反應的逆反應回到電解液中，同時，儲存的電荷將通過外部電路釋放出來，這就是法拉第準電容器的充放電機制。

 

超級電容器的優(yōu)點和缺點

超級電容器的優(yōu)點

● 在很小的體積內就可以達到法拉第級別的電容；
● 不需要專門的充電電路和控制放電電路；
●與電池相比，過度充電和過度放電不會對其壽命產生不利影響；
●從環(huán)境保護的角度考慮，它是一種綠色能源；
●超級電容器可以焊接，所以不存在像電池那樣的弱接觸問題。

 

超級電容器的劣勢

● 使用不當可能造成電解液泄漏等現(xiàn)象；

● 與鋁電解電容相比，其內阻較大，所以不能用于交流電路。

 

超級電容器被稱為 “超 “的原因

超級電容器可以被看作是兩個懸浮在電解質中的非活性多孔電極板。當電源施加到板上時，陰極板吸引電解質中的陽極離子，而陽極板吸引陰極離子，這實際上形成了兩個電容性存儲層。分離的陰極離子在負極板附近，陽極離子在陰極板附近?？梢钥闯墒莾蓚€懸浮在電解質中的非活性多孔電極板。

當電源加到板上時，陰極板吸引電解液中的陽極離子，而陽極板吸引陰極離子，這實際上形成了兩個電容性存儲層。分離的陰極離子靠近陽極板，而陽極離子靠近陰極板。超級電容器在分離的電荷中儲存能量，用于儲存電荷的面積越大，分離的電荷越密集，電容就越大。

與超級電容器相比，傳統(tǒng)電容器的面積是導體的平面面積。為了獲得更大的容量，導體材料要經(jīng)過長時間的軋制，有時還要使用特殊結構來增加其表面積。在傳統(tǒng)的電容器中，絕緣材料被用來分離它的兩個極板，一般是塑料薄膜、紙張等。這些材料通常要求盡可能的薄。

 

 

超級電容器的面積以多孔碳材料為基礎，其多孔結構使其面積達到2000平方米/克，有些措施使其表面積更大。超級電容器電荷分離的距離是由吸引到帶電電極的電解質離子的大小決定的。這個距離（<10埃）比傳統(tǒng)電容器薄膜材料所能實現(xiàn)的要小。

巨大的表面積與極小的電荷分離距離相結合，使得超級電容器與傳統(tǒng)的電容器相比具有驚人的靜電容量，這也是其 “超”。

 

控制超級電容器的放電

超級電容器的電阻使其不能快速放電。超級電容器的時間常數(shù)τ在1至2s之間。對于電阻性和電容性電路來說，完全放電大約需要5τ，這意味著短路放電大約需要5到10s（由于電極的特殊結構，它們實際上需要幾個小時才能完全釋放剩余的電荷）。

超級電容器可以快速充電和放電，峰值電流只受其內部電阻的限制，即使是短路也不致命。事實上，這取決于電容器單元的大小。對于匹配的負載，小單元可以放10A，大單元可以放1000A。另一個限制放電率的條件是熱量。反復以激進的速率放電會增加電容器的溫度，最終導致開路。