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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.（3）：对使外部2.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，这两个相对的电荷层就像平板电容器的两个平板一样。
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。
赝电容分类
赝电容是一种电容器的储能方式，它与传统的电介质电容器不同，不需要电介质薄膜，而是利用电化学反应或其他物理过程来实现电容的存储和释放。
根据赝电容的不同储能机制，可以将其分为以下几类：
1. 法拉第赝电容：这种赝电容是通过在电极表面或体相中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，产生和电极充电和放电相关的电荷存储和释放。
法拉第赝电容的储能机制主要是通过化学反应实现的，因此也称为化学反应赝电容。
2. 电化学赝电容：这种赝电容是通过在电极表面或体相中的电化学反应来实现电容的存储和释放。
电化学赝电容的储能机制主要是通过氧化还原反应实现的，因此也称为氧化还原赝电容。
3. 机械赝电容：这种赝电容是通过机械变形来实现电容的存储和释放。
机械赝电容的储能机制主要是通过机械变形引起的材料形变和体积变化来实现的，因此也称为机械赝电容。
4. 热赝电容：这种赝电容是通过热膨胀和收缩来实现电容的存储和释放。
热赝电容的储能机制主要是通过热膨胀和
收缩引起的材料形变和体积变化来实现的，因此也称为热赝电容。
综上所述，赝电容可以根据不同的储能机制进行分类，每种赝电容都有其独特的特点和应用领域。
金属氧化物超级电容器简介超级电容器，是一种介于普通静电电容器与二次电池之间的新型储能元件。
由于它具有比功率高、比容量大、成本低、循环寿命长、无记忆、充放电效率高，不需要维护和保养等优点，因此在移动通讯、信息技术、电动汽车、航空航天和国防科技等方面具有广阔的应用前景。
世界各国都给予了高度重视，并将其作为重点开发项目和战略研究进行研发。
超级电容器储能机理超级电容器按原理可分为双电层电容器和赝电容电容器。
作为第一类导体的电极与第二类导体的电解质溶液接触时，充电时则在电极/溶液界面发生电子和离子或偶极子的定向排列，形成双电层电容。
双电层电容器的电极通常为具有高比表面积的多孔炭材料，目前常用的炭材料有:活性炭粉末、活性炭纤维、炭黑、碳气凝胶、碳纳米管、玻璃碳、网络结构炭以及某些有机物的炭化产物。
赝电容，也称法拉第准电容，是在电极表面或体相中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，产生和电极充电电位有关的电容。
赝电容不仅在电极表面，而且可在整个电极内部产生，因而可获得比双电层电容更高的电容量和能量密度。
在相同电极面积的情况下，赝电容可以是双电层电容量的10～100倍。
金属氧化物超电容电极材料最新进展对电极材料研究主要集中在各种活性炭材料、金属氧化物材料、导电聚合物材料等。
其中活性炭电极材料以产生的双电层为主，金属氧化物材料与导电聚合物材料以产生的赝电容为主，下面就介绍赝电容电极材料的研究进展情况。
由于RuO2等活性物质在电极/溶液界面法拉第反应所产生的"准电容"要远大于活性炭材料表面的双层电容，有着广阔的研究前景，已经引起了不少研究者的重视。
1、超细微RuO2电极活性物质的制备与研究超细微RuO2电极活性物质以其优异的催化活性已经在卤碱工业中得到了广泛的应用，但利用其不同寻常的比容量作为电化学电容的活性物质仅仅是近几年的事情。
T.R.JOW对这一活性物质进行了系统的研究，他们使用溶胶凝胶方法制备了超细微RuO2颗粒，在175℃加热若干时间，然后制备成为电极进行测试，此种RuO2电极活性物质具有优异的大电流充放电性能，其单电极比容量高达760F/g。
电化学电容器电化学电容器与传统静电电容器的不同在于其电荷的储存不是通过静电电荷的积累，而是建立在电化学原理基础上。
基于不同的电化学原理，电化学电容器可分为双电层电容器和法拉第准（赝）电容器。
双电层电容器由于正、负离子在固体电极与电解液之间的界面上分别吸附，造成两个固体电极之间的电势差，从而实现能量的储存。
这种储能原理，允许大电流快速的充放电，其容量的大小随所选电极材料的有效比表面积的增大而增大。
法拉第准（赝）电容器通过电极材料在特定电位下发生的连续、可逆、无相变的法拉第反应来储存电能。
赝电容能产生很大的容量，在相同电极面积的情况下，法拉第准（赝）电容可以是双电层电容量的10～100倍。
因为法拉第准（赝）电容不仅在电极表面，而且可在整个电极内部产生。
电化学电容器的结构一个完整的电化学电容器包含双电极、电解质、集流体、隔离物四个部份。
目前研究的电化学电容器的电极材料主要包括：碳材料，金属氧化物及其水合物，导电聚合物和杂多酸等。
电解质需要具有很高的导电性和足够的电化学稳定性，以便电化学电容器可以在尽可能高的电压下工作。
现有的电解质材料主要由固体电解质、有机物电解质和水溶液电解质。
有机物电解质的分解电压高，一般都高于2.5V，但导电性比较差；水溶液电解质主要是KOH和H2SO4，它们的分解电压受到水的分解电位的限制，只有1.23V，但是其导电性大约是有机电解质的4倍以上。
有机电解质通常使用聚合物（特别是PP）或者纸作为隔膜；而水溶液电解质，可以采用玻璃纤维或者陶瓷隔膜。
隔膜允许带电离子通过，阻止电子通过。
集流体通常选用导电性能良好的金属或石墨等。
电化学电容器性能的测试方法电化学电容器的主要技术指标有：比容量、充放电速率、循环寿命等。
对于一个双电层电容器来说，在一定的扫速ν下做CV测试。
其CV图上表现为一个理想的矩形。
由于界面可能会发生氧化还原反应，实际电容器的CV 曲线总会略微偏离矩形。
CV曲线的形状可以反映所制备材料的电容性能。
法拉第电容（又称赝电容或准电容）和双电层电容是不一样的。
双电层超级电容器中的电极材料，通常为碳材料颗粒，不具有电化学活性。
也就是说在双电层超级电容器充放电的过程中在电极材料上并没有发生化学反应，而是在电极和电解液之间发生单纯的物理电荷聚集。
赝电容超级电容器电极材料通常为过渡金属氧化物或氢氧化物，具有化学活性，赝电容超级电容器在充放电的过程中电极与电解液发生氧化还原反应，因此赝电容超级电容器能够在充放电的过程中直接储存电荷。
从本质上说，双电层电容仍属于静电电容，而赝电容是在电极表面或体相中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脱附或氧化还原反应。
化学吸脱附机理一般过程为：电解液中的离子在外加电场的作用下由溶液中扩散到电极溶液界面，而后通过界面电化学反应而进入到电极表面活性氧化物的体相中。
由于电极材料采用的是具有较大比表面积的氧化物，这样就会有相当多的这样的电化学反应发生，大量的电荷就被存储在电极中。
放电时这些进入氧化物中的离子又会重新返回到电解液中，同时所存储的电荷通过外电路而释放出来，这就是法拉第准电容的充放电机理。
在电极面积相同的情况下，法拉第准电容的比电容可以是双电层电容的10~100 倍，人们的研究焦点目前已主要集中在法拉第准电容上。
参考文献：R. Kotz and M. Carlen, Electrochimica Acta, 2000, 45:2483-2498肖芳 . 复合金属氧化物材料的电化学电容行为. [D] , 新疆大学, 2005, 13-14.Conway B E, Pell W G. Solid State Electrochem , 2003, 7(9): 637-644.朱修锋, 景晓燕, 张密林.[J]. 功能材料与器件学报, 2002, 8(3): 325-329，。
论超级电容器的原理及应用作者：倪晖来源：《科协论坛·下半月》2013年第08期摘要：超级电容器属于储能装置的一种升级版，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。
就超级电容器的原理及应用为主要研究对象，探析超级电容器的分类、原理、特点及应用。
关键词：超级电容器赝电容器原理特点应用中图分类号：TM53 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）008-029-02超级电容器的发展始于20世纪60年代，作为一种新型储能器件，其主要介于传统电容器与电池间。
与传统电容器比较可得，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。
1 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，超级电容器分为双电层电容器、法拉第准电容（贵金属氧化物及贵金属电极）；电容产生机理是以电活性离子在贵金属电极表面的欠电位沉积现象或在贵金属氧化物电极体相及其表面的氧化还原反应为依据的吸附电容。
与双电层电容相比较，吸附电容完全不相同，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应情况及结构而言，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应相同、组成相同、反应方向相反，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应不同、电极组成不同。
超级电容器可用电压的最大值取决于电解质分解电压。
电解质可为强碱、强酸等水溶液，亦或盐的质子惰性溶剂等。
通过水溶液体系，超级电容器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，超级电容器可获取高电压，并获取高比能量。
二氧化锰在碱性电解质溶液中的赝电容行为研究摘要：本文利用KMnO4和HCl在高温高压的条件下成功的合成了MnO2。
分别比较了制备的MnO2电极在KOH、NaOH、LiOH三种碱性电介质溶液中的电化学性质的区别，同时比较了MnO2电极在上述性能较好的碱性溶液中不同浓度中的电化学性质。
结果表明在LiOH 碱性电解质溶液中的电化学性能好。
通过循环伏安法、恒流充放电和交流阻抗测试研究了所制备的MnO2的超级电容性能，测试结果表明：在放电电流为0.5A⋅g-1，电极在1mo1·L-1的LiOH电解质溶液中的比电容分别达到了369.0F⋅g-1，1000次循环充放电后电极的放电比电容保持率分别为98.6%。
该测试结果表明当二氧化锰电极用1mo1·L-1的LiOH溶液做电解质时具有较好的超级电容特性。
关键词：MnO2、LiOH、电解液、电极、电容器1 绪论1.1 超级电容器简介随着国内油价的继续上涨，越来越多的人尤其是刚参加工作的年轻人更加亲睐电动自行车。
交通部原定于2011年1月1日起实施的电动车国家新标准，将无数人的希望扼杀于摇篮中，同时也将使电动车行业面临重新洗牌（因为国内电动自行车的数量如今已超过1亿辆。
然而符合此标准的可能不超过20%。
）。
虽然新国标目前并未真正实施，但究竟是什么样的标准是国内的电动车行业如此震荡？新标准是“40公斤以上、时速20公里以上的电动自行车，称为轻便电动摩托车或电动摩托车，划入机动车范畴”。
此标准只要实施，意味着在我们手中的大多数电动自行车成了电动摩托车，必须要过了牌照、驾照、保险等几道关卡后，才能合法上路。
上述标准中强调了电动自行车的重量必须小于等于40公斤才可以，为什么无数的电动自行车生产企业知道此标准却不降低产品的重量呢？原因虽多，而其中最重要的是目前市面上的电动自行车的电池使用的是铅酸蓄电池。
然而铅酸蓄电池重量比能量为28-40 Wh/Kg，电池的续航能力导致了电动自行车的重量直线上升，从而违反了新国标。
