浅析超级电容器的工作原理及特性

随着科学技术的进步，现在的人们对生态环境保护和绿色能源的应用越来越重视，超级电容作为一种新型的储能元件引起了人们的广泛重视与关注。超级电容器是通过电极与电解质之间形成的界面双层来存储能量的新型元器件，它是一种具有超级储电能力、可提供强大脉动功率的物理二次电源，它的出现填补了传统的静电电容器和化学电源之间的空白。

超级电容器由两个平板电极组成，正负电荷分别在两个极板上聚集，随着电量累积，电压逐渐增加，直到极板间的介质被击穿。

当电极与电解液接触时，由于库仑力、分子间力及原子间力的作用，使固液界面出现稳定和符号相反的双层电荷，称其为界面双层。把双电层超级电容看成是悬在电解质中的2个非活性多孔板，电压加载到2个板上。加在正极板上的电势吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，从而在两电极的表面形成了一个双电层电容器。双电层电容器根据电极材料的不同，可以分为碳电极双层超级电容器、金属氧化物电极超级电容器和有机聚合物电极超级电容器。

双电层超级电容是悬在电解质中的两个非活性多孔板，电压加载到两个板上。加在正极板上的电势吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，从而在两电极的表面形成了一个双电层电容器。一个超级电容单元的电容量高达几法至数万法[2]由于这种结构采用特殊的工艺，使其等效电阻很低，电容量很大、内阻较小，使得超级电容具有很高的尖峰电流，因此超级电容具有很高的比功率，它的功率密度是电池的50～100倍，可达到10×103W/kg左右，此特点让超级电容非常适合应用在短时大功率的场合。

超级电容如果按储能机理主要分为三类：

①由碳电极和电解液界面上电荷分离产生的双电层电容；

②采用金属氧化物作为电极，在电极表面和体相发生氧化还原反应而产生可逆化学吸附的法拉第电容；

③由导电聚合物作为电极而发生氧化还原反应的电容。双电层超级电容是靠极化电解液来储存电能的一种新型储能装置，由于双电层电容的充放电纯属于物理过程，其循环次数高，充电过程快，因此比较适合在电动车中应用。

超级电容的优缺点

1. 免维护

2. 充电速度快。

3. 循环寿命长。

4. 能量转换效率高。

5. 功率密度高。

6. 高充放电效率。

7. 工作温限宽。

8. 检测控制方便。

9.绿色环保

10. 原材料生产、使用、存储及拆解过程均无污染，是理想的绿色环保电源；安全系数高，长期使用免维护。

文章整合自：与非网、锯大网、机电之家

审核编辑：鄢孟繁

工作原理电解质能源科学技术

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