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超级电容器，又称电化学电容器、电双层电容器、黄金电容器和法拉电容，是20世纪70年代和80年代开发的一种电化学元件，使用极化电池电解液来储存能量。

 

超级电容器的介绍

与传统的化学电源不同，超级电容器是一种介于传统电容器和电池之间的特殊性质的电源。它们主要依靠电双层和氧化还原假电容器来储存电能。然而，在超级电容器的能量存储过程中没有发生化学反应。这种能量存储过程是可逆的，正是因为如此，超级电容器可以反复充电和放电数十万次。

超级电容器结构的具体细节取决于超级电容器的应用和使用。这些材料可能因制造商或具体应用需求而略有不同。超级电容器的共同点是，它们包含一个阴极电极，一个阳极电极，以及两个电极之间的分离器，电解质填充由两个电极和分离器分隔的两个孔隙。

 

 

超级电容器是由具有高比表面积的多孔电极材料、多孔电池隔膜和电解质组成。我们的网站还有一篇关于电池分离器的五大电池分离器公司的文章，帮助你了解更多关于电池分离器的信息。分离剂应满足具有尽可能高的离子电导率和尽可能低的电子电导率的条件，一般是具有纤维结构的电子绝缘材料，如聚丙烯薄膜。电解液的类型是根据电极材料的特性来选择的。

 

超级电容器的分类

根据超级电容器的不同储能机制，可分为以下两类：

● 双电层电容： 作为一种超级电容器，它是由电极/溶液界面的电子或离子的定向排列引起的电荷对抗而产生。对于一个电极/溶液系统，在电子导电的电极和离子导电的电解质溶液的界面上形成一个电双层。

当电场施加在两个电极上时，溶液中的阴离子和阳离子分别迁移到正负电极上，在电极表面形成电双层。电场消除后，电极上的正负电荷会吸引溶液中带相反电荷的离子来稳定电双层，使正负电极之间产生相对稳定的电位差。

此时，对于某一个电极，在一定距离内会产生相当于电极上电荷的各向异性离子电荷（分散层），从而保持电中性。当两极连接到外部电路时，电极上的电荷迁移，在外部电路中产生电流，而溶液中的离子迁移到溶液中，成为电中性。这就是双电层电容器的充放电原理。

● 法拉第准电容： 作为一种超级电容器，其理论模型是由康威首先提出的。它是电活性物质在电极表面和近表面或体相的二维或准二维空间的欠电位沉积，并发生高度可逆的化学解吸和REDOX反应，产生与电极充电电位有关的电容。

对于法拉第准电容器，储存电荷的过程不仅包括在电双层上的储存，还包括电解质离子和电极活性材料之间的氧化还原反应。

 

 

当电解液中的离子（如H+、OH-、K+或Li+）在外电场的作用下从溶液中扩散到电极或溶液界面时，会通过界面上的REDOX反应进入电极表面的活性氧化物的体相中，从而在电极中储存大量的电荷。

放电时，这些进入氧化物的离子将通过上述REDOX反应的逆反应回到电解液中，同时，储存的电荷将通过外部电路释放出来，这就是法拉第准电容器的充放电机制。

 

超级电容器的优点和缺点

超级电容器的优点

● 在很小的体积内就可以达到法拉第级别的电容；
● 不需要专门的充电电路和控制放电电路；
●与电池相比，过度充电和过度放电不会对其寿命产生不利影响；
●从环境保护的角度考虑，它是一种绿色能源；
●超级电容器可以焊接，所以不存在像电池那样的弱接触问题。

 

超级电容器的劣势

● 使用不当可能造成电解液泄漏等现象；

● 与铝电解电容相比，其内阻较大，所以不能用于交流电路。

 

超级电容器被称为 “超 “的原因

超级电容器可以被看作是两个悬浮在电解质中的非活性多孔电极板。当电源施加到板上时，阴极板吸引电解质中的阳极离子，而阳极板吸引阴极离子，这实际上形成了两个电容性存储层。分离的阴极离子在负极板附近，阳极离子在阴极板附近。可以看成是两个悬浮在电解质中的非活性多孔电极板。

当电源加到板上时，阴极板吸引电解液中的阳极离子，而阳极板吸引阴极离子，这实际上形成了两个电容性存储层。分离的阴极离子靠近阳极板，而阳极离子靠近阴极板。超级电容器在分离的电荷中储存能量，用于储存电荷的面积越大，分离的电荷越密集，电容就越大。

与超级电容器相比，传统电容器的面积是导体的平面面积。为了获得更大的容量，导体材料要经过长时间的轧制，有时还要使用特殊结构来增加其表面积。在传统的电容器中，绝缘材料被用来分离它的两个极板，一般是塑料薄膜、纸张等。这些材料通常要求尽可能的薄。

 

 

超级电容器的面积以多孔碳材料为基础，其多孔结构使其面积达到2000平方米/克，有些措施使其表面积更大。超级电容器电荷分离的距离是由吸引到带电电极的电解质离子的大小决定的。这个距离（<10埃）比传统电容器薄膜材料所能实现的要小。

巨大的表面积与极小的电荷分离距离相结合，使得超级电容器与传统的电容器相比具有惊人的静电容量，这也是其 “超”。

 

控制超级电容器的放电

超级电容器的电阻使其不能快速放电。超级电容器的时间常数τ在1至2s之间。对于电阻性和电容性电路来说，完全放电大约需要5τ，这意味着短路放电大约需要5到10s（由于电极的特殊结构，它们实际上需要几个小时才能完全释放剩余的电荷）。

超级电容器可以快速充电和放电，峰值电流只受其内部电阻的限制，即使是短路也不致命。事实上，这取决于电容器单元的大小。对于匹配的负载，小单元可以放10A，大单元可以放1000A。另一个限制放电率的条件是热量。反复以激进的速率放电会增加电容器的温度，最终导致开路。