什（shí）麽是超（chāo）級電容？與普通電容有什麽區別？
更新時間：2022-01-06 點擊次數：1228
超級電容，又名電化學電容，雙電層電容器、黃金電容（róng）、法拉（lā）電容，是從上世紀（jì）七、八十（shí）年代發展起來的（de）通過極化電解質來儲能的一（yī）種電化學元件。它不同於傳統的（de）化學電源，是（shì）一種介（jiè）於（yú）傳統電（diàn）容器與電池之間、具有特殊性能的電源，主要依靠雙電層和氧化還（hái）原（yuán）贗電容（róng）電荷儲存電能。但在其儲能的過程並（bìng）不發生化學反應，這種儲能過程（chéng）是可逆的，也正因為此超級（jí）電容器可以反複充放電數十萬次。超級電（diàn）容器結構上的（de）具體細節依賴於對超級電容器的應（yīng）用和使用（yòng）。由於製造商或（huò）特定的應用需求，這些材料可能略有不同（tóng）。所有超級電容器的共性是（shì），他們都包含一個（gè）正極，一個負極，及這兩個電極之間（jiān）的隔膜，電解（jiě）液填補由這（zhè）兩個電極和隔膜分離出來的兩個的孔隙。
超級電容器的結構如圖所示，是由高比表麵積的多孔化電極（jí）材料、多孔性電池隔膜及電解液組成。隔膜應滿足具有盡可能高（gāo）的（de）離（lí）子電導和盡可能低的電子電導的條件，一（yī）般為纖維結構的電子絕緣材料，如聚丙烯膜。電（diàn）解液的類型根據電極（jí）材料（liào）的性質進行選（xuǎn）擇。1、雙電層電容（róng）：是在電極/溶液界麵通過電子或（huò）離子的定向排列造成電荷的對峙而產生的。對一（yī）個電極（jí）/溶液體係（xì），會在電子導電的電極和離子導電的電解質溶液界麵上形成雙（shuāng）電層。當在兩個電極上施加電場後，溶液中的陰、陽離子分別向正、負電極遷移，在（zài）電極表麵（miàn）形（xíng）成雙電層；撤消電場後，電極上的（de）正負電荷與溶液中的相反電荷離子相吸引而使雙電層穩（wěn）定，在正負極間產生相對穩定的電位差。這（zhè）時對某一電極而言，會在一定距離內(分散層)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；當將兩（liǎng）極與（yǔ）外電路連通時，電極上的電（diàn）荷遷移而在外（wài）電路中產（chǎn）生電流，溶液中的離（lí）子（zǐ）遷移到溶液中呈電中性，這（zhè）便是雙電（diàn）層電容的充放電原理。
2、法拉第（dì）準電容：其理論模型是由Conway首先提出，是在電極表麵和近表麵或體相中的二維或準二維空間上，電活性物質進行欠電位沉積（jī），發生高（gāo）度可逆的化學吸脫附和氧（yǎng）化（huà）還原反應，產生與電極充電電位有（yǒu）關的電容對於法（fǎ）拉第準電（diàn）容，其儲存電荷（hé）的過程不僅包括雙電層上的（de）存儲，而且包括電解液離子（zǐ）與電極活性物質（zhì）發生的（de）氧化還原反應。當電解液中的離子(如H+、OH-、K+或（huò）Li+)在外（wài）加（jiā）電場的作（zuò）用下由溶液中（zhōng）擴（kuò）散到電極/溶（róng）液（yè）界麵時，會通過界麵（miàn）上的氧化還原反應而進入到電極表麵活性氧化物的體相（xiàng）中，從而使得大量的電荷被存儲在電極中。放（fàng）電時，這些進入氧（yǎng）化物中的離子又會通過（guò）以上氧化還原反應的逆反應重新返回到電（diàn）解液中，同時（shí）所存儲的電荷通過（guò）外電路而釋放出來，這就是法拉第準電容的充放電機理（lǐ）。
1、很小的體積（jī）下達到法拉級的電容量；
2、無須特別的充電電路和控製放電電路；
3、和電池相（xiàng）比過充、過放都不對其壽命構成負麵影響（xiǎng）；
4、從環保的角度考慮（lǜ），它是一種綠（lǜ）色能源（yuán）；
5、超級電容器可焊接，因而不存在像電池（chí）接觸不牢固等問題；
超級（jí）電容（róng）的（de）缺（quē）點：1、如果使（shǐ）用不當會造（zào）成電解質泄漏（lòu）等現象；
2、和鋁電（diàn）解電容器相比，它內（nèi）阻較大，因而不可以（yǐ）用於交流電路；
超級電容器（qì）之所以稱之為“超級"的原（yuán）因：1、超級電容（róng）器可（kě）以被視為（wéi）懸浮在電解質中的兩個無（wú）反應活性的（de）多孔電極板，在極板上加電，正極板吸引電解質（zhì）中的負離子（zǐ），負極板吸引（yǐn）正離子，實際上形成兩個容性存儲（chǔ）層，被分離開的正離子在負極板附近，負離子在正極板附（fù）近。2、超級電容器在分離出的電荷中存儲（chǔ）能（néng）量，用於（yú）存儲電荷的麵積越（yuè）大、分離出的電（diàn）荷越密集，其電容量越大。
3、傳統電容器的麵積是導體的平板麵積，為（wéi）了獲得較（jiào）大的容量，導體材料卷製得很長，有時（shí）用特殊的組（zǔ）織結構來增加（jiā）它的表麵積（jī）。傳統電容器是用絕緣（yuán）材料分離它的兩極板，一（yī）般為（wéi）塑料薄膜、紙等，這些材料通（tōng）常要求盡可能的薄。4、超級電容器的麵積是基於多孔炭（tàn）材料，該材料的多孔結（jié）構允許其麵積達到2000m2/g，通過一些措施可實現更大的表麵積（jī）。超級電（diàn）容器電荷分離開的距離是由被吸引到帶電電極的電解質離子尺寸（cùn）決定的（de）。該距離（lí）（<10 Å）和傳統電容器薄膜材（cái）料所能實現的距離更小。5、龐大的表麵積再加上非常小的電荷分離距離使得超級（jí）電容器較傳統電容器而言有驚人（rén）大的靜電容量，這也是其“超級"所在（zài）。
超級電（diàn）容器的電阻（zǔ）阻礙其快速放（fàng）電（diàn），超（chāo）級電容器的時間常數τ在1~2s，*給阻-容（róng）式電路放電大約需要5τ，也就是說如果短路放電大約需要5~10s（由於電極的特殊結構它們實際上得花上數（shù）個小時才能將殘留的（de）電荷*放幹（gàn）淨）。超級（jí）電容器可以（yǐ）快速充放電，峰值電（diàn）流僅受其內阻限製，甚至短（duǎn）路也（yě）不是致命的。實際上決定（dìng）於電容器單體大小，對於（yú）匹配負（fù）載，小單體可放10A，大單體可放1000A。另一（yī）放電率（lǜ）的限製條件是熱，反（fǎn）複地以（yǐ）劇烈的速率放電將（jiāng）使電容器溫度升高，最終（zhōng）導致斷路。
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