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超级电容器综述超级电容器(supercapacitor,ultracapacitor),又叫双电层电容器(Electrical Double-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。
超级电容器是建立在德国物理学家亥姆霍兹提出的界面双电层理论基础上的一种全新的电容器。
众所周知,插入电解质溶液中的金属电极表面与液面两侧会出现符号相反的过剩电荷,从而使相间产生电位差。
那么,如果在电解液中同时插入两个电极,并在其间施加一个小于电解质溶液分解电压的电压,这时电解液中的正、负离子在电场的作用下会迅速向两极运动,并分别在两上电极的表面形成紧密的电荷层,即双电层,它所形成的双电层和传统电容器中的电介质在电场作用下产生的极化电荷相似,从而产生电容效应,紧密的双电层近似于平板电容器,但是,由于紧密的电荷层间距比普通电容器电荷层间的距离更小得多,因而具有比普通电容器更大的容量。
双电层电容器与铝电解电容器相比内阻较大,因此,可在无负载电阻情况下直接充电,如果出现过电压充电的情况,双电层电容器将会开路而不致损坏器件,这一特点与铝电解电容器的过电压击穿不同。
同时,双电层电容器与可充电电池相比,可进行不限流充电,且充电次数可达10^6次以上,因此双电层电容不但具有电容的特性,同时也具有电池特性,是一种介于电池和电容之间的新型特殊元器件。
由于石油资源日趋短缺,并且燃烧石油的内燃机尾气排放对环境的污染越来越严重(尤其是在大、中城市),人们都在研究替代内燃机的新型能源装置。
超级电容器原理及电特性超级电容器（Supercapacitor）是一种高能量密度和高功率密度的电子储存设备，也被称为超级电容器或电化学电容器。
它是一种介于传统电容器和化学电池之间的电子器件，具有高容量和高电流输出的特性，在能量存储和释放方面相比传统的电池具有很大的优势。
超级电容器的原理是基于电荷在电解质中的吸附原理，它由两个带有相互交替排列的互连电极和电解质组成。
电极通常由活性材料制成，如活性炭、过渡金属氧化物、活性金属等。
电容器的两个电极中，一个电极带正电，一个带负电，当电解质通过电极时，正极会吸引负电荷，而负极则会吸引正电荷，从而形成了一个电荷分离的状态，储存着电能。
超级电容器与传统电容器的最大区别在于其电解质的性质。
超级电容器使用的电解质是有机盐溶液或聚合物溶液，相比之下，传统电容器使用的是固体或液体介质。
由于电解质的存在，超级电容器具有较高的离子导电性，使其能够在短时间内获得较大的充电和放电电流，从而实现高功率输出。
超级电容器的电特性主要包括容量、电压和内电阻。
容量是用来衡量超级电容器储存电能的大小，单位通常是法拉（F）。
对比传统电容器，超级电容器的容量通常要大得多，可以达到几千法拉甚至更高。
电压是电容器的工作电压范围，超级电容器的电压一般在1.2-2.7伏之间。
内电阻是超级电容器放电时的阻抗，也称为超级电容器的等效串联电阻。
内电阻较低则能够提供更大的电流输出。
超级电容器具有很多优点。
首先，它具有很高的循环寿命和快速充放电特性。
传统电池在充放电过程中会有能量损失，导致其循环寿命较短，而超级电容器可以进行数万次的充放电循环而不损失能量。
其次，超级电容器具有很高的功率密度，能够在短时间内释放出大量电能，因此在需要高功率输出的场合具有很大的优势。
此外，超级电容器具有良好的可靠性和环保性，不含重金属等有害物质，对环境友好。
然而，超级电容器的能量密度还不如传统电池高。
虽然超级电容器的容量较大，但其能量存储量仍然不及化学电池，这限制了其在一些应用中的使用。
超级电容基本知识超级电容器相关资料1. 超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，如碳酸类或⼄腈类。
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1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。
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。
1.3 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：①.电容量⼤，超级电容器采⽤活性炭粉与活性炭纤维作为可极化电极与电解液接触的⾯积⼤⼤增加，根据电容量的计算公式，那么两极板的表⾯积越⼤，则电容量越⼤。
超级电容器的分类（资料来源：中国联保网）按原理超级电容器的类型比较多，按不同方式可以分为多种产品，以下作简单介绍。
按原理分为双电层型超级电容器和赝电容型超级电容器：双电层型超级电容器1.活性碳电极材料，采用了高比表面积的活性炭材料经过成型制备电极。
2.碳纤维电极材料，采用活性炭纤维成形材料，如布、毡等经过增强，喷涂或熔融金属增强其导电性制备电极。
3.碳气凝胶电极材料，采用前驱材料制备凝胶，经过炭化活化得到电极材料。
4.碳纳米管电极材料，碳纳米管具有极好的中孔性能和导电性，采用高比表面积的碳纳米管材料，可以制得非常优良的超级电容器电极。
以上电极材料可以制成：1.平板型超级电容器，在扣式体系中多采用平板状和圆片状的电极，另外也有Econd公司产品为典型代表的多层叠片串联组合而成的高压超级电容器，可以达到300V以上的工作电压。
2.绕卷型溶剂电容器，采用电极材料涂覆在集流体上，经过绕制得到，这类电容器通常具有更大的电容量和更高的功率密度。
赝电容型超级电容器包括金属氧化物电极材料与聚合物电极材料，金属氧化物包括NiOx、MnO2、V2O5等作为正极材料，活性炭作为负极材料制备的超级电容器，导电聚合物材料包括PPY、PTH、PAn i、PAS、PFPT等经P型或N型或P/N型掺杂制取电极，以此制备超级电容器。
这一类型超级电容器具有非常高的能量密度，除NiOx型外，其它类型多处于研究阶段，还没有实现产业化生产。
按电解质类型可以分为水性电解质和有机电解质类型：水性电解质1.酸性电解质，多采用36%的H2SO4水溶液作为电解质。
2.碱性电解质，通常采用KOH、NaOH等强碱作为电解质，水作为溶剂。
3.中性电解质，通常采用KCl、NaCl等盐作为电解质，水作为溶剂，多用于氧化锰电极材料的电解液。
有机电解质通常采用LiClO4为典型代表的锂盐、TEABF4作为典型代表的季胺盐等作为电解质，有机溶剂如PC、ACN、GBL、THL等有机溶剂作为溶剂，电解质在溶剂中接近饱和溶解度。
