【導(dǎo)讀】超級(jí)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(zhǎng)等特點(diǎn)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。而對(duì)于超級(jí)電容器你又了解多少呢？隨本文一起，學(xué)習(xí)超級(jí)電容器的工作原理、分類及測(cè)試方法吧！
超級(jí)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(lái)的一種新型的儲(chǔ)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(chǔ)存電能，因而不同于傳統(tǒng)的化學(xué)電源。超級(jí)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(zhǎng)、工作溫度范圍寬。
圖：超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)
超級(jí)電容器的工作原理
超級(jí)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(guò)極化電解質(zhì)來(lái)儲(chǔ)能。它是一種電化學(xué)元件，但在其儲(chǔ)能的過(guò)程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種儲(chǔ)能過(guò)程是可逆的，也正因?yàn)榇顺?jí)電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬(wàn)次。
超級(jí)電容器可視為懸浮在電解質(zhì)中的兩個(gè)無(wú)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(chǔ)層，被分離開(kāi)的正離子在負(fù)極板附近，負(fù)離子在正極板附近。
超級(jí)電容器為何不同于傳統(tǒng)電容器其"超級(jí)"在哪？
◆ 超級(jí)電容器在分離出的電荷中存儲(chǔ)能量，用于存儲(chǔ)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(zhǎng)，有時(shí)用特殊的組織結(jié)構(gòu)來(lái)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(jí)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(guò)一些措施可實(shí)現(xiàn)更大的表面積。超級(jí)電容器電荷分離開(kāi)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(jí)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(jí)”所在。
[page]
電化學(xué)電容根據(jù)儲(chǔ)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(guò)電子或離子的定向排列造成電荷的對(duì)峙而產(chǎn)生的。對(duì)一個(gè)電極/溶液體系，會(huì)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(chǎng)后，溶液中的陰、陽(yáng)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(chǎng)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(duì)穩(wěn)定的電位差。這時(shí)對(duì)某一電極而言，會(huì)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(duì)于法拉第準(zhǔn)電容，其儲(chǔ)存電荷的過(guò)程不僅包括雙電層上的存儲(chǔ)，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(chǎng)的作用下由溶液中擴(kuò)散到電極/溶液界面時(shí)，會(huì)通過(guò)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(chǔ)在電極中。放電時(shí)，這些進(jìn)入氧化物中的離子又會(huì)通過(guò)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(chǔ)的電荷通過(guò)外電路而釋放出來(lái)，這就是法拉第準(zhǔn)電容的充放電機(jī)理。
超級(jí)電容器測(cè)試方法
靜電容量
1、時(shí)間常數(shù)法（HR、MR）
測(cè)量前需將被測(cè)電容器兩極短路30分鐘以上，采用恒定電容E0對(duì)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(cè)量前需將被測(cè)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(duì)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(jiàn)表B。
相關(guān)閱讀：
DIY：自制車用超級(jí)電容器【附原理圖】
http://www.yonglehk.com/power-art/80021251
儲(chǔ)能新技術(shù)：超級(jí)電容器市場(chǎng)前景一片看好
http://www.yonglehk.com/power-art/80020867
解析：超級(jí)電容工作原理、選擇及特性應(yīng)用
http://www.yonglehk.com/power-art/80021265
