什么是超級電容？超級電容器的原理及特點是什么

作者：黑金剛電容    發(fā)布時間：2020-09-07 21:12:26  訪問量：11350  來源：NIPPON CHEMI-CON

超級電容器的原理及特點

超級電容器，又叫作電化學(xué)電容器，已經(jīng)有50多年的歷史，被認為是一種介于普通電容和電池之間的另一種有潛力的電化學(xué)儲能元件，其工作原理結(jié)構(gòu)如圖1所示。根據(jù)儲存電能機理的不同，可分為兩類叫∶一類是當(dāng)電極與電解液接觸時，由于庫侖力、分子間力、原子間力的作用，使固液界面出現(xiàn)穩(wěn)定的、符號相反的雙層電荷，由電極與電解液之間形成的界面雙層來儲存能量的雙電層電容器（Elecri DoubleLayer Capacitar）;另一類是在電極表面或體相中的二維與準二維空間上，電化學(xué)活性物質(zhì)進行欠電位沉積，發(fā)生高度可逆的化學(xué)吸附/脫附或氧化/還原反應(yīng)，產(chǎn)生與電極充電電位有關(guān)電容的法拉第準電容器（Faraday Pseudcapacitor）。由于雙電層電容器的充放電純屬于物理過程，所以其充放電效率高，循環(huán)壽命長，充放電過程快，因此，比較適合在新能源汽車中應(yīng)用。

超級電容器作為一種新型的儲能元件，填補了傳統(tǒng)電容器和電池之間的空白。它能夠提供比普通電容器更高的比能量和比電池更高的比功率以及更長的循環(huán)壽命，同時，還具有比電池耐溫和免維護的特點。當(dāng)前研制成功的超級電容器具有如下優(yōu)點∶

1）電容量超高。由于超級電容器與傳統(tǒng)電容器相比，儲存電荷的面積大很多，電荷被隔離的距離小得

多，因此，一個超級電容器單元的電容量就高達幾法至數(shù)萬法，比同體積的普通電容器電容量大2000~6000 倍。

2）功率密度很高。由于采用了特殊的工藝，超級電容器的等效電阻很小，并且在電極/溶液界面和電極材料本體內(nèi)均能夠?qū)崿F(xiàn)電荷的快速儲存和釋放，因而它的輸出功率密度很高，可達到10kWkg左右，是一般電池的數(shù)十倍，是任何一個化學(xué)電源都無法比擬的。

3）貯存壽命極長。超級電容充電后貯存過程中，雖然也有微小的漏電電流存在，但這種發(fā)生在電容器內(nèi)部的離子或質(zhì)子遷移運動乃是在電場的作用下發(fā)生的，并沒有出現(xiàn)化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，沒有產(chǎn)生新的物質(zhì)。再者，所用的電極材料在相應(yīng)的電解液中也是穩(wěn)定的，因而超級電容的貯存壽命幾乎可以認為是無限的。

4）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)，其充放電循環(huán)次數(shù)可達10萬次以上。

5）可靠性高。超級電容工作工程中沒有運動部件，維護工作極少，也不必像電池那樣需要定期充放電維護，因而超級電容器的可靠性是非常高的。

6）工作溫度范圍寬。超級電容能在-40℃～+70℃的環(huán)境溫度中正常運行;而電池一般是-20℃～+60℃。

7）充放電效率高。超級電容器在充放電過程中，通常不會對電極材料的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，效率可達85%～98%。

8）充放電時間非常短。可大電流充放電，使用便捷;對過充電有一定的承受能力，短時過壓不會產(chǎn)生嚴重影響;對瞬間高電壓或短路大電流具有一定的緩沖能力，能量系統(tǒng)較為穩(wěn)定。

但是，超級電容器也有自身一些不足之處，具體表現(xiàn)如下∶能量密度偏低，作為純電動應(yīng)用續(xù)駛里程太短;線性放電，使其無法完全放電;自放電較大，長時間放置電壓會很快下降;單體工作電壓低，需要較多的數(shù)量串聯(lián)才能得到較高的工作電壓，對單體的一致性要求很高;價格高。

這些特點決定了超級電容器主要用于混合動力車作為功率輔助應(yīng)用，或者與其他動力源組成聯(lián)合體共同工作。超級電容器與電池和普通電容器的主要性能比較如表1所示。

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