超级电容,又名电化学电容,双电层电容器、黄金电容、法拉电容,是从上世纪七、八十年代发展起来的通过极化电解质来储能的一种电化学元件。

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。
超级电容器的结构.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。

其基本原理和其它种类的双电层电容器一样,都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。突出优点是功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽,是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种。

根据储能机理的不同可以分为以下两类:

1、双电层电容:是在电极/溶液界面通过电子或离子的定向排列造成电荷的对峙而产生的。对一个电极/溶液体系,会在电子导电的电极和离子导电的电解质溶液界面上形成双电层。当在两个电极上施加电场后,溶液中的阴、阳离子分别向正、负电极迁移,在电极表面形成双电层;撤消电场后,电极上的正负电荷与溶液中的相反电荷离子相吸引而使双电层稳定,在正负极间产生相对稳定的电位差。这时对某一电极而言,会在一定距离内(分散层)产生与电极上的电荷等量的异性离子电荷,使其保持电中性;当将两极与外电路连通时,电极上的电荷迁移而在外电路中产生电流,溶液中的离子迁移到溶液中呈电中性,这便是双电层电容的充放电原理。

2、法拉第准电容:其理论模型是由Conway首先提出,是在电极表面和近表面或体相中的二维或准二维空间上,电活性物质进行欠电位沉积,发生高度可逆的化学吸脱附和氧化还原反应,产生与电极充电电位有关的电容。对于法拉第准电容,其储存电荷的过程不仅包括双电层上的存储,而且包括电解液离子与电极活性物质发生的氧化还原反应。当电解液中的离子(如H+、OH-、K+或Li+)在外加电场的作用下由溶液中扩散到电极/溶液界面时,会通过界面上的氧化还原反应而进入到电极表面活性氧化物的体相中,从而使得大量的电荷被存储在电极中。放电时,这些进入氧化物中的离子又会通过以上氧化还原反应的逆反应重新返回到电解液中,同时所存储的电荷通过外电路而释放出来,这就是法拉第准电容的充放电机理。

(1)充电速度快,充电10秒~10分钟可达到其额定容量的95%以上;

(2)循环使用寿命长,深度充放电循环使用次数可达1~50万次,没有“记忆效应”;

(3)大电流放电能力超强,能量转换效率高,过程损失小,大电流能量循环效率≥90%;

(4)功率密度高,可达300W/KG~5000W/KG,相当于电池的5~10倍;

(5)产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染,是理想的绿色环保电源;

(6)充放电线路简单,无需充电电池那样的充电电路,安全系数高,长期使用免维护;

(7)超低温特性好,温度范围宽-40℃~+70℃;

(8)检测方便,剩余电量可直接读出;

(9)容量范围通常0.1F--1000F 。

法拉(farad),简称“法”,符号是F;

1法拉是电容存储1库仑电量时,两极板间电势差是1伏特1F=1C/1V;

1库仑是1A电流在1s内输运的电量,即1C=1A·S;

1库仑=1安培·秒;

1法拉=1安培·秒/伏特;

电瓶(蓄电池)12伏14安时的放电量=14*3600*1/12=4200 法拉(F),(注:12伏14安时电瓶是由2v14安时6块串联来的,如果改成6快并联,就等于2v84安时,转换为1v就是168安时)。地球的电容值仅有1-2F左右。

责任编辑:郭伟创
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