什么叫超级电容器？( 四 ) _超级电容器是什么超级电容器的工作原理

全文摘要:

尽管超级电容器具有各种优点，但其能量密度低的缺点仍然限制了其在新能源汽车领域的应用。从目前的技术发展水平来看，超级电容器和锂离子电池的结合可以取长补短，基本满足了人们对电池高能量密度和高功率密度的需求。个人认为，基于电容的基本物理结构，很难在能量密度上有所突破，但这并不妨碍其与内燃机形成混合动力系统，在其他领域发挥自身的优势和特长。

@2019
超级电容器和电池的区别超级电容器和电池的区别是：
1、超级电容的功率特性要好于电池，可以大电流快速充放电，电池的能量密度要比超级电容高，同等体积下电池储存的能量要多。
2、由于超级电容充电式物理的过程，所以寿命要长，一般充放电次数达到50万次以上，电池充放电次数要少甚多，铅酸蓄电池500次，锂电池1000-1500次，不同类型的充放电次数不一样。
电容电池实际上就是一个电容器，只是由于其容量比通常的电容器大得多，对外表现和电池相同，因此取名“电容电池”，也有称作“超级电容” 。生产和生活最常见的铅蓄电池，可将电能通过化学反应储藏起来，到另一个场合或另一时段使用。铅蓄电池虽然造价较低，但也有相应的弱点，诸如能量转换效率较低、电池反复充放电易老化导致使用寿命短、比能量（Wh/kg）和比功率（W/kg）小使设备笨重、充电时间长等；现在我们在手机上使用的锂离子电池，虽然也有许多优点，但它价格昂贵且储藏电能有限，不能在大功率场合下使用；所以正在开发研制的超级电容电池，相比较而言，就有着一般电池无可比拟的优点，它的前景不可限量。
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超级电容器的原理超级电容器（也称为超级电容、超电容器）是一种介于电解电容器和可充电电池之间的大容量的电容器。其电容值远高于其他电容，但受限于较窄的电压范围，它们通常是电解电容器每单位体积或质量所能存储能量的10到100倍，能够比电池更快的充放电，并且比可充电电池允许更多的充电和放电循环。
超级电容器一般用于需要多次快速充放电循环而不是长期紧凑储能的应用中，例如:家用汽车、公共汽车、火车、起重机和电梯中。它们被用于再生制动、短期储能或突发模式下的电力输送。[3]较小的这种电容器可以用作静态随机存取存储器的存储器备份。
与传统的电容器不同，超级电容器不使用传统的固体电介质，而是使用双电层电容和电化学赝电容，[4]这两者通过稍有差异的方式一起提供了电容器的全部电容:
双电层电容器（EDLCs）使用具有双电层电容以及少量电化学赝电容的碳电极或其衍生物，实现了在位于导电电极表面和电解液的接触面上的亥姆霍兹双电层中的电荷分离。该电荷分离现象约为几个埃的数量级(0.3–0.8 纳米)，比传统电容器要小得多。
电化学赝电容器使用具有双电层电容以及大量电化学赝电容的金属氧化物或导电聚合物做为电极。该电极表面或表面附近发生的氧化还原反应，插层反应或者电吸附作用会引起法拉第电子电荷转移，从而产生赝电容。
混合电容器，如锂离子电容器，同时使用具有不同特性的电极。其中一个主要表现为静电电容，另一个主要表现为电化学电容。
电解液在两个电极之间形成离子导电连接，这将它们与传统的一直具有介电层的电解电容器区分开来。且所谓的电解液(例如MnO2或者导电高分子)实际上是第二电极(阴极，或者更准确地说是正极)的一部分。超级电容器通过使用非对称电极的设计达到极化，或者在制造过程中对对称电极施加电位以达到极化。
电化学电容器利用双电层效应存储电能。然而，这种双电层没有传统的固体介质来分离电荷。这样提供了电化学电容器总电容的电极双电层，则有两个存储原理：[21]
双电层电容在亥姆霍兹双电层中，通过电荷分离实现电能的静电存储。[22]
赝电容通过电荷转移的法拉第氧化还原反应，实现电能的电化学存储。[14]
两种电容只能通过测量技术进行分离。在电化学电容器中，尽管每个存储原理的电容量可能变化很大，但是每单位电压存储的电荷量与电极尺寸相关。
实际上，这些存储原理可产生电容值约为1到100法拉的的电容器。
超级电容器的基本组成有哪些?超级电容器结构上的具体细节依赖于对超级电容器的应用和使用。由于制造商或特定的应用需求，这些材料可能略有不同。所有超级电容器的共性是，他们都包含一个正极，一个负极，及这两个电极之间的隔膜，电解液填补由这两个电极和隔膜分离出来的两个的孔隙。是由高比表面积的多孔电极材料、集流体、多孔性电池隔膜及电解液组成。电极材料与集流体之间要紧密相连，以减小接触电阻；隔膜应满足具有尽可能高的离子电导和尽可能低的电子电导的条件，一般为纤维结构的电子绝缘材料，如聚丙烯膜。电解液的类型根据电极材料的性质进行选择。超级电容器的部件从产品到产品可以有所不同。这是由超级电容器包装的几何结构决定的。对于棱形或正方形封装产品部件的摆放，内部结构是基于对内部部件的设置，即内部集电极是从每个电极的堆叠中挤出。这些集电极焊盘将被焊接到终端，从而扩展电容器外的电流路径。对于圆形或圆柱形封装的产品，电极切割成卷轴方式配置。