超級電容器,也叫電化學(xué)電容器,是20世紀60年代發(fā)展起來(lái)的一種新型儲能元件，1957 年, 美國的Becker首先提出了可以將電容器用作儲能元件, 具有接近于電池的能量密度的超級電容概念。1962年標準石油公司(SOHIO)生產(chǎn)了一種工作電壓為6V、以碳材料作為電極的電容器。該技術(shù)被轉讓給NEC電氣公司,該公司從1979 年開(kāi)始生產(chǎn)超級電容器, 1983 年率先推向市場(chǎng)。20世紀80年代以來(lái),利用金屬氧化物或氮化物作為電極活性物質(zhì)的超級電容器 ,因其具有雙電層電容 所不具有的若干優(yōu)點(diǎn),現已引起廣大科研工作者極大興趣。

一.超級電容器的儲能原理

超級電容器按儲能原理可分為雙電層電容器和法拉第準電容器。

1.雙電層電容器的基本原理

雙電層電容器的基本原理是利用電極和電解質(zhì)之間形成的界面雙電層來(lái)存儲能量的一種新型電子元件，當電極和電解液接觸時(shí),由于庫侖力、分子間力或者原子間力的作用, 使固液界面出現穩定的、符號相反的兩層電荷, 稱(chēng)為界面雙電層。這種電容器的儲能是通過(guò)使電解質(zhì)溶液進(jìn)行電化學(xué)極化來(lái)實(shí)現的, 并沒(méi)有產(chǎn)生電化學(xué)反應, 這種儲能過(guò)程是可逆的。

2法拉第準電容器的基本原理

繼雙電層電容器后,又發(fā)展了法拉第準電容,簡(jiǎn)稱(chēng)準電容。該電容是在電極表面或體相中的二維或準二維空間上, 電活性物質(zhì)進(jìn)行欠電位沉積,發(fā)生高度的化學(xué)吸脫附或氧化還原反應 ,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(guò)程不僅包括雙電層上的存儲, 而且包括電解液中離子在電極活性物質(zhì)中由于氧化還原反應而將電荷儲存于電極中。

二.超級電容器的特性

超級電容器是介于傳統物理電容器和電池之間的一種較佳的儲能元件 ,其巨大的優(yōu)越性表現 為:

①功率密度高。超級電容器的內阻很小 ,而且在電極/溶液界面和電極材料本體內均能實(shí)現電荷的快速儲存和釋放。

②充放電循環(huán)壽命長(cháng) 。超級電容器在充放電過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生電化學(xué)反應, 其循環(huán)壽命可達萬(wàn)次以上。

③充電時(shí)間短。完全充電只需數分鐘。

④實(shí)現高比功率和高比能量輸出。

⑤儲存壽命長(cháng)。

⑥可靠性高。超級電容器工作中沒(méi)有運動(dòng)部件, 維護工作極少。

⑦環(huán)境溫度對正常使用影響不大 。超級電容器正常工作溫度范圍在 -35 ～ 75 ℃。

⑧可以任意并聯(lián)使用 ,增加電容量;若采取均壓后, 還可串聯(lián)使用, 提高電壓等級