論超級電容器原理和應(yīng)用

《論超級電容器原理和應(yīng)用》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、論超級電容器原理和應(yīng)用摘要：超級電容器屬于儲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)點而被廣泛應(yīng)用。就超級電容器的原理及應(yīng)用為主要研究對象，探析超級電容器的分類、原理、特點及應(yīng)用。關(guān)鍵詞：超級電容器贋電容器原理特點應(yīng)用中圖分類號:TM53文獻標(biāo)識碼：A文章編號:1007-3973（2013）008-029-02超級電容器的發(fā)展始于20世紀(jì)60年代，作為一種新型儲能器件，其主要介于傳統(tǒng)電容器與電池間。與傳統(tǒng)電容器比較可得，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

2、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。在本案，筆者以超級電容器為研究對象,探析其原理、應(yīng)用領(lǐng)域及應(yīng)用效果。1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。就電能機理而言，超級電容器分為雙電層電容器、法拉第準(zhǔn)電容（貴金屬氧化物及貴金屬電極）；電容產(chǎn)生機理是以電活性離子在貴金屬電極表面的欠電位沉積現(xiàn)象或在貴金屬氧化物電極體相及其表面的氧化還原反應(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

3、電容的比電容將隨著電荷傳遞的向前推進而不斷增大。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。對稱型超級電容器即為兩個電極反應(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電極反應(yīng)不同、電極組成不同。超級電容器可用電壓的最大值取決于電解質(zhì)分解電壓。電解質(zhì)可為強堿、強酸等水溶液，亦或鹽的質(zhì)子惰性溶劑等。通過水溶液體系，超級電容器可獲取高比功率及高容量的最大可用電壓；通過有機溶液體系，超級電容器可獲取高電壓,并獲取高比能量。2超級電容器的原理就存儲電能的機

4、理而言，超級電容器分為贋電容器及雙電層電容器。在本案，筆者就贋電容器及雙電層電容器為研究對象，探析其原理。2.1雙電層電容器原理雙電層電容器屬于一種新型元器件，其能量儲存主要是通過電解質(zhì)與電極間界面雙層得以實現(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，其勢必會引起固液界面產(chǎn)生一個雙層電荷，該電荷具備符號相反及穩(wěn)定性強的特點。雙電層電容器的電極材料主要是多孔碳材料（碳?xì)饽z、活性炭纖維及炭粉末等活性炭、碳納米管）。通常情況下，就雙電層電容器的電極材料而言，其孔隙率影響著其容量大小，即電極材料比表面積隨著孔

5、隙率的增高而變大，雙電層電容隨著孔隙率的增高而變大。需要強調(diào)的一點是，孔隙率的增高與電容器的變大間無規(guī)律性可言，但電極材料的孔徑大小卻保持在2-50mm范圍內(nèi)，其對孔隙率的提高、材料有效比表面積的提高及雙電層電容的提高意義至關(guān)重要。2.2贋電容器原理贋電容（法拉第準(zhǔn)電容），主要是指在電極材料體相、表面準(zhǔn)二維或二維空間內(nèi)，以欠電位沉積電活性物質(zhì)為依托，發(fā)生高度可逆的氧化脫附、化學(xué)吸附或還原反應(yīng)，從而產(chǎn)生一個與電極充電電位間存在一定關(guān)系的電容。因一切反應(yīng)均發(fā)生于整個體相內(nèi)，則其最大電容值相對更大，如：吸附型準(zhǔn)電容為2000*10-6F

6、/cm2。就氧化還原型電容器而言，其最大電容量更大。已經(jīng)被公認(rèn)了的碳材料比容值為20*10-6F/cm2,則在重量級體積相同條件下，贋電容器容量等同于10-100倍雙電層電容器容量?，F(xiàn)階段，贋電容器的電極材料主要是導(dǎo)電聚合物及金屬氧化物。近年來，超級電容器電極材料新增了導(dǎo)電聚合物。聚合物產(chǎn)品電子電導(dǎo)率極好其電子電導(dǎo)率不典型數(shù)值高度l-100S/cmo以還原反應(yīng)及電化學(xué)氧化反應(yīng)為依托，在電子輒聚合物鏈上，導(dǎo)電聚合物引入負(fù)電荷及正電荷中心，此時,電極的電勢決定了負(fù)電荷及正電荷中心的充電程度。導(dǎo)電聚合物能量存儲的途徑為法拉第過程?，F(xiàn)階段

7、，能夠于較高還原電位條件下高穩(wěn)定低發(fā)生電化學(xué)ri型摻雜的導(dǎo)電聚合物數(shù)量相當(dāng)少，例如聚毗咯、聚嗟吩、聚乙烘、聚苯胺等。3超級電容器的特點2.1優(yōu)點(1)容量超高：超級電容器容量范圍處于0.1-6000F,其等同于同體積電解電容器的2000-6000倍。(2)高功率密度：超級電容器主要提供瞬時大電流，其短時斷流高達幾百至幾千安培，且其功率密度等同于電池的10-100倍，即10*103W/kgo(3)高充放電效率，長使用壽命：超級電容器充放電過程對電極材料結(jié)構(gòu)無任何負(fù)面影響，且電極材料使用次數(shù)對使用壽命無任何負(fù)面影響。(4)溫度范圍寬，

8、即-40-70°C:溫度對超級電容器電極材料反應(yīng)速率的負(fù)面影響程度較輕。(5)環(huán)保、免維護：超級電容器材料無毒、安全、環(huán)保。(6)可長時間放置：超級電容器因長時間放置而導(dǎo)致起電壓下降，但只需對其充電便可使其電壓復(fù)原，且超級電容器容量性能不會因此受到