超级电容器工作原理

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：

Maxwell超级电容器基本原理及性能特点

Maxwell超级电容器结构

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”。

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。

超级电容器原理

电化学双层电容器（EDLC）因超级电容器被我们所熟知。超级电容器利用静电极化电解溶液的方式储存能量。虽然它是一个电化学器件，但它的能量储存机制却一点也不涉及化学反应。这个机制是高度可逆的，它允许超级电容器充电放电达十万甚至数百万次。

超级电容器可以被视为在两个极板外加电压时被电解液隔开的两个互不相关的多孔板。对正极板施加的电势吸引电解液中的负离子，而负面板电势吸引正离子。这有效地创建了两个电荷储层，在正极板分离出一层，并在负极板分离出另外一层。

传统的电解电容器存储区域来自平面，导电材料薄板。高电容是通过大量的材料折叠。可能通过进一步增加其表面纹理，进一步增加它的表面积。过去传统的电容器用介质分离电极，这些介质多数为：塑料，纸或薄膜陶瓷。电介质越薄，在空间受限的区域越可以获得更多的区域。可以实现对介质厚度的表面面积限制的定义。

超级电容器的面积来自一个多孔的碳基电极材料。这种材料的多孔结构，允许其面积接近2000平方米每克，远远大于通过使用塑料或薄膜陶瓷。超级电容器的充电距离取决于电解液中被吸引到电极的带电离子的大小。这个距离（小于10埃）远远小于通过使用常规电介质材料的距离。巨大的表面面积的组合和极小的充电距离使超级电容器相对传统的电容器具有极大的优越性。

超级电容器内部结构

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。

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。在本案，笔者就赝电容器及双电层电容器为研究对象，探析其原理。

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超级电容器的原理及应用

作者：张劲松

来源：《职业·中旬》2009年第09期

随着全球能源价格的不断攀升和环境的日益恶化，探索利用环保能源成为各国科技人员努力的重点。超级电容器是近年发展起来的新型电力储能器件，具有循环寿命长、工作温度范围宽、环境友好、免维护的优点，在新型电力储能技术方面具有广阔发展前景。

一、超级电容器简介

超级电容器，又叫双电层电容器、电化学电容器、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，在储能的过程中并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，因此超级电容器可以反复充放电十万次。超级电容器可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，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全新电容器。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，从而使电极间产生电位差。那么，如果在电解液中同时插入两个电极，并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，并分别在两电极的表面形成紧密的电荷层，即双电层。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，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小得多，因此电容量非常大。当两极板间的电势低于电解液的氧化还原电极电位时，界面上的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释放，电解液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。