近十年超级电容器领域的重大突破
中国储能网讯：与传统电容器相比，超级电容器具有更大的比电容、更高的能量密度、更长的使用寿命等特点，而与锂离子电池相比，超级电容器又具有更高的功率密度、更长的使用寿命及绿色环保等优点。超级电容器在未来储能器件领域占有绝对的优势，在军事、混合动力汽车、智能仪表等诸多领域具有广泛的应用前景。
随着社会的快速发展和人口的急剧增长，资源消耗日益增加，能源危机迫在眉睫，因此，寻找清洁高效的新能源与能源存储技术及装置已成为备受关注的研究课题。与传统电容器相比，超级电容器具有更大的比电容、更高的能量密度、更长的使用寿命等特点，而与锂离子电池相比，超级电容器又具有更高的功率密度、更长的使用寿命及绿色环保等优点。超级电容器在未来储能器件领域占有绝对的优势，在军事、混合动力汽车、智能仪表等诸多领域具有广泛的应用前景。
超级电容器是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能
器件，通过在电极材料和电解质界面快速的离子吸脱附或完全可逆的法拉第氧化还原反应来存储能量，根据储能与转化机制的不同可将超级电容器分为双电层电容器(Electric double layer capacitors，EDLC)和法拉第准电容器(又叫赝电容器，Pseudocapacitors)。双电层电容器是建立在双电层理论基础之上的，1879年，Helmholz发现了电化学界面的双电层电容性质;1957年，Becker申请了第一个由高比表面积活性炭作电极材料的电化学电容器方面的专利(提出可以将小型电化学电容器用做储能器件);1962年，标准石油公司(SOHIO)生产了一种6V的以活性碳(AC)作为电极材料、以硫酸水溶液作为电解质的超级电容器，1969年，该公司首先实现了碳材料电化学电容器的商业化;1979年，NEC公司开始生产超级电容(Super CaPACitor)，开始了电化学电容器的大规模商业应用。随着材料与工艺关键技术的不断突破，产品质量和性能不断得到稳定和提升，到了九十年代末开始进入大容量高功率型超级电容器的全面产业化发展时期。超级电容器作为电化学能源存储领域的前沿研究方向之一，近十年内有多个突破性工作，其发展也向着小型化、柔性化、平面化等方向发展。
石墨烯在实验室中是2004年被发现的，当时英国曼彻斯特
大学的两位科学家安德烈˙杰姆和克斯特亚˙诺沃
消洛夫发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的
石墨薄片。石墨烯具有优异的电导性、超高的比理论表面积、稳定的物理化学特性等特点，因此石墨烯基超级电容器具有优异的电化学性能，如高的比容量、极长的寿命、极小的阻力等。目前石墨烯基超级电容器研究成为储能领域的一大热点，石墨烯基电极材料有望全面超越传统碳材料而得到广泛应用。然而石墨烯团聚导致的低表面积和长离子传输路径严重限制了石墨烯基电容器的应用价值，因此人们一直致力于制备大比表面积、短离子传输路径的石墨烯基电极材料。图1 商业超级电容器实物图(a, b)，混合动力汽车中的超级电容器电源(c)
在下面的内容中，材料人网为大家推荐几篇材料科学领域内超级电容器方向的ESI高被引文章，并按发文时间顺序对十年来的优秀文章内容及其通讯作者加以介绍，旨在为读者了解超级电容器高质量文献以及这一领域的研究团队提供便利。
文献一Preparation and acterization of graphene oxide
paper.
(Nature , 2007,DOI:10.1038/nature06016)被引频次：2551图2 氧化石墨烯纸的形态和结构
自支撑的纸型和薄膜型材料已经是当今社会技术中的一部分，它们可以应用在保护圈、化学滤器、电池和超级电容器的组分、粘结层以及分子存储等方面，纳米级的无机纸型材料(比如剥离的蛭石和云母板)已经受到很多关注，而且已经作为保护涂料、高温粘结剂、介质阻挡和气体防渗膜等材料商业化。来源于巴奇纸的碳纳米管显示出优异的机械和电子性能，使它可能应用于燃料电池和结构复合物。文章报道了一种氧化石墨烯纸的制备和表征，这种氧化石墨烯纸是单个氧化石墨烯片层定流控制制备的碳基膜材料。这种新型材料在刚度和强度上超过其他很多纸型材料，这种材料结合了宏观上刚性和柔性两种优点，纸型的片层之间有很大的表面相互作用力，其褶皱也处于原子级别，褶皱形态处于亚微米级别，这些条件使材料的宏观样品具有高效的载荷分布，也使材料相比于传统的碳基、黏土基纸更有弹性。类似于氧化石墨烯的廉价原始材料促进了大面积纸型片层的制备，同时可
以应用于可控渗透过滤膜、各向异性离子导体、超级电容器、分子储存材料等。石墨烯氧化纸也可以掺杂或作为物质载体制备含有聚合物、陶瓷和金属的混合材料。另外，分层的氧化石墨烯片层表面有许多化学官能团使材料具有更多功能。
通讯作者Ruoff教授，2014年之前任美国德克萨斯大学奥斯汀分校(University of Texas at Austin)材料科学与工程讲席教授，现已通过韩国杰出科学家计划引进至韩国蔚山国立科技大学(UNIST)，担任韩国基础科学研究院(Institute for Basic Science)多维碳材料研究研究中心(Center for Multidimensional Carbon Materials)主任。作为知名碳材料研究专家，Ruoff教授1988年在University of
Illinois-Urbana获得化学物理博士学位，1988-1989在Max Planck Institute fuer Stroemungsforschung任Fulbright Fellow。他曾经于2002-2007年间在美国西北大学作为John Evans Professor并在该校的Biologically Inspired Materials Institute担任Director。至今Ruoff教授已经在化学、物理、材料科学、机械工程以及生物医药工程等领域发表超过360篇研究论文，并被Thomson Reuters评为2000-2010最顶尖的100名材料科学家之一(排名第16)。他是多家国际期刊的主编或者编委，并曾获得多项国际学术界
奖项。Ruoff教授在材料领域尤其在碳纳米材料领域有着深厚的造诣，曾经在金刚石、富勒烯、纳米碳管和石墨烯领域做出了多项杰出工作，在Science和Nature期刊上发表多篇文章。
文献二 Graphene-based electrochemical supercapacitors.
( Journal of Chemical Sciences,2008,DOI:
10.1007/s12039-008-0002-7 ) 被引频次：475图3 石墨烯基超级电容器伏安特性及比电容
2008年，Vivekchand等人首次将石墨烯作为超级电容器电极材料。文章介绍了由三种不同的方法制备石墨烯作为电化学超级电容器的电极材料。制备的石墨烯比表面为925 m2/g，在1.0 mol/L H2SO4中，其比容量为117 F/g，当以电压窗口较宽离子液体N-甲基丁基吡咯烷二(三氟甲基磺酰)亚胺
盐(PYR14TFS)为电解质时，其比容量和能量密度分别为71 F/g和31.9 Wh/kg。
通讯作者C.N.R.Rao教授，Rao先生1958年获得美国普渡大学博士学位，1960年获得印度麦索尔大学博士学位，他曾经担任印度科学院院长，现在担任第三世界科学院院长。Rao 先生主要是在凝聚太材料和分子结构方面有造诣，另外他曾当选为很多国家科学院院士或者研究院的院士。
文献三Graphene-based ultracapacitors.
(Nano letters,2008, DOI: 10.1021/nl802558y) 被引频次：4010图4 电池组装测试示意图
此后，以石墨烯为核心的储能材料在超级容器中的研究迅速发展起来。单个石墨烯片的比表面积可达2630 m2 / g，这个值远远大于现在使用活性炭做电极材料的电化学双电层
电容器。Stoller等人以水合肼作为还原剂，在100 °C的油浴中将石墨烯氧化(Graphene Oxide, GO)还原成石墨烯，虽然具有一定程度的团聚，但其比表面可达705 m2/g，在
KOH电解质中其比容量为135 F/g，在TEABF4 /AN电解质中比电容为99 F/g，但水合肼毒性较大。Stoller等人的研究团队开创了一种新的碳材料，称之为化学改性石墨烯(CMG)。CMG材料来源于一个原子层厚的碳片，根据所需功能化，研究者们研究了该材料在超级电容器中的性能。此外，高导电性使这些材料在一个广泛的电压窗口内有良好的性能。
注：【通讯作者Ruoff教授，同文献1】
文献四Graphene-Based Supercapacitor with an Ultrahigh Energy Density.
(Nano Lett., 2010, DOI: 10.1021/nl102661q) 被引频次：1170图5 弯曲的石墨烯片层的SEM和TEM图片
石墨烯基电极的超级电容器在室温下显示出优异的比能量
密度85.6Wh/kg，80℃下可达136Wh/kg，这些能量密度可以和镍金属氰化物电池的值相比。制备弯曲石墨烯片层重要的
关键是要充分利用内在比电容和单层石墨烯的比表面积。弯曲形态确保了中孔的形成在大于4V的工作电压下可以通过离子液体。
通讯作者张博增，纳米石墨烯专家，中央"千人计划"专家。美国莱特州立大学(Wright State University)的工程与计算科学学院教授。1982-2002在Auburn University曾先后担任助理研究员、教授，2002-2005在North Dakota State University任教授，2005至今，在美国莱特州立大学(Wright State University)的工程与计算科学学院任教授和院长。主要从事材料科学与新材料制备方面的研究工作，获得100多项美国专利，在国际会议和学术杂志上发表300多篇学术论文，曾任Science and Engineering of Composite Materials, an international journal、International Materials Review杂志国际编委和the Journal of Manufacturing Systems and the Journal of Manufacturing Processes杂志副主编，兼职于美国多个大学、研究单位和国际学术组织。
文献五Ni(OH)2 Nanoplates Grown on Graphene as Advanced
Electrochemical Pseudocapacitor Materials.
( J. Am. Chem. Soc., 2010, DOI: 10.1021/ja102267j) 被引频次：1118图6 Ni(OH)2/GS 复合材料的SEM和TEM图片
Ni(OH)2纳米晶体上生长不同氧化程度的石墨烯片层作为电化学赝电容材料是一种十分有潜力的储能应用材料。单晶Ni(OH)2六边形纳米片直接生长在轻度氧化、表面导电的石墨烯片层上，复合材料显示出高的比电容约为1335F/g和优异的循环性能。高的比电容和快速的充放电能力很有前途应用于能量密度和功率密度超高的超级电容器。预制备
Ni(OH)2六边形纳米片和石墨烯进行一个简单的物理混合显示出较低的比电容，凸显出直接在石墨烯纳米材料的重要性，赋予了活性纳米材料和导电石墨烯网络之间紧密的相互作用和有效电荷传输。单晶Ni(OH)2六边形纳米片直接生长在石墨烯片层上的性能要优于在小的Ni(OH)2纳米颗粒上生长高度氧化的、电绝缘的网状石墨烯。
通讯作者戴宏杰，男，1966年5月出生于湖南邵阳，斯坦
福大学终身教授，国际著名纳米技术专家，湖南大学客座教授。2009年当选美国科学与艺术学院院士，2011年当选美国科学促进会会士，2004年获得"裘利斯史普林格应用物理奖"，2011年2月10日，入选2000-2010年全球顶尖一百化学家名人堂榜单，总排名第7，华人排名第1。长期从事碳纳米材料的生长合成、物理性质研究、纳米电子器件研发，以及纳米生物医学以及能源材料等方面的研究，在上述领域都取得了卓越的成就，并获得了广泛的影响，是国际碳纳米材料研究领域的领军人物之一。
文献六Carbon-Based Supercapacitors Produced by Activation of Graphene.
(Science, 2011, DOI: 10.1126/science.1200770) 被引频次：2253图7 微波剥离还原GO示意图
超级电容器在广泛使用的过程中由于其低能量密度和相对较高的有效的串联电阻而受到限制，使用电化学活化方法来剥离石墨烯，研究者们合成了一种比表面积高达3100m2/g
的多孔碳，这种材料具有高的导电率和低的氧氢含量，靠sp2键结合的碳具有连续且高度弯曲的三维网状结构，原子层墙最初的形成厚度为0.6-5纳米宽度的孔隙，使用这种碳材料组装的两电极超级电容器有着高的质量电容和高能量密度，而且文章中的方法甚至可以发展到产业化中。
注：【通讯作者Ruoff教授，同文献1】
文献七3D Graphene_Cobalt Oxide Electrode for
High-Performance Supercapacitor and Enzymeless Glucose Detection.
(ACS Nano, 2012, DOI: 10.1021/nn300097q) 被引频次：689图8 3D石墨烯/Co3O4纳米线复合材料
文章通过两步路线合成复合材料，一步是简单的水热合成过程，二是Co3O4纳米线化学气相沉积原位生长在三维石墨烯泡沫上，制备出稠密的直径统一，结晶度高的 Co3O4纳米线，
外面包覆着三维石墨烯骨架。由于石墨烯优良的机械性能，尽管3D石墨烯/ Co3O4复合材料的质量比较轻，仍可以作为独立电极使用，并且这种单片三维电极在超级电容器的使用中显示出优异的性能。首先，无缺陷的石墨烯泡沫提供了三维多用性和高导电性通道，以此确保了电荷的快速转移和传导;其次，Co3O4纳米线显示出优异的电化学性能和电催化性能;最后，3D石墨烯/Co3O4复合电极提供了巨大有效的活性面积。
通讯作者陈鹏教授，新加坡南洋理工大学教授，主要研究生物纳米技术领域，如纳米材料在传感，生物成像，药物传递，和光线疗法等领域的应用，同时组里面还有电池等方面研究方向。陈鹏教授在中国浙江大学获得学士和硕士学位，于2002年在密苏里大学哥伦比亚完成了他的博士学位研究，在哈佛大学经过一段时间的博士后训练，于2005年加入了南洋理工大学助理教授(新加坡)。目前是一个化学与生物医学工程学院的教授。陈教授的研究着重于纳米材料(特别是石墨烯材料)和他们在生物成像和能源设备中的应用。
文献八The chemistry of two-dimensional layered transition metal dichalcogenide nanosheets.
(NATURE CHEMISTRY, 2013, DOI: 10.1038/nchem.1589)被引频次：1766图9 TMDs催化的析氢反应
层状过渡金属硫化物(TMDs)制备的超薄二维纳米片，从根本上和技术上都十分引人注目。与石墨烯表相比他们有更多种的化学性能和制备方法。单层或者几层的TMDs 是直接带隙半导体，带隙决定于他们的组分、结构和维数，TMDs可以通过块体材料剥落获得或者采用自下而上法的合成。在本文中介绍了如何调控TMDs的电子结构，使他们具有广泛的实际应用。TMDs作为制氢和加氢脱硫的电化学活性催化剂已经开始研究，同时也作为光电子材料的活性物质开始使用。他们的形态和性能也可用于储能应用，比如锂离子电池和超级电容器的电极材料。
通讯作者 Manish Chhowalla，美国罗格斯大学材料科学与工程系教授，于1992年本科毕业于罗格斯大学，1998年博
士毕业于剑桥大学。Manish Chhowalla教授在二维层状材料方面研究取得很大成绩，期间在Nature Nanotechnology报道了关于1T金属相MoS2基超级电容器的研究进展，在Science上发表论文，报道了一种采用仅需1-2秒的微波法制备出高质量石墨烯。
文献九Graphene, related two-dimensional crystals, and hybrid systems for energy conversion and storage.
(Science,2015,DOI: 10.1126/science.1246501) 被引频次：386图10 GRMs的能源应用
在光伏器件、燃料电池、电池、超级电容器等中石墨烯的集成，为不断增加的全球能源驱动的需求设备提供了机遇和应对挑战。石墨烯天然的二维特性具有超高的比表面积，可达2200m2/g，同时也兼顾有高导电性和柔性，使石墨烯成为电荷储存、离子储存和氢气储存的有效材料。其他二维晶体，比如过渡金属硫族化合物(TMDs)和过渡金属氧化物，也成为能源应用很有前景的选择。使用二维晶体这样的优势，采用
旋凃过程或者叠层组装方法，有可能根据“需求”创造和设计出分层人工结构。
通讯作者Francesco Bonaccorso，意大利国家研究委员会会员，在剑桥大学工程系(英国)、范德堡大学物理和天文学院(美国)工作后，获得了意大利墨西拿大学的物理学博士学位。2009年6月，他在剑桥大学被授予皇家学会牛顿国际奖学金，同时他在剑桥休斯大厅入选了一个研究课题，在那里，他还进修了一个文科硕士学位。目前，他在意大利理工学院的石墨烯实验室领导一个加工成型小组。他在欧洲石墨烯旗舰计划组里负责制定未来十年技术路线图。他的研究兴趣包括纳米材料的溶液处理，它们的光谱特性，以及聚合物复合材料在太阳能电池、发光器件、锂离子电池和超快激光器中的应用。
关键字:超级电容器
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超级电容器的工作原理 根据存储电能的机理不同，超级电容器可分为双电层电容器(Electric double layer capacitor, EDLC)和赝电容器(Pesudocapacitor)。 2.1 双电层电容器原理 双电层电容器是通过电极与电解质之间形成的界面双层来存储能量的新型元器件，当电极与电解液接触时，由于库仑力、分子间力、原子间力的作用，使固液界面出现稳定的、符号相反的双层电荷，称为界面双层。 双电层电容器使用的电极材料多为多孔碳材料，有活性炭(活性炭粉末、活性炭纤维)、碳气凝胶、碳纳米管。双电层电容器的容量大小与电极材料的孔隙率有关。通常，孔隙率越高，电极材料的比表面积越大，双电层电容也越大。但不是孔隙率越高，电容器的容量越大。保持电极材料孔径大小在2,50 nm 之间提高孔隙率才能提高材料的有效比表面积，从而提高双电层电容。 2.2 赝电容器原理 赝电容，也叫法拉第准电容，是在电极材料表面或体相的二维或准二维空间上，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸附/脱附或氧化/还原反应，产生与电极充电电位有关的电容。由于反应在整个体相中进行，因而这种体系可实现的最大电容值比较大，如吸附型准电容为2 000×10–6 F/cm2。对氧化还原型电容器而言，可实现的最大容量值则非常大[9]，而碳材料的比容通常被认为是20×10–6 F/cm2，因而在相同的体积或重量的情况下，赝电容器的容量是双电层电容器容量的10,100 倍。目前赝电容电极材料主要为一些金属氧化物和导电聚合物。
金属氧化物超级电容器所用的电极材料主要是一些过渡金属氧化物， 如:MnO2、V2O5、 2、NiO、H3PMo12O40、WO 3、PbO2和Co3O4等[10]。金属氧化物作为超级电容器电RuO2、IrO 极材料研究最为成功的是RuO2，在H2SO4电解液中其比容能达到700,760 F/g。但RuO2稀有的资源及高昂的价格限制了它的应用。研究人员希望能从MnO2及NiO等贱金属氧化物中找到电化学性能优越的电极材料以代替RuO2。用导电聚合物作为超级电容器的电极材料是近年来发展起来的。聚合物产品具有良好的电子电导率，其典型的数值为1,100 S/cm。一般将共轭聚合物的电导性与掺杂半导体进行比较，采用术语“p掺杂”和“n掺杂”分别用于描述电化学氧化和还原的结果。导电聚合物借助于电化学氧化和还原反应在电子共轭聚合物链上引入正电荷和负电荷中心，正、负电荷中心的充电程度取决于电极电势[9]。导电聚合物也是通过法拉第过程大量存储能量。目前仅有有限的导电聚合物可以在较高的还原电位下稳定地进行电化学n型掺杂,如聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩等。现阶段的研究工作主要集中在寻找具有优良的掺杂性能的导电聚合物，提高聚合物电极的充放电性能、循环寿命和热稳定性等方面。 超级电容器作为一种新型的储能元件，具有如下优点: (1)超高的容量。超级电容器的容量范围为0.1,6 000 F，比同体积的电解电容器容量大2 000,6 000倍。 (2)功率密度高。超级电容器能提供瞬时的大电流，在短时间内电流可以达到几百到几千安培，其功率密度是电池的10,100倍，可达到10×103 W/kg左右。 (3)充放电效率高，超长寿命。超级电容器的充放电过程通常不会对电极材料的结构产生影响，材料的使用寿命不受循环次数的影响，充放电循环次数在105以
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910329700.8 (22)申请日 2019.04.23 (71)申请人 西北工业大学深圳研究院 地址 518057 广东省深圳市南山区高新南 九道45号 申请人 西北工业大学 (72)发明人 谢科予 沈超 胡竟志 徐照华 魏秉庆 (74)专利代理机构 西安通大专利代理有限责任 公司 61200 代理人 徐文权 (51)Int.Cl. H01G 11/26(2013.01) H01G 11/84(2013.01) H01G 11/86(2013.01) (54)发明名称 基于电化学增材制造的柔性微型超级电容 器及其制备方法 (57)摘要 本发明提供了一种基于电化学增材制造的 柔性微型超级电容器及其制备方法，根据超级电 容器微型化要求选择满足尺寸的柔性基底，并对 柔性基底表面进行亲疏水性处理；在柔性基底表 面采用导电材料制备集流体；根据超级电容器的 电极材料，配置电解液，送入增材制造的打印针 管中，并在打印针管与基底之间施加电压，形成 由打印针管-电解液-集流体构成的微型电解池， 并打印制备柔性电极；利用增材制造的方式，将 聚合物电解质打印于电极之上，形成柔性微型超 级电容器。该方法具有材料局限性小，工艺简单， 成本低廉。选用平面式电极结构，通过合理的材 料选择以及结构优化，可以有效的降低制备成 本， 提升器件的电化学性能。权利要求书1页 说明书4页 附图2页CN 110085444 A 2019.08.02 C N 110085444 A
超级电容器原理及电特性 Principle & Electric characteristics of Ultra capacitor 辽宁工学院陈永真孟丽囡宁武 Chen Yongzhen Liao Ning Institute of Technology 摘要：叙述了超级电容器的基本结构和工作原理，比较全面地介绍了超级电容器的特点和在特定测试条件下的电特性，分析了如较大的ESR、发热等特殊电特性产生的原因，提出一些注意事项。 关键词：超级电容器 ESR 放电电流 Abstract:Basic structure & principle of ultra-capacitor are described in this paper. The characteristics about ultra-capacitor and electric characteristics in special measuring conditions are also introduced in detail. Some reasons of special electric characteristics are analyzed, such as big ESR and heat, at last some attentions are also put forward. Key words: ultra-capacitor ESR Discharging current 超级电容器是一种高能量密度的无源储能元件，随着它的问世，如何应用好超级电容器，提高电子线路的性能和研发新的电路、电子线路及应用领域是电力电子技术领域的科技工作者的一个热门课题。 1. 级电容器的原理及结构 1.1 超级电容器结构 图一为超级电容器的模型，超级电容器中，多孔化电极采用活性炭粉和活性炭和活性炭纤维，电解液采用有机电解质，如丙烯碳酸脂（propylene carbonate）或高氯酸四乙氨（tetraetry lanmmonium perchlorate）。工作时，在可极化电极和电解质溶液之间界面上形成的双电层中聚集的电容量c由下式确定： 其中ε是电解质的介电常数，δ是由电极界面到离子中心的距离，s是电极界 面的表面面积。 由图中可见，其多孔化电极是使用多孔性的活性碳有极大的表面积在电解液中吸 附着电荷，因而将具有极大的电容量并可以存储很大的静电能量，超级电容器的这一 特性是介于传统的电容器与电池之间。电池相较之间，尽管这能量密度是5%或是更 少，但是这能量的储存方式，也可以应用在传统电池不足之处与短时高峰值电流之中。 这种超级电容器有几点比电池好的特色。 图1超级电容器结构框图 1.2 工作原理 超级电容器是利用双电层原理的电容器，原理示意图如图2。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响应减少。由此可以看出：超级电容器的充放电过程始终是物理过程，没有化学反应。因此性能是稳定的，与利用化学反应的蓄电池是不同的。 2.3 主要特点 由于超级电容器的结构及工作原理使其具有如下特点：
中心议题： 超级电容器基本原理 与传统电容器、电池的区别 解决方案： 超级电容器在刹车时再生能量回收 在启动和爬坡时快速提供大功率电流 现在，城市污染气体的排放中，汽车已占了70％以上，世界各国都在寻找汽车代用燃料。由于石油短缺日益严重人们都渐渐认识到开发新型汽车的重要性，即在使用石油和其它能源的同时尽量降低废气的排放。 超级电容器功率密度大，充放电时间短，大电流充放电特性好，寿命长，低温特性优于蓄电池，这些优异的性能使它在电动车上有很好的应用前景。 在城市市区运行的公交车，其运行线路在20公里以内，以超级电容为唯一能源的电动汽车，一次充电续驶里程可达20公里以上，在城市公交车将会有广阔的应用前景。 电动汽车属于新能源汽车，包括纯电动汽车，BEV）、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车（FuelCellElectricVehicle，FCEV）三种类型。它集光、机、电、化各学科领域中的最新技术于一体，是汽车、电力拖动、功率电子、智能控制、化学电源、计算机、新能源和新材料等工程技术中最新成果的集成产物。电动汽车与传统汽车在外形上没有什么区别，它们之间的主要区别在于动力驱动系统。 电动汽车采用蓄电池组作储能动力源，给电机驱动系统提供电能，驱动电动机，推动车轮前进。虽然电动汽车的爬坡度、时速不及传统汽车，但在行驶过程中不排放污染，热辐射低，噪音小，不消耗汽油，结构简单，使用维修方便，是一种新型交通工具，被誉为“明日之星”，受到世界各国的青睐。 超级电容器简介 超级电容器又称为电化学电容器，是20世纪年代末出现的一种新产品，电容量高达法拉级。以使用的电极材料来看，目前主要有3种类型：高比表面积碳材料超级电容器、金属氧化物超级电容器、导电聚合物超级电容器。 1基本原理 根据电化学电容器储存电能的机理的不同，可以将它分为双电层电容器，EDLC）和赝电容器（Pesudocapaeitor）。碳基材料超级电容器能量储存的机理主要是靠碳表面附近形成
功能材料课程报告 指导老师： 学院：材料科学与工程学院专业：材料加工工程 姓名： 学号： 日期: 2012 年7 月13 日
超级电容器电极材料研究现状及存在问题 摘要:电极材料是决定电容器性能的重要因素，高性能电极材料的开发是超级电容器研发的重点。本文主要讨论了超级电容器阳极材料的研究现状及存在问题，这些材料包括：碳材料、贵金属氧化物、导电聚合物和一些其他材料。复合或混合型电极材料可以显著提高超级电容器的综合性能，已经成为超级电容器电极材料发展的主要趋势。 关键词:超级电容器；电极材料；研究现状；存在问题
1电极材料的研究现状 1.1正极材料 目前用作超级电容器电极的材料主要有三类:碳材料、金属氧化物材料和导电聚合物材料。 1.1.1碳材料碳是最早被用来制造超级电容器的电极材料。碳电极电容器主要是利用储存在电极与电解液界面的双电层能量，其比表面积是决定电容器容量的重要因素。尽管高比表面的碳材料比表面积越大，容量也越大，但实际利用率并不高，因为多孔碳材料中孔径一般要2nm及以上的空间才能形成双电层，从而进行有效的能量储存。而制备的碳材料往往存在微孔(小于2nm)不足的情况。所以这个系列主要是向着提高有效比表面积和可控微孔孔径(大于2nm)的方向发展。除此之外，碳材料的表面官能团、导电率、表观密度等对电容器性能也有影响[1]。 碳电极电容器其电容的大小和电极的极化电位及电极比表面积大小有关，故可以通过极化电位的升高和增大电极比表面积达到提高电容大小的目的。电极/电解质双电层上可贮存的电量其典型值约为15~40μF·cm-2。选用具有高表面积的高分散电极材料可以获得较高的电容。对理想可极化体系而言，可通过无限提高充电电压而大量储存能量。但是，对于实际体系却受电极材料和电解液组成的电极系统的可极化性和溶剂分解的限制，可通过加大电极比表面积来增加电容值。电容C可由下式给出 C=ε·ε0Ad 式中:ε ε为电导体和内部赫姆霍兹面间区域的相对0为自由空间的绝对介电常数， 介电常数，A为电极表面积，d为导体与内赫姆霍兹面之间的距离。 近年来研究主要集中在提高碳材料的比表面积和控制碳材料的孔径及孔径分布，并开发出许多不同类型的碳材料，主要有: 多孔碳材料、活性碳材料、活性碳纤维、碳气溶胶以及最近才开发的碳纳米管等[2]。 多孔碳材料、活性碳材料和活性碳纤维：这个排列基本代表了碳材料为提高有效比表面积的发展方向。之所以发展为活性碳，主要是在于通过活化处理(如水蒸汽)后，可以增加微孔的数量，增大比表面积，提高活性碳的利用率。这些材料随制作电极工艺的不同先后出现过:活性碳粉与电解液混合制成的糊状电
超级电容器原理和应用 分类:移动互联的基本知识或讲座 2007.6.13 20:14 作者：kimberye | 评论：0 | 阅读：5029 超级电容器简介(图) 作者：Maxwell Technologies Bobby Maher 随着社会经济的发展，人们对于绿色能源和生态环境越来越关注，超级电容器作为一种新型的储能器件,因为其无可替代的优越性，越来越受到人们的重视。在一些需要高功率、高效率解决方案的设计中，工程师已开始采用超级电容器来取代传统的电池。 电池技术的缺陷 Li离子、NiMH等新型电池可以提供一个可靠的能量储存方案，并且已经在很多领域中广泛使用。众所周知，化学电池是通过电化学反应，产生法拉第电荷转移来储存电荷的，使用寿命较短，并且受温度影响较大，这也同样是采用铅酸电池（蓄电池）的设计者所面临的困难。同时，大电流会直接影响这些电池的寿命，因此，对于要求长寿命、高可靠性的某些应用，这些基于化学反应的电池就显出种种不足。 超级电容器的特点和优势 超级电容器的原理并非新技术，常见的超级电容器大多是双电层结构，同电解电容器相比，这种超级电容器能量密度和功率密度都非常高。同传统的电容器和二次电池相比，超级电容器储存电荷的能力比普通电容器高，并具有充放电速度快、效率高、对环境无污染、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性高等特点。 除了可以快速充电和放电，超级电容器的另一个主要特点是低阻抗。所以，当一个超级电容器被全部放电时，它将表现出小电阻特性，如果没有限制，它会拽取可能的源电流。因此，必须采用恒流或恒压充电器。 １０年前，超级电容器每年只能卖出去很少的数量，而且价格很贵，大约１～２美元／法拉，现在，超级电容器已经作为标准产品大批量供应市场，价格也大大降低，平均0.01～0.02美元／法拉。在最近几年中，超级电容器已经开始进入很多应用领域，如消费电子、工业和交通运输业等领域。
超级电容器发展现状及发展前景分析 超级电容器研究国世界分布图 超级电容器在新能源领域并不是一个陌生的名词。实际上，超级电容器已在该领域历经了几十年的坎坷，虽然它的应用形式同电池不同，但在实际应用上却总被电池取代，此外还面临成本高、技术难度大的劣势。然而，超级电容器在技术上一旦取得突破，将可对新能源产业的发展产生极大的推动力。因此，尽管研发过程困难重重，但攻克它的意义却很重大。 超级电容器的尴尬现状 超级电容器从诞生到现在，已经历了三十多年的发展历程。目前，微型超级电容器在小型机械设备上得到广泛应用，例如电脑内存系统、照相机、音频设备和间歇性用电的辅助设施。而大尺寸的柱状超级电容器则多被用于汽车领域和自然能源采集上，并可预见在该两大领域的未来市场上，超级电容器有着巨大的发展潜力。
超级电容器“全家福” 使用寿命久、环境适应力强、高充放电效率、高能量密度，这是超级电容器的四大显 著特点，这也使它成为当今世界最值得研究的课题之一。目前，超级电容器的主要研究国 为中、日、韩、法、德、加、美。从制造规模和技术水平来看，亚洲暂时领先。 然而，超级电容器的研发工作一直笼罩在电池(主要为镍氢电池、锂电池)的阴影之下。镍氢电池和锂电池的开发因为可以获得来自政府和大投资商的巨额资金支持，技术交流获 得极大推动，也更容易聚焦全世界的目光。相比之下，超级电容器却很难得到雄厚的资金 支持，技术的进步和发展也就受到很大程度地制约。另外，超级电容器成本高、能量密度 低的现状也与锂电池形成鲜明对比，这使它在很多领域备受冷落。 先驱EEStor公司勇于挑战却惨遭败北 尽管超级电容器已发展多年，但实际生产厂家的数量却少得可怜。一部分厂商面对超 级电容器技术上发育不完全的现状，不敢轻易投资，采取观望策略，期待市场能出现一个 涉足此领域并获得成功的例子。另外一部分厂商则坚信，只要超级电容器的生产成本实现 大幅下降，仅以当前它的快速充放电特性，就可实现快速普及。美国超级电容器生产商EEStor就属于后者。 上世纪90年代，美国超级电容器生产商EEStor为改变超级电容器的市场现状，曾用 好几年的时间将大量财力物力投向如何提高超级电容能量密度的研发上，期望能通过自身
2016年国内外超级电容行发展现状及未来趋势分析 一、超级电容的定义 超级电容又名电化学电容器，双电层电容器是通过极化电解质来储能的一种电化学元件。它不同于传统的化学电源，是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原假电容电荷储存电能。但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。 二、超级电容有哪些特点 （1）充电速度快，充电几秒-几分钟就可充满； （2）循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达1-50万次，远高于充电电池的充放电使用寿命； （3）功率密度高，可以快速存储释放电荷，可达300W/KG-5000W/KG，相当于电池电量的5-10倍； （4）大电流放电能力强，能量转换效率高，循环过程能量损失小，循环效率≥90%； （5）贮存寿命长，因为充电过程没有化学反应，电极材料相对稳定； （6）低温特性好，温度范围宽-40℃～+70℃，随着温度的降低，锂电池放电性能显著下降；（7）可靠性高。 缺点：成本高，功率密度较高，能量密度低。 法拉（farad），简称“法”，符号是F 1法拉是电容存储1库仑电量时，两极板间电势差是1伏特1F=1C/1V 1库仑是1A电流在1s内输运的电量，即1C=1A·S。 1法拉=1安培·秒/伏特 一个12伏14安时的电瓶放电量=14×3600×1/12=4200法拉（F），图中一个30000F的超级电容的电量相当于7个12伏14安时的电瓶放电量，够大吧。 三、超级电容的种类 按储存电能的机理，超级电容器可分为以下2种：包括双电层电容器和赝电容器。 四、超级电容的用途 超级电容可以广泛应用于辅助峰值功率、备用电源、存储再生能量、替代电源等不同的应用场景，在工业控制、风光发电、交通工具、智能三表、电动工具、军工等领域具有非常广阔的发展前景，特别是在部分应用领域具有非常大的性能优势。 1、电子设备最早应用：例如我们电脑的内存系统、照相机的闪光灯，音响设备后备存储电源。 2、汽车工业中：插电式混合动力汽车中超级电容主要和电池相配合形成智能启停控制系统。（1）超级电容可以迅速高效地吸收电动汽车制动产生的再生动能； （2）加速和爬坡时超级电容为智能启停控制系统电机提供电能，延长了电池的使用寿命。 3、大尺寸超级电容器可用在火车和地铁的刹车制动系统上，可以节省30%的能量。 4、超级电容轻轨列车 超级电容轻轨列车是一种新型电力机车。2012年8月10日，世界第一列超级电容轻轨列车在湖南省株洲市下线。这种新型电力机车最多能运载320人，不再需要沿途架设高压线，停站30秒钟就能快速充满电。列车充电后能高速驶向相距2公里左右的另一个站点，再上下客并充电，如此周而复始。 5、全球首创超级电容储能式现代电车
超级电容器部分知识和部分应用超级电容器部分知识和部分应用 又叫双电层电容器是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。超级电容器用途广泛。又叫双电层电容器(Electrical Doule-Layer Capacitor) 、电化学电容器(Electrochemcial Capacitor, EC), 黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，实际上形成两个容性存储层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近。
超级电容超级电容的容量比通常的电容器大得多。由于其容量很大，对外表现和电池相同，因此也有称作“电容电池”。 应用领域 1、税控机、税控加油机、真空开关、智能表、远程抄表系统、仪器仪表、数码相机、掌上电脑、电子门锁、程控交换机、无绳电话等的时钟芯片、静态随机存贮器、数据传输系统等微小电流供电的后备电源。 2、智能表（智能电表、智能水表、智能煤气表、智能热量表）作电磁阀的启动电源 3、太阳能警示灯，航标灯等太阳能产品中代替充电电池。 4、手摇发电手电筒等小型充电产品中代替充电电池。 5、电动玩具电动机、语音IC 、LED 发光器等小功率电器的驱动电源。 超级电容器是介于传统电容器和蓄电池之间的一种新型储能装置,它具有功率密度大、容量大、使用寿命长、免维护、经济环保等优点。充放电时间：超级电容器可以快速充放电，峰值电流仅受其内阻限
超级电容器工作原理 超级电容器既拥有与传统电容器一样较高的放电功率，又拥有与电池一样较大的储存电荷的能力。但因其放电特性仍与传统电容器更为相似，所以仍可称之为“电容”。到现在为止，对于超级电容器的名称还没有统一的说法，有的称之为“超电容器”，有的称之为“电化学电容器”“双电层电容器”，有的还称之为“超级电容器”，总之名称还不统一。但是有人提出根据其储能机理，分为双电层电容器（靠电极 -电解质界面形成双电层）和赝电容器（靠快速可逆的化学吸-脱附或氧化-还原反应产生赝电容）两类。 （一）双电层电容器的基本原理 双电层电容器是利用电极材料与电解质之间形成的界面双电层 来存储能量的一种新型储能元件。当电极材料与电解液接触时，由于界面间存在着分子间力、库仑力或者原子间力的相互作用，会在固液界面处出现界面双电层，是一种符号相反的、稳定的双层电荷。对于一个电极-溶液体系来说，体系会因电极的电子导电和电解质溶液的离子导电而在固液界面上形成双电层。当外加电场施加在两个电极上后，溶液中的阴、阳离子会在电场的作用下分别向正、负电极迁移，而在电极表面形成所谓的双电层；当外加电场撤销后，电极上具有的正、负电荷与溶液中具有相反电荷的离子会互相吸引而使双电层变得更加稳定，这样就会在正、负极间产生稳定的电位差。 在体系中对于某一电极来说，会在电极表面一定距离内产生与电极上的电荷等量的异性离子电荷，来使其保持电中性；当将两极和外
电源连接时，由于电极上的电荷迁移作用而在外电路中产生相应的电流，而溶液中离子迁移到溶液中会呈现出电中性，这就是双电层电容器的充放电原理。 从理论上说，双电层中存在的离子浓度要大于溶液本体中离子浓度，这些浓度较高的离子受到固相体系中异性电荷吸引的同时，还会有一个扩散回溶液本体浓度较低区域的趋势。电容器的这种储能过程是可逆的，因为它是通过将电解质溶液进行电化学极化实现的，整个过程并没有产生电化学反应。双电层电容器的工作原理如下图所示： （二）法拉第准电容器的基本原理 法拉第准电容器是在双电层电容器后发展起来的，有人将其简称为准电容。这种电容的产生是因为电极活性物质在其表面或者体相中
超级电容器串联应用中的均压问题及解决方案 摘要：本文详尽的分析了超级电容器串联应用中影响各单体电容器上电压的一致性的原因，对不同的电压均衡的方法及存在的问题，提出使用的电压均衡电路单元，最后给出了实验结果。 关键词：超级电容器电压均衡温度系数 Abstract: In this papper the reason has been analysed that si the ultra capacitor in series infkuence the consistency of the voltage of each unit capacitor in detailed .For different methods of the voltage balance and the questions existing,the voltage balance citcuit unit and the test result has been provided . Keywords: Ultra Capacitor Voltage Balance Temperature Coeffcient 1. 问题的提出 超级电容器的额定电压很低（不到3V），在应用中需要大量的串联。由于应用中常需要大电流充放电，因此串联中的各个单体电容器上电压是否一致是至关重要的。如果不采取必要的均压措施，会引起各个单体电容器上电压较大，采取更多的串联数来解决问题是不可取的。影响均压的因素主要有： 1.1 容量的偏差对电容器组的影响 通常超级电容器容量偏差为-10%--+30%，上下偏差1.44。当电容器组中出现容量偏差较大时，在充电时容量最小的电容器首先到达额定电压而电容量偏差最大的仅充到69%的额定电压，其储能为最小容量电容器的0.69%。如式（1） （1） 其中C min为最大负偏差电容量。电容器组的平均储能为： （2）
聚焦超级电容选型与应用 上网时间：2010-05-27 作者：Zoro 来源：电子元件技术网 超级电容和电池都是能量的存储载体，但二者有不同的特点。超级电容通过介质分离正负电荷的方式储存能量，是物理方法储能，电池是通过化学反应的方法来储能。超级电容充放电次数可达百万次，而电池只有1000次，显然超级电容寿命要远大于电池，降低维护成本且有利于环保。 超级电容充放电速度快，能够在机车启动时提供能量，刹车时捕获能量，因为超级电容充放电的时间在1秒左右，正好与机车刹车或启动的时间匹配。其他设备比如风力发电中，风轮机变桨的时候要提供能量也是在这个时间段。而电池的充放电大概在1小时到10个小时左右，而传统用于滤波的电容，充放电为0.03秒。 超级电容放电速度快，而且容量大，能够瞬间释放巨大的能量，能够用作备用电源，在系统突然断电时，在极短时间内为系统提供能量。超级电容也可以用作发动机或动力电池的辅助，提高发动机的运行效率和能量利用效率。在系统启动时，超级电容将捕获的能量释放，满足峰值功率要求，从而减轻电池或发动机的负担。 除此之外，超级电容还能用于自动抄表系统中的智能电表（水表，燃气表）、相机闪光灯、混合动力汽车。超级电容节能、环保、高效的特点迎合了当下节能减碳的设计诉求。本期半月谈聚焦超级电容，通过以下三个方面介绍超级电容：
超级电容器基本原理及性能特点 超级电容属于双电层电容器，它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种，其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。 超级电容与电池的比较 相对铅酸电池、镍镉电池、锂离子电池，超级电容具有节能、超长使用寿命、安全、环保、宽温度范围、充电快速、无需人工维护等优点。本文通过图表来对比各种不同储能产品的特点。 超级电容的典型应用与选型 超级电容容量大，充放电速度快，而且充放电循环可达百万次，非常适合用作备用电源和提供峰值功率。本文介绍超级电容的工作原理，并着重介绍在集装箱龙门吊车和智能电表上的应用。
常州信息职业技术学院 学生毕业设计（论文）报告 系别：电子与电气工程学院 专业：微电子技术 班号：微电071 学生姓名：徐天云 学生学号：0706033131 设计（论文）题目：超级电容器的发展与应用指导教师：刘民建 设计地点：常州信息职业技术学院起迄日期：2009.7.1—2009.8.20
毕业设计（论文）任务书 专业微电子信技术班级微电071姓名徐天云 一、课题名称：超级电容器的发展与应用 二、主要技术指标：额定容量、额定电压、额定电流、最大存储能量、能量密度、功率密度、使用寿命、循环寿命、等效串联电阻、漏电流等技术指标 三、工作内容和要求：本文先从普通电容器入手，进而引出超级电容器的产生。从而以此为基础，阐释了超级电容器的构造、定义、以及工作原理。接着从超级电容器的性能技术介绍其使用特点和注意事项，然后又介绍了超级电容器的发展与现状以及其在生产生活中的应用。最后还进行其以后发展的广阔前景。 四、主要参考文献：[1]夏熙、刘洪涛，一种正在发展的储能装置—超电容器（2）[J]电池工业，2004，9（4）：181-188； [2]钟海云，李荐，戴艳阳，等，新型能源器件—超级电容器研究发展最新动态[J]电源技术，2004，25（5）：367-370； [3]薛洪发，超大容器器在铁路运输生产中的应用[J]中国铁路2000（5）：52.。 学生（签名）2009年6 月26 日 指导教师（签名）2009年6 月26 日 教研室主任（签名）2009年6 月27 日 系主任（签名）2009年6 月28 日
毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题目 一、选题的背景和意义： 超级电容器发展始于20世纪60年代，起先被认为是一种低功率、低能量、长使用寿命的器件。但到了20世纪90年代，由于混合电动汽车的兴起，超级电容器才受到广泛的关注并迅速发展起来。现今，大功率的超级电容器被视为一种大功率物理二次电源，各发达国家都把对超级电容器的研究列为国家重点战略研究项目。目前，超级电容器在电力系统中的应用越来越受到关注。此外，超级电容器还活跃在电动汽车、消费类电子电源、军事、工业等高峰值功率场合。 二、课题研究的主要内容： 主要介绍了超级电容器的构造、定义以及其工作原理，还阐释了超级电容器的特点和使用注意事项，以及超级电容器的发展与现状。最后介绍了超级电容器在生产生活中的应用。 三、主要研究（设计）方法论述： 通过查阅书籍了解超级电容器的基本概念等信息，结合以前所学的电子专业知识认真研究课题。借助强大的网络功能，借鉴前人的研究成果更好的帮助自己更好地理解所需掌握的内容。通过与老师与同学的讨论研究，及时地发现问题反复地检查修改最终完成
五、结果与分析 1、实验过程总结与知识点查阅 ○1超级电容器的结构：[1] 超级电容器主要由三部分组成：电极、电解液和隔膜，其中电极由集流体和电极材料组成。本实验中，集流体为泡沫镍，集流体起到降低电极内阻的作用，活性物质为三维石墨烯-Co3O4复合材料。 ○2超级电容器的分类及原理 分为双电层电容器和赝电容器 双电层电容器：充电时，电解液中的带电粒子被吸附在电极表面，形成双电层结构，从而将能量储存起来。在双电层电容器工作的过程中，电解液中的粒子只发生电迁移、扩散、传质，完全是物理过程，不会和电极发生氧化还原反应。在充电时，接正极的电极集流体和活性物质带正电，活性物质吸附电解液中的负离子从而形成双电层结构。同样的，接负极的活性物质带负电，吸引电解液中的阳离子形成双电层结构。整个超级电容器相当于两个电容器串联。循环性能好，比电容较低。 赝电容器：由于电解液中粒子与电极材料发生高度可逆的氧化还原反应，形成不稳定的产物，将能量储存起来。在充电时，活性物质与电解液中的粒子在电极表面或者电极表面及内部发生高度可逆的化学吸附；在放电时则进行解吸附的过程。循环性能差，比电容高。 ○3超级电容器的电极材料[2]： （1）炭材料：活性炭、碳纳米管、石墨烯等。主要用于双电层电容器，比容量较低，而且能量密度与功率密度也较低。 ( 2 )过渡金属氧化物和导电聚合物，主要用于赝电容器，比容量与能量密度较高，导电性能和循环稳定性相对活性炭较差。 （3）改进材料：制备碳材料与金属氧化物或导电聚合物的复合材料，同时拥有比电容高和循环性能好的优点，如本实验中的三维石墨烯-Co3O4复合材料。 ○4循环伏安法测试及其原理 循环伏安法是指在工作电极和参比电极之间施加三角波扫描电压，记录工作电极上响应电流与施加电位之间的关系曲线，即循环伏安图。从伏安图的波形、氧化还原电流的数值及
超级电容器的主要应用领域 超级电容器发展展望： 超级电容器也叫做电化学电容器，是介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，比容量为传统电容器的20~200倍，比功率一般大于1000W/kg，循环寿命大于100000次，可储蓄的能量比传统电容要高得多，并且充电快速。由于它们的使用寿命非常长，可被应用于终端产品的整个生命周期。而且超级电容器对环境无污染，可以说，超级电容器是一种高效、实用、环保的能量储蓄装置。当高能量电池和燃料电池与超级电容器技术相结合时，可实现高比功率、高比能量特性和长的工作寿命。近年来，由于超级电容器在新能源领域所表现出的朝阳产业趋势，许多发达国家都已经把超级电容器项目作为国家重点研究和开发项目，超级电容器的国内外市场正呈现出前所未有的蓬勃景象。 依照美国国家能源局的数据预测，超级电容器在全球市场的容量预计将从2007年的4亿美元发展到2013年的120亿美元（见下图1），其中，在电动汽车/新能源汽车领域的市场规模有望在2013年达到40亿美元,在消费电子领域的市场规模有望在2013年达到30亿美元,在工业(风力发电、轨道交通、重型机械等)领域的市场规模有望在2013年达到40亿美元。
根据中商情报预测，截至2014年，我国超容产业的增长率都在30%以上。 超级电容器的主要应用领域： 1.超级电容器在太阳能能源系统中的应用 太阳能源的利用最终归结为太阳能利用和太阳光利用两个方面。太阳能发电分为光伏发电和光热发电，其中光伏发电就是利用光伏电池将太阳能直接转化为电能。光伏发电不论在转化效率、设备成本和发展前景尚都远远强于光热发电。 自从实用型多晶硅的光伏电池问世以来，世界上就便开始了太阳能光伏发电的应
超级电容器发展现状及前景分析 一、超级电容器的概念 超级电容器是一种具有超级储电能力，可提供强大的脉冲功率的物理二次电源，它是根据电化学双电层理论研制而成的，所以又称双电层电容器。 超级电容器基本原理为：当向电极充电时，处于理想极化电极状态的电极表面电荷将吸引周围电解质溶液中的异性离子，使这些离子附于电极表面上形成双电荷层，构成双电层电容。由于两电荷层的距离非常小（一般0.5mm以下），再加之采用特殊电极结构，使电极表面积成万倍的增加，从而产生极大的电容量。 超级电容器实现了电容量由微法级向法拉级的飞跃，彻底改变了人们对电容器的传统印象。目前，超级电容器已形成系列产品，实现电容量0.5-1000F（法），工们电压12-400V，最大放电电流400-2000A。 超级电容器的性能特点： ①．具有法拉级的超大电容量； ②．比脉冲功率比蓄电池高近十倍； ③．充放电循环寿命在十万次以上； ④．能在-40℃-70℃的环境温度中正常使用； ⑤．有超强的荷电保持能力，漏电源非常小； ⑥．充电迅速，使用便捷； ⑦．无污染，真正免维护。 二、超级电容器行业市场分析 超级电容器根据制造工艺和外形结构可划分为钮扣型、卷绕型和大型三种类型，三者在容量上大致归类为小于5F、5F~200F、大于200F，它们由于其特点的不同，运用领域也有所差异。 钮扣型产品具备小电流、长时间放电的特点，可用在小功率电子产品及电动玩具产品中；而卷绕型和大型产品则多在需要大电流短时放电，有记忆存储功能的电子产品中做后备电源，适用于带CPU的智能家电、工控和通信领域中的存储备份部件；另外大型超级电容器通过串并联构成电源系统可用在汽车等高能供应装置上。这三种超级电容器在全球和国内的生产规模情况分别见表1和表2 所示。
超级电容的结构和工作原理 超级电容器又称双电层电容器、黄金电容、法拉第电容，是一种新型的储能原件，它兼有物理电容器和电池的特性，能提供比物理电容器更高的能量密度，比电池具有更高的功率密度和更长的循环寿命，并且这种电容器己在工业领域实现产业化和实际应用。如在考虑到环保需要而设计开发的电动汽车和复合电动汽车的动力系统中，若单独使用电池将无法满足动力系统的要求，然而将高功率密度电化学电容器与高能量密度电池并联组成的混合电源系统既满足了高功率密度的需要，又满足了高能量回收的需要。高能量密度、高功率密度的电化学电容器正在成为人们研究的热点。 1.超级电容器的结构 超级电容器结构上的具体细节依赖于对超级电容器的应用和使用。由于制造商或特定的应用需求，这些材料可能略有不同。所有超级电容器的共性是，他们都包含一个正极，一个负极，及这两个电极之间的隔膜，电解液填补由这两个电极和隔膜分离出来的两个的孔隙。 超级电容器的结构如图1所示．是由高比表面积的多孔电极材料、集流体、多孔性电池隔膜及电解液组成。电极材料与集流体之间要紧密相连，以减小接触电阻；隔膜应满足具有尽可能高的离子电导和尽可能低的电子电导的条件，一般为纤维结构的电子绝缘材料，如聚丙烯膜。电解液的类型根据电极材料的性质进行选择。 图1 超级电容器的基本结构 上图中各部分为：（1）：聚四氟乙烯载体；（2）（4）：活性物质压在泡沫镍集电极上；（3）：聚丙烯电池隔膜。 超级电容器的部件从产品到产品可以有所不同。这是由超级电容器包装的几何结构
决定的。对于棱形或正方形封装产品部件的摆放，内部结构是基于对内部部件的设置，即内部集电极是从每个电极的堆叠中挤出。这些集电极焊盘将被焊接到终端，从而扩展电容器外的电流路径。 对于圆形或圆柱形封装的产品，电极切割成卷轴方式配置。最后将电极箔焊接到终端，使外部的电容电流路径扩展。 图1.2超级电容器电极 2.超级电容器的工作原理 由于储能机理的不同，人们将超级电容器分为：(1)基于高比表面积电极材料与溶液问界面双电层原理的双电层电容器；(2)基于电化学欠电位沉积或氧化还原法拉第过程的赝电容器。赝电容与双电层电容的形成机理不同，但并不相互排斥。大比表面积准电容电极的充放电过程会形成双电层电容，双电层电容电极(如多孔炭)的充放电过程往往伴随有赝电容氧化还原过程发生，实际的电化学电容通常是两者共存的宏观体现，要确认的只是何者占主要的问题。实践过程中，人们为了达到提高电容器的性能，降低成本的目的，经常将赝电容电极材料和双电层电容电极材料混合使用，制成所谓的混合电化学电容器。混合电化学电容器可分为两类，一类是电容器的一个电极采用赝电容电极材料，另一个电极采用双电层电容电极材料，制成不对称电容器，这样可以拓宽电容器的使用电压范围，提高能量密度；另一类是赝电容电极材料和双电层电容电极材料混合组成复合电极，制备对称电容器。 （1）双电层电容器 一对浸在电解质溶液中的固体电极在外加电场的作用下，在电极表面与电解质接触的界面电荷会重新分布、排列。作为补偿，带正电的正电极吸引电解液中的负离子，负极吸引电解液中的正离子，从而在电极表面形成紧密的双电层，由此产尘的电容称为双电层电容。双电层是由相距为原子尺寸的微小距离的两个相反电荷层构成，这两个相对
第一节上海奥威科技开发有限公司 一、企业概况 上海奥威科技开发有限公司的主要产品是纽扣型和卷绕型超级电容器。发展策略：1、扩大自动化生产量并新建一个新生产基地用于大型生产。2、与高校合作开发原材料，发展优势产品性能稳定性好特别针对智能和多功能电能仪表。其产品用于各种车辆、内燃机的启动，以及轻型车、电动公交车的牵引和其它领域，是国内公交车用超级电容器领域的佼佼者，所生产的超级电容器公交车已经用于世博会。 二、产品系列 1．无机超级电容UCE系列：UCE15V50000 UCE15V80000A UCA系列：无机超级电容单体2．有机超级电容UCR系列：UCR27V320有机卷绕型UCR27V3500有机卷绕型 第二节北京合众汇能科技 一、企业概况 北京合众汇能科技有限公司是一家从事先进能源技术和产品的研发、生产与销售的高科技企业，主要开发与生产HCC系列有机高电压型双电层超级电容器。产品广泛应用于电动/混合动力汽车、大功率短时功能电源、太阳能储能、风力发电机变浆系统/ 储能缓冲系统、智能电表、电动自行车、电动玩具等领域。二、产品系列HCAP-M 15R 117 HCAP-M 15R 607 HCAP-M 30R 307 HCAP-M 30R 257 HCAP-M 30R 226 HCAP-M 30R 106 HCAP-M 30R 206 HCAP-M 30R 266 HCAP-M 60R 126 HCAP-M 125R 805 HCAP-M 250R 405 HCAP-M 600R 146 第三节北京集星联合电子科技 一、企业概况 北京集星联合电子科技有限公司的主要产品——集星系列超级电容器。提供电压从2.7~400V，容量从20.1~10000F的各种类型超级电容器，还可根据用户需求定做其它各型超级电容器及其大功率系统。发展策略是1、增加纽扣型产品，大型产品也是重点。2、提供产品的耐压性。发展优势：基板、电解液材料等 主要原材料均自主研发和生产，成本低且可控。二、产品系列超级电容 法拉电容超级电容器大容量电容器大功率电容器 第四节哈尔滨巨容新能源 一、企业概况 哈尔滨巨容新能源有限公司自主研究、开发、生产的国家专利产品―超级电容器及配套系列产品。该产品具有充电速度快、使用寿命长、比功率高、耐低温、节能环保等特点。产品广泛应用于港口起重设备电动车的牵引电源，汽车的启动电源，电动工具，安全气囊，电磁开关电源，功率补偿系统， UPS电源，电力峰谷平衡，风力发电机的能量储存装置。二、产品系列VCT超级电容系列 VCS超级电容系列 VCH超级电容系列ECT超级电容系列配套产品系列 第五节锦州凯美能源 一、企业概况 国内专业生产超级电容器的高新技术企业。生产卷绕型2.5V/2.7V系列、组合型5.0V/5.5V 系列、叠片型5.5V系列，以及大容量10V,20V,50V,100V,200V,300V,400V系列法拉电容模组、模块系列产品等。一百多个规格型号超级电容器的能力。发展策略：重点发展卷绕型。发展优势：产能充足。