超级电容器的分类

论超级电容器的原理及应用摘要：超级电容器属于储能装置的一种晋级版，其凭借着自身使用寿命长、功率密度高、充电迅速、使用温度宽等优点而被广泛应用。

在本案，笔者就超级电容器的原理及应用为主要研究对象，探析了超级电容器的分类、原理、特点及应用。

关键字：超级电容器赝电容器原理特点及应用超级电容器的开展始于上个世纪70年代-80年代，其为一种介于传统电容器与电池间的新型储能器件。

相对于传统电容器，超级电容器具备电容量大〔为2000-6000倍同体积电解电容器〕、功率密度高〔为10-100倍电池〕、充放电电流量大、充放电循环次数高〔大于105次〕、充放电效率高、免维修等优点。

在本案，笔者以超级电容器为研究对象，探析其原理、应用领域及应用效果。

一、超级电容器分类就电极而言，超级电容器可划分为贵金属氧化物电极电容器、碳电极电容器及导电聚合物电容器。

就电能机理而言，超级电容器可划分为双电层电容器〔电容产活力理为以电解液及电极上的电荷别离为根底双电层电容〕、法拉第准电容(组成成分为贵金属氧化物及贵金属电极；电容产活力理为以电活性离子于贵金属电极外表欠电位沉积现象或于贵金属氧化物电极体相及外表因氧化复原反响为根据的吸附电容。

与双电层电容相比较，吸附电容完全不一样，此外，吸附电容的比电容将随着电荷传递的向前推进而不断增大。

就超级电容器电极上的反响情况及构造而言，超级电容器可划分为非对称型及对称型。

对称型超级电容器即为两个电极反响一样、组成一样、反响方向相反，例如贵金属氧化物、碳电极双电层电容器等。

非对称型超级电容器即为两个电极反响不同、电极组成不同。

超级电容器最大可用电压取决于电解质分解电压。

电解质可为强碱或强酸等水溶液，亦可谓盐的质子惰性溶剂等有机溶液。

通过水溶液体系，便可获取高比功率及高容量的最大可用电压；通过有机溶液体系，便可获取高电压，从而获取高比能量。

二、超级电容器的原理就存储电能的机理而言，超级电容器可分为赝电容器及双电层电容器。

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超级电容器结构
超级电容器的结构主要分为两种：电双层电容器和赋存电容器。

1. 电双层电容器（Electric Double-Layer Capacitor，EDLC）：电双层电容器的结构由两个电极（正极和负极）和电解质组成。

电极
通常采用活性炭材料，具有高比表面积和孔隙结构，以增加电极与
电解质接触的面积。

电解质既可以是有机物质，也可以是无机盐溶液。

当电压施加在电极上时，电解质中的正、负离子会在电极表面
形成电双层，形成电荷分离，从而存储电能。

2. 赋存电容器（Pseudocapacitor）：赋存电容器的结构类似于传
统的电化学储能器件，如铅酸蓄电池等。

它包括两个电极和电解质，但电极材料不同于电双层电容器，而是采用具有赋存效应的材料，
如金属氧化物和导电聚合物。

这些材料具有较高的可逆氧化还原反应，并能够通过红ox反应来存储电能。

以上是超级电容器的两种常见结构，每种结构都有其特定的优势和
应用领域。

电双层电容器具有高功率密度、长寿命和低内阻的特点，适用于短时高功率输出和储能装置中的能量平衡；赋存电容器具有
较高的能量密度和较长的充放电周期，适用于需要较长工作时间和
较高能源密度的应用。

1。

超级电容器的分类与优缺点分析1.1 超级电容器的原理"双电层原理"是超级电容器的核心，这是由该装置的双电层结构决定的。

超级电容器是利用双电层原理的电容器。

当外加电压作用于普通电容器的两个极板时，装置存储电荷的原理是一样的，即正电极与正电荷对应、负电极与负电荷对应。

图1 超级电容的结构原理1.2 超级电容器的应用目前，超级电容器凭借强大的储存容量及存储性能，在许多大中小型设备中得到了普遍运用，且涉及到的行业较为广泛。

具体运用在：真空开关、仪器仪表、数码相机等微小电流供电的后备电源；太阳能产品以及小型充电产品的充电电池。

由于超级电容器的功能优势显着，在使用时可适当添加辅助元件以优化电容器结构，从而进一步增强了超级电容器的结构性能。

2 超级电容器的主要功能与普通电容器相比，超级电容器在结构上进行了改进调整，且在原理上得到了优化。

但在使用期间超级电容器与常规电容器的功能相近。

新型电容装置的功能集中表现在：旁路、去耦、储能等方面，这些对于电路运行或存储电荷都有着明显的调控作用。

具体功能如下：（1）旁路。

超级电容器中的旁路电容可以定期储存电能，但其它元器件在运行中需要能量时，则能及时释放出电荷维持使用。

旁路电容器的最大功能表现于稳压器电荷输出的均衡，避免了电荷传输混乱而引起电路故障，装置充电、放电的灵活性较强，如图2.图2 旁路电容原理（2）去耦。

去耦主要是针对电路内产生的"耦合"现象而言，耦合是由于电路中电流、电阻失去均衡而引起的一种"噪声",不利于电路内部载荷的均衡布置。

超级电容器使用之后，能有效地消除耦合现象，让电路中的各项指标参数维持在标准状态。

（3）储能。

无论是普通的电容器或者超级电容器，储存电荷或电能都是极为关键的性能。

超级电容器的电荷储存容量更大，能满足更多电子元件的使用需求。

超级电容器把存储的能量利用变换器引线传送至电源的输出端之后，经过优化处理能进一步强化电容的存储性能。

超级电容器是20世纪60年代发展起来的一种新型储能器件，并于80年代逐渐走向市场。

自从1957 年美国人Becker申报的第一项超级电容器专利以来，超级电容器的发展就不断推陈出新，直到1983 年，日本NEC公司率先将超级电容器推向商业化市场，使得超级电容器引起人们的广泛兴趣，研究开发热潮席卷全球，不但技术水平日新月异，而且应用范围也不断扩大。

一、超级电容器的原理超级电容也称电化学电容，与传统静电电容器不同，主要表现在储存能量的多少上。

作为能量的储存或输出装置，其储能的多少表现为电容量的大小。

根据超级电容器储能的机理，其原理可分为：1.在电极P 溶液界面通过电子和离子或偶极子的定向排列所产生的双电层电容器。

双电层理论由19 世纪末H elm h otz 等提出。

关于双电层的代表理论和模型有好几种，其中以H elm h otz 模型最为简单且能够充分说明双电层电容器的工作原理。

该模型认为金属表面上的静电荷将从溶液中吸收部分不规则的分配离子，使它们在电极P 溶液界面的溶液一侧，离电极一定距离排成一排，形成一个电荷数量与电极表面剩余电荷数量相等而符号相反的界面层。

于是，在电极上和溶液中就形成了两个电荷层，这就是我们通常所讲的双电层。

双电层有储存电能量的作用，电容器的容量可以利用以下公式来计算：式中，E为电容器的储能大小；C为电容器的电容量；V 为电容器的工作电压。

由此可见，双电层电容器的容量与电极电势和材料本身的属性有关。

通常为了形成稳定的双电层，一般采用导电性能良好的极化电极。

2.在电极表面或体相中的二维与准二维空间，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法拉第准电容器。

在电活性物质中，随着存在于法拉第电荷传递化学变化的电化学过程的进行，极化电极上发生欠电位沉积或发生氧化还原反应，充放电行为类似于电容器，而不同于二次电池，不同之处为：（1）极化电极上的电压与电量几乎呈线性关系；（2）当电压与时间成线性关系d V/d t=K时，电容器的充放电电流为一恒定值I=Cd V/d t=CK.此过程为动力学可逆过程，与二次电池不同但与静电类似。