SupercapacitorSupercapacitor 雙電層電容雙電層電容-- --電極表面與電解液間 電極表面與電解液間雙電層 準(zhǔn)電容準(zhǔn)電容-- --電極表面快速的 電極表面快速的氧化 氧化--還原反應(yīng)儲能。 還原反應(yīng)儲能。 雙電層電容器雙電層電容器 正、負(fù)極 正、負(fù)極—— ——多孔炭 多孔炭 準(zhǔn)電容器 準(zhǔn)電容器 正、負(fù)極 正、負(fù)極—— ——金屬化合物、石墨、 金屬化合物、石墨、 導(dǎo)電聚合物。 導(dǎo)電聚合物。 壽命短、電壓低 壽命短、電壓低 混合電容器 混合電容器 電壓、能量密度高 電壓、能量密度高 11 雙電層電容原理 雙電層電容原理 雙電層電容原理是指由于正負(fù)離子在固體電雙電層電容原理是指由于正負(fù)離子在固體電 極與電解液之間的表面上分別吸附 極與電解液之間的表面上分別吸附,,造成兩固 造成兩固 體電極之間的電勢差 體電極之間的電勢差,,從而實(shí)現(xiàn)能量的存儲。 從而實(shí)現(xiàn)能量的存儲。 這種儲能原理允許大電流快速充放電 這種儲能原理允許大電流快速充放電,,其容量 其容量 大小隨所選電極材料的有效比表面積的增大 大小隨所選電極材料的有效比表面積的增大 而增大。 而增大。 充電時(shí)充電時(shí) ,,在固體電極上電荷引力的作用下 在固體電極上電荷引力的作用下 電解液中陰陽離子分別聚集兩個(gè)固體電極的電解液中陰陽離子分別聚集兩個(gè)固體電極的 表面 表面 ;;放電時(shí) 放電時(shí) ,,陰陽離子離開固體電極的表 陰陽離子離開固體電極的表 面面 ,,返回電解液本體。

雙電層的厚度取決于 返回電解液本體。雙電層的厚度取決于 電解液的濃度和離子大小。 電解液的濃度和離子大小。 雙電層電極、溶液界面結(jié)構(gòu)示意圖 Struture diagram interfacebetween electrode electrolyte雙電層電容器充電狀態(tài)電位分布曲線 Profile potentialacross electrochemical double layer capacitor chargedcondition 雙電層電容器放電狀態(tài)電位分布曲線 Prifile potentialacross electrochemicaldouble-layer capacitor dischargedcondition 準(zhǔn)電容原理 準(zhǔn)電容原理 準(zhǔn)電容原理則是利用在電極表面及其附近發(fā)生在準(zhǔn)電容原理則是利用在電極表面及其附近發(fā)生在 一定電位范圍內(nèi)快速可逆法拉第反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)能量 一定電位范圍內(nèi)快速可逆法拉第反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)能量 存儲。這種法拉第反應(yīng)與二次電池的氧化還原反 存儲。這種法拉第反應(yīng)與二次電池的氧化還原反 應(yīng)不同。 應(yīng)不同。 此時(shí)的放電和再充電行為更接近于電容器而不是此時(shí)的放電和再充電行為更接近于電容器而不是 原電池 原電池,,如如:: （11）電壓與電極上施加或釋放的電荷幾乎成線）電壓與電極上施加或釋放的電荷幾乎成線 性關(guān)系 性關(guān)系;; （（22）設(shè)該系統(tǒng)電壓隨時(shí)間呈線性變化 ）設(shè)該系統(tǒng)電壓隨時(shí)間呈線性變化dV/dt=K, dV/dt=K, 則產(chǎn)生的電流為恒定或幾乎恒定的容性充電電流 則產(chǎn)生的電流為恒定或幾乎恒定的容性充電電流 I=CdV/dt=CK I=CdV/dt=CK。

。 ?此時(shí)系統(tǒng)的充放電過程是動力學(xué)高度可逆的,與原電池 及蓄電池不同,但與靜電電容類似。這種電化學(xué)能量儲 存系統(tǒng)首先由Conway等與CraiyofContinental集團(tuán)合作, 于1975年開始并致力于這方面的研究工作,研制出采用 這種充放電原理的名為超電容的電容器。這種充放電行 為,Ru的氧化物(RuO )表現(xiàn)最顯著,但其最早的表現(xiàn)形式是H在Pt或Pb在Au上進(jìn)行欠電位沉積,產(chǎn)生高度可逆的 化學(xué)吸附、脫附。為與雙電層電容及電極與電解液界面 形成的真正的靜電電容相區(qū)別,稱這樣得到的電容為法 拉第準(zhǔn)(贗)電容。 ?法拉第準(zhǔn)法拉第準(zhǔn)((贗贗))電容不僅只在電極表面 電容不僅只在電極表面,,而且可在整個(gè)電 而且可在整個(gè)電 極內(nèi)部產(chǎn)生 極內(nèi)部產(chǎn)生,,因而可獲得比雙電層電容更高的電容量和 因而可獲得比雙電層電容更高的電容量和 能量密度 能量密度。。在相同電極面積的情況下 在相同電極面積的情況下,,法拉第準(zhǔn) 法拉第準(zhǔn)((贗贗))電容 電容 可以是雙電層電容量的 可以是雙電層電容量的10 10～～100 100倍倍。 超級電容器的大容量和高功率充放電就是由超級電容器的大容量和高功率充放電就是由 這這22種原理產(chǎn)生的。