【導(dǎo)讀】超級電容器是一種介于傳統(tǒng)電容器與電池之間、具有特殊性能的電源。其超大容量、高功率密度、快速充放電、循環(huán)壽命長等特點(diǎn)，具有廣闊的市場前景。而對于超級電容器你又了解多少呢？隨本文一起，學(xué)習(xí)超級電容器的工作原理、分類及測試方法吧！
超級電容器(supercapacitors)，又名電化學(xué)電容器(Electrochemical Capacitors)，是上世紀(jì)七、八十年代發(fā)展起來的一種新型的儲能裝置。它是一種介于傳統(tǒng)電容器與電池之間、具有特殊性能的電源，主要依靠雙電層和氧化還原假電容電荷儲存電能，因而不同于傳統(tǒng)的化學(xué)電源。超級電容器的突出優(yōu)點(diǎn)是功率密度高、充放電時(shí)間短、循環(huán)壽命長、工作溫度范圍寬。
圖：超級電容器的結(jié)構(gòu)
超級電容器的工作原理
超級電容器（supercapacitor,ultracapacitor），又叫雙電層電容器(Electrical Doule-Layer Capacitor)、黃金電容、法拉電容，通過極化電解質(zhì)來儲能。它是一種電化學(xué)元件，但在其儲能的過程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種儲能過程是可逆的，也正因?yàn)榇顺夒娙萜骺梢苑磸?fù)充放電數(shù)十萬次。
超級電容器可視為懸浮在電解質(zhì)中的兩個(gè)無反應(yīng)活性的多孔電極板，在極板上加電，正極板吸引電解質(zhì)中的負(fù)離子，負(fù)極板吸引正離子，實(shí)際上形成兩個(gè)容性存儲層，被分離開的正離子在負(fù)極板附近，負(fù)離子在正極板附近。
超級電容器為何不同于傳統(tǒng)電容器其"超級"在哪？
◆ 超級電容器在分離出的電荷中存儲能量，用于存儲電荷的面積越大、分離出的電荷越密集，其電容量越大。
◆ 傳統(tǒng)電容器的面積是導(dǎo)體的平板面積，為了獲得較大的容量，導(dǎo)體材料卷制得很長，有時(shí)用特殊的組織結(jié)構(gòu)來增加它的表面積。傳統(tǒng)電容器是用絕緣材料分離它的兩極板，一般為塑料薄膜、紙等，這些材料通常要求盡可能的薄。
◆ 超級電容器的面積是基于多孔炭材料，該材料的多孔結(jié)夠允許其面積達(dá)到2000m2/g，通過一些措施可實(shí)現(xiàn)更大的表面積。超級電容器電荷分離開的距離是由被吸引到帶電電極的電解質(zhì)離子尺寸決定的。該距離（<10 Å）和傳統(tǒng)電容器薄膜材料所能實(shí)現(xiàn)的距離更小。
◆ 這種龐大的表面積再加上非常小的電荷分離距離使得超級電容器較傳統(tǒng)電容器而言有驚人大的靜電容量，這也是其“超級”所在。
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電化學(xué)電容根據(jù)儲能機(jī)理的不同可以分為兩類：
1)雙電層電容
雙電層電容是在電極/溶液界面通過電子或離子的定向排列造成電荷的對峙而產(chǎn)生的。對一個(gè)電極/溶液體系，會在電子導(dǎo)電的電極和離子導(dǎo)電的電解質(zhì)溶液界面上形成雙電層。當(dāng)在兩個(gè)電極上施加電場后，溶液中的陰、陽離子分別向正、負(fù)電極遷移，在電極表面形成雙電層；撤消電場后，電極上的正負(fù)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(fù)極間產(chǎn)生相對穩(wěn)定的電位差。這時(shí)對某一電極而言，會在一定距離內(nèi)(分散層)產(chǎn)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(dāng)將兩極與外電路連通時(shí)，電極上的電荷遷移而在外電路中產(chǎn)生電流，溶液中的離子遷移到溶液中呈電中性，這便是雙電層電容的充放電原理。
2)法拉第準(zhǔn)電容
法拉第準(zhǔn)電容理論模型是由Conway首先提出，是在電極表面和近表面或體相中的二維或準(zhǔn)二維空間上，電活性物質(zhì)進(jìn)行欠電位沉積，發(fā)生高度可逆的化學(xué)吸脫附和氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生與電極充電電位有關(guān)的電容。對于法拉第準(zhǔn)電容，其儲存電荷的過程不僅包括雙電層上的存儲，而且包括電解液離子與電極活性物質(zhì)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)。當(dāng)電解液中的離子(如H+、OH-、K+或Li+)在外加電場的作用下由溶液中擴(kuò)散到電極/溶液界面時(shí)，會通過界面上的氧化還原反應(yīng)而進(jìn)入到電極表面活性氧化物的體相中，從而使得大量的電荷被存儲在電極中。放電時(shí)，這些進(jìn)入氧化物中的離子又會通過以上氧化還原反應(yīng)的逆反應(yīng)重新返回到電解液中，同時(shí)所存儲的電荷通過外電路而釋放出來，這就是法拉第準(zhǔn)電容的充放電機(jī)理。
超級電容器測試方法
靜電容量
1、時(shí)間常數(shù)法（HR、MR）
測量前需將被測電容器兩極短路30分鐘以上，采用恒定電容E0對電容器充電。記錄電容器從0V充電至0.632 E0所需時(shí)間T，靜電容量C可以按照如下公式1計(jì)算。
測量前需將被測電容器兩極短路30分鐘以上。
將電容器充電至額定電壓V0，并恒定30分鐘。采用I0的電流對電容器進(jìn)行恒流放電，記錄電容器電壓從V1降至V2所需時(shí)間T，靜電容量C可以按照如下公式2計(jì)算。
電流取值標(biāo)準(zhǔn)為1mA/1F，V1、V2的取值范圍參見表B。
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