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摘要:超级电容器是一种介于常规电容器与化学电池二者之间的一种新型储能元件,它具有很高的放电功率、法拉级别的超大电容量、较高的能量、较宽的工作温度范围和极长的使用寿命、免维护、经济环保等优点。本文介绍了超级电容器的原理、发展状况及特点。归纳了超级电容器应用研究状况,并指出使用中应注意的事项及解决方法。
杨盛毅,文方
(贵州大学电气工程学院,贵州贵阳550003)
0引言
超级电容器(Supercapacitors)是近几十年来,国内外发展起来的一种介于常规电容器与化学电池二者之间的新型储能元件。它具备传统电容那样的放电功率,也具备化学电池储备电荷的能力。与传统电容相比,具备达到法拉级别的超大电容量、较高的能量、较宽的工作温度范围和极长的使用寿命,充放电循环次数可达十万次以上,且不用维护;与化学电池相比,具备较高的比功率,且对环境无污染。因此,超级电容器是一种高效、实用、环保的能量存储装置,它优越的性能得到各方的重视,目前发展十分迅速。
1超级电容器的原理及发展状况
1.1超级电容器的原理
根据储存电能机理的不同分为两类:一类是基于高比表面积碳材料与溶液间界面双电层原理的双电层电容器(Electric double layer capacitor,EDLC);另一类是在电极材料表面或体相的二维或准二维空间上,电活性物质进行欠电位沉积,发生高度可逆的化学吸附/脱附或氧化/还原反应,产生与电极充电电位有关的法拉第准电容(Faraday Pseudo-capacitor)。实际上各种超级电容器的电容同时包含双电层电容和法拉第准电容两个分量,只是所占的比例不同而已。
1.2超级电容器的发展状况
1879年,亥姆霍茨(Helmholtz)发现界面双电层现象,提出了平板电容器的解释模型,但直到1957年Becker获得了双电层电容器的专利,才使得超级电容器的产品化有了新的突破。到目前超级电容器已有50多年的发展历史,其间对于超级电容器的研究主要集中在寻找电极活性物质作为电极的研究上。今后人们将会继续研究与开发新颖的电极材料、选择合适的电解液、优化电容器的组装技术。目前电极材料可以分为三类:第一类是碳材料;第二类是过渡金属氧化物;第三类是导电聚合物材料。
实际上,后两种物质作电极的性能要优于碳材料,但昂贵的贵金属材料以及性能不稳定的导电聚合物掺杂,使得后两类超级电容器的研究多限于实验室,短期内不太可能进行商业化。此外,还有使用不同正负电极材料的非对称型超级电容器(也称混合超级电容器或杂化超级电容器),其储能能力大大增加。
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