超級(jí)電容器又稱電化學(xué)電容器或雙電層電容器，是一種新型儲(chǔ)能器件，它利用電極/電解質(zhì)交界面上的雙電層或在電極界面上發(fā)生快速、可逆的氧化還原反應(yīng)來儲(chǔ)存能量。
超級(jí)電容器采用活性碳材料制作成多孔碳電極，同時(shí)在相對(duì)的多孔電極之間充填電解質(zhì)溶液，當(dāng)在兩端施加電壓時(shí)，相對(duì)的多孔電極上分別*正負(fù)電子，而電解質(zhì)溶液中的正負(fù)離子將由于電場作用分別*到與正負(fù)極板相對(duì)的界面上，從而形成兩個(gè)集電層。
由于活性碳材料具有≥1200m2/g的超高比表面積（即獲得了極大的電極面積），而且電解質(zhì)與多孔電極間的界面距離不到1nm（即獲得了極小的介質(zhì)厚度），所以這種雙電層結(jié)構(gòu)的超級(jí)電容器比傳統(tǒng)的物理電容的容值要大很多，比容量可以提高100倍以上，從而使利用電容器進(jìn)行大電量的儲(chǔ)能成為可能。
目前國際上研究與發(fā)展的超級(jí)電容器可歸為以下幾類：
●雙層電容器（Double layer capacitor）
由高表面碳電極在水溶液電解質(zhì)（如硫酸等）或有機(jī)電解質(zhì)溶液中形成的雙電層電容，如圖6-12.1所示。該圖還表示出一個(gè)典型雙電層的形成原理，顯然雙電層是在電極材料（包括其空隙中）與電解質(zhì)交界面兩側(cè)形成的，雙電層電容量的大小取決于雙電層上分離電荷的數(shù)量，因此電極材料和電解質(zhì)對(duì)電容量的影響最大。一般都采用多孔高表面積碳作為雙層電容器電極材料，其比表面積可達(dá)1000－3000m2/g，比電容可達(dá)280F/g。
●贗電容器（Pseudo－capacitor）
由電極表面上或者體相中的二維或準(zhǔn)二維空間上發(fā)生活性材料的欠電位沉積，形成高度可逆的化學(xué)吸附/脫附或氧化/還原反應(yīng)產(chǎn)生和電極充電電位有關(guān)的電容，又稱法拉第準(zhǔn)電容；典型的贗電容器是由金屬氧化物，如氧化釕構(gòu)成的，其比電容高達(dá)760F/g。但由于氧化釕太貴，現(xiàn)已開始采用氧化鈷、氧化鎳和二氧化錳來取代；
●混合電容器（Hybrid capacitor）
由半個(gè)形成雙層電容的碳電極與半個(gè)導(dǎo)電聚合物或其他無機(jī)化合物的表面反應(yīng)或電極嵌入反應(yīng)電極等構(gòu)成。目前在水溶液電解質(zhì)體系中，已有碳/氧化鎳混合電容器產(chǎn)品，同時(shí)正在發(fā)展有機(jī)電解質(zhì)體系的碳/碳（鋰離子嵌入反應(yīng)碳材料）、碳/二氧化錳等混合電容器。
此外，若按照電容器采用的電極材料分類，則可分為碳基型、氧化物型和導(dǎo)電聚合物型；而按采用的電解質(zhì)類型分類，則又分為水溶液電解質(zhì)型和非水電解質(zhì)型（主要為有機(jī)電解質(zhì)型）。在有機(jī)電解質(zhì)溶液中，電容器的工作電壓可提高至2.5V以上。
超級(jí)電容器的性能特點(diǎn)
超級(jí)電容器是介于電容器和電池之間的儲(chǔ)能器件，它既具有電容器可以快速充放電的特點(diǎn)，又具有電化學(xué)電池的儲(chǔ)能機(jī)理，性能比較詳見下表。
超級(jí)電容器作為一種新型能源器件，具有以下主要優(yōu)點(diǎn)：
（1）功率密度高
超級(jí)電容器的內(nèi)阻很小，且在電極/溶液界面和電極材料本體內(nèi)部均能夠?qū)崿F(xiàn)電荷的快速貯存和釋放，因此它的輸出功率密度高達(dá)數(shù)千瓦/千克，是任何一種化學(xué)電源都無法比擬的，是一般蓄電池的數(shù)十倍。
?。?）充放電循環(huán)壽命長
超級(jí)電容器在充放電過程中只有離子和電荷的傳遞，沒有發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而引起相變，因此其容量幾乎沒有衰減，循環(huán)壽命可達(dá)萬次以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于蓄電池的充放電循環(huán)壽命。
?。?）充電時(shí)間短
從目前已經(jīng)做出的超級(jí)電容器充電試驗(yàn)結(jié)果來看，在電流密度為7mA/cm2時(shí)（相當(dāng)于一般蓄電池充電電流密度），全充電時(shí)間只要10~12分鐘，而蓄電池在這么短的時(shí)間內(nèi)是無法實(shí)現(xiàn)全充電的。
（4）特殊的功率密度和適度能量密度
對(duì)于普通蓄電池來說，如果能量密度高，其功率密度不會(huì)太高；而功率密度高，其能量密度則不會(huì)太高。但超級(jí)電容器在提供1～5kW/kg高功率密度輸出的同時(shí)，其能量密度可以達(dá)到5～20Wh/kg。若將它與蓄電池組合起來，就會(huì)組成為一個(gè)兼有高能量密度和高功率密度輸出的儲(chǔ)能系統(tǒng)。
?。?）貯存壽命長
超級(jí)電容器在充電之后的貯存過程中，雖然也存在微小的漏電電流，但這種發(fā)生在超級(jí)電容器內(nèi)部的離子或質(zhì)子遷移運(yùn)動(dòng)是在電場的作用下產(chǎn)生的，并沒有出現(xiàn)化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，電極材料在電解質(zhì)中也是相對(duì)穩(wěn)定的，因此超級(jí)電容器的貯存壽命幾乎是無限的。
（6）工作溫度范圍寬
超級(jí)電容器可在-50～+75℃的溫度條件下工作，性能優(yōu)于傳統(tǒng)電容器和蓄電池。
超級(jí)電容器的應(yīng)用
超級(jí)電容器的脈沖功率性能、較長的應(yīng)用產(chǎn)品壽命、能夠在極端的溫度環(huán)境中可靠操作的特點(diǎn)，完全適合于那些需要在幾分之一秒至幾分鐘時(shí)間的重復(fù)電能脈沖的應(yīng)用產(chǎn)品，使其成為運(yùn)輸、可再生能源、工業(yè)與消費(fèi)電子以及其它應(yīng)用產(chǎn)品的首選蓄能與電力傳輸解決方案，例如在電動(dòng)汽車（EV/HEV）、軍工、輕軌、航空、電動(dòng)自行車、后備電源、發(fā)電（風(fēng)能發(fā)電、太陽能發(fā)電）、通訊、消費(fèi)和娛樂電子、信號(hào)監(jiān)控等領(lǐng)域的電源應(yīng)用方面具有廣闊的市場前景。
近年來，由于能源問題和環(huán)境保護(hù)的要求，世界上對(duì)電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車的需求越來越緊迫，電動(dòng)汽車的關(guān)鍵部分是蓄電池，但蓄電池的峰值功率特性無法滿足汽車在啟動(dòng)、加速和爬坡等特殊情況下對(duì)功率的需求。超級(jí)電容器在電動(dòng)汽車中與蓄電池并聯(lián)作輔助電源上的應(yīng)用，可以彌補(bǔ)蓄電池在功率特性方面的不足。當(dāng)汽車處于正常行駛狀態(tài)時(shí)，超級(jí)電容器處于充電狀態(tài)，在加速或載重爬坡特殊情況下由超級(jí)電容器實(shí)現(xiàn)高功率放電，突然制動(dòng)時(shí)，則通過超級(jí)電容器的高功率充電吸收制動(dòng)過程中產(chǎn)生的能量。超級(jí)電容器的使用可以滿足電動(dòng)汽車的啟動(dòng)、制動(dòng)和爬坡時(shí)對(duì)高功率放電的需求，起到平衡蓄電池負(fù)載的作用，可以延長蓄電池的使用壽命。
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