論超級電容器的原理及應(yīng)用

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1、論超級電容器的原理及應(yīng)用摘要：超級電容器屬于儲(chǔ)能裝置的一種升級版，其憑借著自身使用壽命長、功率密度高、充電迅速、使用溫度寬等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。在本案，筆者就超級電容器的原理及應(yīng)用為主要研究對象，探析了超級電容器的分類、原理、特點(diǎn)及應(yīng)用。關(guān)鍵字：超級電容器贗電容器原理特點(diǎn)及應(yīng)用超級電容器的發(fā)展始于上個(gè)世紀(jì)70年代-80年代，其為一種介于傳統(tǒng)電容器與電池間的新型儲(chǔ)能器件。相對于傳統(tǒng)電容器，超級電容器具備電容量大（為2000-6000倍同體積電解電容器）、功率密度高（為10-100倍電池）、充放電電流量大、充放電循環(huán)次數(shù)高（大于105次）、充放電效率高、免維修等優(yōu)點(diǎn)。在本案，筆者以超級電容器為

2、研究對象，探析其原理、應(yīng)用領(lǐng)域及應(yīng)用效果。一、超級電容器分類就電極而言，超級電容器可劃分為貴金屬氧化物電極電容器、碳電極電容器及導(dǎo)電聚合物電容器。就電能機(jī)理而言，超級電容器可劃分為雙電層電容器（電容產(chǎn)生機(jī)理為以電解液及電極上的電荷分離為基礎(chǔ)雙電層電容）、法拉第準(zhǔn)電容(組成成分為貴金屬氧化物及貴金屬電極；電容產(chǎn)生機(jī)理為以電活性離子于貴金屬電極表面欠電位沉積現(xiàn)象或于貴金屬氧化物電極體相及表面因氧化還原反應(yīng)為依據(jù)的吸附電容。與雙電層電容相比較，吸附電容完全不相同，此外，吸附電容的比電容將隨著電荷傳遞的向前推進(jìn)而不斷增大。就超級電容器電極上的反應(yīng)情況及結(jié)構(gòu)而言，超級電容器可劃分為非對稱型及對稱型

3、。對稱型超級電容器即為兩個(gè)電極反應(yīng)相同、組成相同、反應(yīng)方向相反，例如貴金屬氧化物、碳電極雙電層電容器等。非對稱型超級電容器即為兩個(gè)電極反應(yīng)不同、電極組成不同。超級電容器最大可用電壓取決于電解質(zhì)分解電壓。電解質(zhì)可為強(qiáng)堿或強(qiáng)酸等水溶液，亦可謂鹽的質(zhì)子惰性溶劑等有機(jī)溶液。通過水溶液體系，便可獲取高比功率及高容量的最大可用電壓；5.1-9,,services,andmakethecitymoreattractive,strengtheningpublictransportinvestment,establishedasthebackboneoftheurbanrailtransitmulti-l

4、evel,multi-functionalpublictransportsystem,thusprotectingtheregionalpositionandachieve通過有機(jī)溶液體系，便可獲取高電壓，從而獲取高比能量。二、超級電容器的原理就存儲(chǔ)電能的機(jī)理而言，超級電容器可分為贗電容器及雙電層電容器。在本案，筆者就贗電容器及雙電層電容器為研究對象，探析其原理。（一）雙電層電容器原理雙電層電容器屬于一種新型元器件，其能量儲(chǔ)存主要是通過電解質(zhì)與電極間界面雙層得以實(shí)現(xiàn)。若電解液與電極間相互接觸，因分子間力、庫倫力及原子間力作用力的存在，其勢必會(huì)引起固液界面產(chǎn)生一個(gè)雙層電荷，該電荷具備符號相

5、反及穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)。雙電層電容器電極材料以多孔碳材料為主，例如碳?xì)饽z，活性炭纖維、活性炭粉末等活性炭，碳納米管。通常情況下，雙電層電容器電極材料孔隙率影響著其容量大小，即電極材料比表面積隨著孔隙率的增高而變大，雙電層電容隨著孔隙率的增高而變大。需要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是，孔隙率的增高與電容器的變大間無規(guī)律性可言，但電極材料孔徑大小保持為2-50mm間，將有助于孔隙率的提高，從而實(shí)現(xiàn)材料有效比表面積的提高，并最終實(shí)現(xiàn)雙電層電容的提高、（二）贗電容器原理贗電容即法拉第準(zhǔn)電容，其主要是指于電極材料體相或表面準(zhǔn)二維或二維空間內(nèi)，通過欠電位沉積電活性物質(zhì)，發(fā)生高度可逆的氧化或脫附、化學(xué)吸附、還原反應(yīng)，從而

6、產(chǎn)生一個(gè)電容，該電容與電極充電電位間存在一定關(guān)系。因一切反應(yīng)均發(fā)生于整個(gè)體相內(nèi)，則其產(chǎn)生的最大電容值相當(dāng)大，例如吸附型準(zhǔn)電容就高達(dá)2000*10-6F/cm2。就氧化還原型電容器，其產(chǎn)生的最大電容量更大。已經(jīng)被公認(rèn)了的碳材料比容值為20*10-6F/cm2，則就重量級體積相同條件下，贗電容器容量為10-100倍雙電層電容器容量。現(xiàn)階段，贗電容器電極材料以導(dǎo)電聚合物及金屬氧化物為主。金屬氧化物超級電容器電極材料以過渡金屬氧化物為主，例如V2O5、MnO2、IrO2、WO3、NiO、RuO2、Co3O4等。金屬氧化物在超級電容器電極中的應(yīng)用效果最佳，就H2SO4電解液內(nèi)而言，金屬氧化物比容能

7、高達(dá)700-760F/g。但是，因RuO25.1-9,,services,andmakethecitymoreattractive,strengtheningpublictransportinvestment,establishedasthebackboneoftheurbanrailtransitmulti-level,multi-functionalpublictransportsystem,thusprotectingther