超級電容器的結(jié)構(gòu)
超級電容器結(jié)構(gòu)上的具體細節(jié)依賴于對超級電容器的應(yīng)用和使用。由于制造商或特定的應(yīng)用需求，這些材料可能略有不同。所有超級電容器的共性是，他們都包含一個正極，一個負極，及這兩個電極之間的隔膜，電解液填補由這兩個電極和隔膜分離出來的兩個的孔隙。
超級電容器的結(jié)構(gòu)如圖所示．是由高比表面積的多孔電極材料、集流體、多孔性電池隔膜及電解液組成。電極材料與集流體之間要緊密相連，以減小接觸電阻；隔膜應(yīng)滿足具有盡可能高的離子電導(dǎo)和盡可能低的電子電導(dǎo)的條件，一般為纖維結(jié)構(gòu)的電子絕緣材料，如聚丙烯膜。電解液的類型根據(jù)電極材料的性質(zhì)進行選擇。
上圖中各部分為：（1）：聚四氟乙烯載體；（2）（4）：活性物質(zhì)壓在泡沫鎳集電極上；（3）：聚丙烯電池隔膜。
超級電容器的部件從產(chǎn)品到產(chǎn)品可以有所不同。這是由超級電容器包裝的幾何結(jié)構(gòu)決定的。對于棱形或正方形封裝產(chǎn)品部件的擺放，內(nèi)部結(jié)構(gòu)是基于對內(nèi)部部件的設(shè)置，即內(nèi)部集電極是從每個電極的堆疊中擠出。這些集電極焊盤將被焊接到終端，從而擴展電容器外的電流路徑。
對于圓形或圓柱形封裝的產(chǎn)品，電極切割成卷軸方式配置。最后將電極箔焊接到終端，使外部的電容電流路徑擴展。
超級電容的特性
超級電容器使用過程中是沒有任何的化學反應(yīng)，也沒有高速旋轉(zhuǎn)等機械運動；對于環(huán)境沒有污染，也沒有任何的噪聲；它的結(jié)構(gòu)簡單、體積小，是非常理想的儲能設(shè)備。超級電容產(chǎn)品具有如下技術(shù)特性：
?。?）充電速度快。充滿其額定容量的95%以上僅需10秒～10分鐘；
（2）循環(huán)壽命長。深度充放電循環(huán)可達1～50萬次，例如，北京合眾匯能公司生產(chǎn)的HCC250F/2.7V的超級電容器和北京集星科技公司生產(chǎn)的系列電容的循環(huán)壽命均在50萬次以上；
（3）能量轉(zhuǎn)換效率高。大電流能量循環(huán)效率》90%；
?。?）功率密度高。可達300W/kg—50000W/kg，為蓄電池的5～10倍；
?。?）原材料生產(chǎn)、使用、存儲及拆解過程均無污染，是理想的綠色環(huán)保電源；安全系數(shù)高，長期使用免維護；
（6）高充放電效率。由于內(nèi)阻很小，所以充放電損耗也很小，具有很高的充放電效率，可達90%以上。
?。?）溫度范圍寬。達-40～+70℃。超級電容器電極材料的反應(yīng)速率受溫度影響不大；
?。?）檢測控制方便。剩余電量可通過公式E=CV2/2直接算出，只需要檢測端電壓就可以確定所儲存的能量，荷電狀態(tài)（SOC）的計算簡單準確，因此易于能量管理與控制。
超級電容器工作原理
超級電容器基本原理和其它種類的雙電層電容器一樣，都是利用活性炭多孔電極和電解質(zhì)組成的雙電層結(jié)構(gòu)獲得超大的容量。突出優(yōu)點是功率密度高、充放電時間短、循環(huán)壽命長、工作溫度范圍寬，是世界上已投入量產(chǎn)的雙電層電容器中容量最大的一種。
根據(jù)儲能機理的不同可以分為以下兩類：
1、雙電層電容：是在電極/溶液界面通過電子或離子的定向排列造成電荷的對峙而產(chǎn)生的。對一個電極/溶液體系，會在電子導(dǎo)電的電極和離子導(dǎo)電的電解質(zhì)溶液界面上形成雙電層。當在兩個電極上施加電場后，溶液中的陰、陽離子分別向正、負電極遷移，在電極表面形成雙電層；撤消電場后，電極上的正負電荷與溶液中的相反電荷離子相吸引而使雙電層穩(wěn)定，在正負極間產(chǎn)生相對穩(wěn)定的電位差。這時對某一電極而言，會在一定距離內(nèi)（分散層）產(chǎn)生與電極上的電荷等量的異性離子電荷，使其保持電中性；當將兩極與外電路連通時，電極上的電荷遷移而在外電路中產(chǎn)生電流，溶液中的離子遷移到溶液中呈電中性，這便是雙電層電容的充放電原理。
2、法拉第準電容：其理論模型是由Conway首先提出，是在電極表面和近表面或體相中的二維或準二維空間上，電活性物質(zhì)進行欠電位沉積，發(fā)生高度可逆的化學吸脫附和氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生與電極充電電位有關(guān)的電容。對于法拉第準電容，其儲存電荷的過程不僅包括雙電層上的存儲，而且包括電解液離子與電極活性物質(zhì)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)。當電解液中的離子（如H+、OH-、K+或Li+）在外加電場的作用下由溶液中擴散到電極/溶液界面時，會通過界面上的氧化還原反應(yīng)而進入到電極表面活性氧化物的體相中，從而使得大量的電荷被存儲在電極中。放電時，這些進入氧化物中的離子又會通過以上氧化還原反應(yīng)的逆反應(yīng)重新返回到電解液中，同時所存儲的電荷通過外電路而釋放出來，這就是法拉第準電容的充放電機理。