超级电容器,也叫电化学电容器,是20世纪60年代发展起来的一种新型储能元件，1957 年, 美国的Becker首先提出了可以将电容器用作储能元件, 具有接近于电池的能量密度的超级电容概念。1962年标准石油公司(SOHIO)生产了一种工作电压为6V、以碳材料作为电极的电容器。该技术被转让给NEC电气公司,该公司从1979 年开始生产超级电容器, 1983 年率先推向市场。20世纪80年代以来,利用金属氧化物或氮化物作为电极活性物质的超级电容器 ,因其具有双电层电容 所不具有的若干优点,现已引起广大科研工作者极大兴趣。

一.超级电容器的储能原理

超级电容器按储能原理可分为双电层电容器和法拉第准电容器。

1.双电层电容器的基本原理

双电层电容器的基本原理是利用电极和电解质之间形成的界面双电层来存储能量的一种新型电子元件，当电极和电解液接触时,由于库仑力、分子间力或者原子间力的作用, 使固液界面出现稳定的、符号相反的两层电荷, 称为界面双电层。这种电容器的储能是通过使电解质溶液进行电化学极化来实现的, 并没有产生电化学反应, 这种储能过程是可逆的。

2法拉第准电容器的基本原理

继双电层电容器后,又发展了法拉第准电容,简称准电容。该电容是在电极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,发生高度的化学吸脱附或氧化还原反应 ,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, 而且包括电解液中离子在电极活性物质中由于氧化还原反应而将电荷储存于电极中。

二.超级电容器的特性

超级电容器是介于传统物理电容器和电池之间的一种较佳的储能元件 ,其巨大的优越性表现 为:

①功率密度高。超级电容器的内阻很小 ,而且在电极/溶液界面和电极材料本体内均能实现电荷的快速储存和释放。

②充放电循环寿命长 。超级电容器在充放电过程中没有发生电化学反应, 其循环寿命可达万次以上。

③充电时间短。完全充电只需数分钟。

④实现高比功率和高比能量输出。

⑤储存寿命长。

⑥可靠性高。超级电容器工作中没有运动部件, 维护工作极少。

⑦环境温度对正常使用影响不大 。超级电容器正常工作温度范围在 -35 ～ 75 ℃。

⑧可以任意并联使用 ,增加电容量;若采取均压后, 还可串联使用, 提高电压等级