超級電容器是指介于傳統電容器和充電電池之間的一種新型儲能裝置,它既具有電容器快速充放電的特性,同時又具有電池的儲能特性。
中央廣播電視總臺發布2021年度國際十大科技新聞,超級電容器在列。
超級電容器是通過電極與電解質之間形成的界面雙層來存儲能量的新型元器件。當電極與電解液接觸時,由于庫侖力、分子間力及原子間力的作用,使固液界面出現穩定和符號相反的雙層電荷,稱其為界面雙層。把雙電層超級電容看成是懸在電解質中的2個非活性多孔板,電壓加載到2個板上。加在正極板上的電勢吸引電解質中的負離子,負極板吸引正離子,從而在兩電極的表面形成了一個雙電層電容器。雙電層電容器根據電極材料的不同,可以分為碳電極雙層超級電容器、金屬氧化物電極超級電容器和有機聚合物電極超級電容器。 [1]
特點
與蓄電池和傳統物理電容器相比,超級電容器的特點主要體現在:
(1)
功率密度高。可達102~104 kW/kg,遠高于蓄電池的功率密度水平。
(2)循環壽命長。在幾秒鐘的高速深度充放電循環50萬次至100萬次后,超級電容器的特性變化很小,容量和內阻僅降低10%~20%。
(3)工作溫限寬。由于在低溫狀態下超級電容器中離子的吸附和脫附速度變化不大,因此其容量變化遠小于蓄電池。商業化超級電容器的工作溫度范圍可達-40℃~+80℃。
(4)免維護。超級電容器充放電效率高,對過充電和過放電有一定的承受能力,可穩定地反復充放電,在理論上是不需要進行維護的。
(5)綠色環保。超級電容器在生產過程中不使用重金屬和其他有害的化學物質,且自身壽命較長,因而是一種新型的綠色環保電源。 [1]
超級電容器之所以稱之為“超級”的原因:
1、超級電容器可以被視為懸浮在電解質中的兩個無反應活性的多孔電極板,在極板上加電,正極板吸引電解質中的負離子,負極板吸引正離子,實際上形成兩個容性存儲層,被分離開的正離子在負極板附近,負離子在正極板附近。
2、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。
3、傳統電容器的面積是導體的平板面積,為了獲得較大的容量,導體材料卷制得很長,有時用特殊的組織結構來增加它的表面積。傳統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。
4、超級電容器的面積是基于多孔炭材料,該材料的多孔結構允許其面積達到2000m2/g,通過一些措施可實現更大的表面積。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離子尺寸決定的。該距離(<10 Å)和傳統電容器薄膜材料所能實現的距離更小。
5、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電容器而言有驚人大的靜電容量,這也是其“超級”所在。