什麽是超級電容？與普通電容有什麽區別？
更新時間：2022-01-06 點擊次數：1487
超（chāo）級電容，又名電化學電容，雙電層電容器（qì）、黃金電（diàn）容、法拉電容，是從上世紀七、八十年（nián）代發展起來（lái）的通過極（jí）化電解質來（lái）儲能的一種電化學元（yuán）件。它不同於傳統的化學電源，是一種介於傳統電容器與電池之間、具有特殊性能（néng）的電（diàn）源，主要依靠雙電層和氧化還原（yuán）贗電容電荷儲存電能。但在其儲能的過程並不發生化學反（fǎn）應（yīng），這種儲能過程是可逆的，也正因為（wéi）此超級（jí）電容器可以反複（fù）充放（fàng）電數（shù）十萬次。超級電容器結構上的具體細（xì）節依賴於對（duì）超級電容器的應用（yòng）和使（shǐ）用。由於製造商（shāng）或特定的應用（yòng）需求，這（zhè）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（yī）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（diàn）容器的結構如圖所示，是由高比表麵積的（de）多孔化電極材料、多孔性電（diàn）池（chí）隔膜及電解液組成（chéng）。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（zǐ）電導的條件，一（yī）般為纖維結構的電子絕緣材料，如聚丙烯膜。電解液的類型根據電極（jí）材料的性（xìng）質進行選擇。根據儲能機理的（de）不同可以分為以（yǐ）下兩類：1、雙電層電容：是在電極/溶液界麵通過電子或離（lí）子的定向排列（liè）造（zào）成電荷的對峙而產生（shēng）的。對一個電極/溶液體係，會在電子導電的電極和離子導電（diàn）的電解質溶液界麵（miàn）上形成雙電層。當在兩個電極上施加電場後，溶液中的陰（yīn）、陽離子分別（bié）向正、負電極遷（qiān）移，在（zài）電極表麵形成（chéng）雙電層；撤消電場後，電極（jí）上的（de）正負電荷與溶液中的相反電荷離（lí）子（zǐ）相吸引（yǐn）而使（shǐ）雙電層穩（wěn）定，在正（zhèng）負極間產（chǎn）生相對穩（wěn）定的電（diàn）位（wèi）差。這（zhè）時對某一電極（jí）而言，會（huì）在（zài）一定距離內(分（fèn）散層)產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（jiāng）兩極與外電路連通時，電極上的電荷遷移（yí）而在外電路中產生電流，溶液中的離（lí）子遷（qiān）移到溶液中呈（chéng）電中性，這便是雙電層電容的充放電原理（lǐ）。
2、法拉第準電容：其理論模型（xíng）是由Conway首先提（tí）出，是在電極表麵和近表麵或體相中的二維或準（zhǔn）二維（wéi）空（kōng）間上，電活性（xìng）物質進（jìn）行欠電位沉積，發生高度可逆的化（huà）學吸脫（tuō）附和氧化還原反應（yīng），產生與電極充電電位有（yǒu）關的電容對於法拉第準電容，其儲存電荷的過程（chéng）不僅包括雙電層上的存（cún）儲（chǔ），而且包括電解液離子與電極（jí）活性物質（zhì）發生的氧化還原反應（yīng）。當電解液中的離子(如（rú）H+、OH-、K+或（huò）Li+)在外加電場的作用下由溶液中擴散到電極/溶液界麵時，會（huì）通過界麵上的氧化還原反應而（ér）進入到電極表麵（miàn）活性（xìng）氧（yǎng）化物的體相中，從而使得（dé）大量的電荷被存儲（chǔ）在電極中（zhōng）。放電時（shí），這些進入氧化物中（zhōng）的離子又會通過以上氧化（huà）還原反應的逆反應（yīng）重新返（fǎn）回到電解（jiě）液中，同時所存儲的電荷通（tōng）過（guò）外電路而釋放出來（lái），這就是法拉第準（zhǔn）電容的充放電（diàn）機理。
1、很小（xiǎo）的體積下達到法（fǎ）拉級的電容量；
2、無須特別的充電電路和控製放電電路；
3、和（hé）電池相比過充、過放都不對其壽命（mìng）構成負麵影響；
4、從環保（bǎo）的角度考慮，它是一種綠色能源；
5、超級電容（róng）器可焊接，因而（ér）不存在（zài）像電（diàn）池接觸（chù）不牢固等問題；
1、如果使用不當會造成電解質泄漏等現象；
2、和鋁電解電（diàn）容器相比（bǐ），它內阻較大（dà），因而不可以用於交流（liú）電路；
1、超級電容器可（kě）以（yǐ）被視為懸浮在電解質中的兩個無反應活性的多孔電極板，在極板上加電，正極板吸引電解質中（zhōng）的負（fù）離子，負極板吸引正離子，實際上形成（chéng）兩個容性存儲層，被分離開的正離子在負極板附近（jìn），負（fù）離子在正極板附近。2、超級電容器在分離出的電（diàn）荷中存儲能量，用於存儲（chǔ）電荷的麵積越大、分（fèn）離出的電荷越密集，其電容量越大。
3、傳統電容器的麵（miàn）積（jī）是導體的平板麵積，為了獲得較大的容量，導體材料卷製得很長，有時用特殊的組織結構來增加它的表麵積。傳（chuán）統電容器是用絕緣（yuán）材料分離它的兩極板，一般為塑料薄膜（mó）、紙等，這些（xiē）材料通常要（yào）求盡可能的薄。4、超（chāo）級電容器的麵積是基於（yú）多孔炭材料，該材料的多孔結（jié）構允許其麵積達到2000m2/g，通過一些措施（shī）可實現更大的表麵積。超級電容器電荷分離開的距離是（shì）由被吸引到帶（dài）電電極的電解質離子尺（chǐ）寸決定的。該距離（<10 Å）和傳統電容器薄膜材料所能實現的距離更小。5、龐大的表麵積再（zài）加上（shàng）非常小的電荷分離距（jù）離使（shǐ）得超級電容器較傳統電容器而言有驚人大的靜電容量，這也是其“超級（jí）"所在。
超級電容器的電阻阻（zǔ）礙其快速放（fàng）電，超級電容器的時（shí）間常數τ在1~2s，*給阻-容式電路放電大約需要5τ，也就是說如果短路放電（diàn）大約需要5~10s（由於電極的特殊結（jié）構它們（men）實際上得花上（shàng）數個小時才能將殘（cán）留的電荷*放幹（gàn）淨）。超級電容器可以快速（sù）充放電，峰值電流僅受其內阻限製，甚至短（duǎn）路也不是致（zhì）命的。實際上決定於電容器單（dān）體大小，對於匹配（pèi）負載，小單（dān）體（tǐ）可（kě）放10A，大單體可放1000A。另（lìng）一放電率的限製條件是熱，反複（fù）地（dì）以（yǐ）劇烈的（de）速率放電將使電容器溫（wēn）度升高，最終導致斷路。
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