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(zhuǎn)讓給NEC電氣公司,該公司從1979 年開始生產(chǎn)超級電容器, 1983 年率先推向市場。20世紀80年代以來,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,現(xiàn)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存儲能量的一種新型電子元件，當電極和電解液接觸時,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(xiàn)穩(wěn)定的、符號相反的兩層電荷, 稱為界面雙電層。這種電容器的儲能是通過使電解質(zhì)溶液進行電化學(xué)極化來實現(xiàn)的, 并沒有產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng), 這種儲能過程是可逆的。

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,簡稱準電容。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(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, 而且包括電解液中離子在電極活性物質(zhì)中由于氧化還原反應(yīng)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(tǒng)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(xiàn) 為:

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

②充放電循環(huán)壽命長 。超級電容器在充放電過程中沒有發(fā)生電化學(xué)反應(yīng), 其循環(huán)壽命可達萬次以上。

③充電時間短。完全充電只需數(shù)分鐘。

④實現(xiàn)高比功率和高比能量輸出。

⑤儲存壽命長。

⑥可靠性高。超級電容器工作中沒有運動部件, 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