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1.1 电化学电容器概述电化学电容器又称超级电容器[2]，将电池和静电容器的优点集于一身，是一种新式能量存储器件[3]。Becker 在 1957 年首先申请了专利，利用多孔碳电极在水性电解液中，形成界面双层储存电荷，从而储存能量，该专利具有接近电池的比能量[4]。美国俄亥俄美孚石油公司1968 年，申请了采用高比表面积碳在非水电解液中，产生双电层电容的专利[5]。1970 年以后，出现了一种“准电容”体系，利用电极表面的某些电化学吸附，或者利用某些固体过渡金属氧化物膜上发生的二文或准二文法拉第反应储能。电化学电容器能够在每克材料上获得法拉第级的较大电容，且充放电时时间短，循环寿命长，这些特点是电池或静电电容器无法企及的。表 1.1[6]为三者性能的比较。表 1.1 性能比较参数 电化学电容器 静电电容器 电池放电时间/s 10-6~10-31~30 18~180充电时间/s 10-6~10-31~30 3600~18000比能量/(W•h•kg-1） <0.1 1~10 20~100比功率/(W•kg-1) >1000 1000~2000 50~200循环效率/(%) ≈1.0 0.9~0.95 0.7~0.85循环寿命/次 ∞ >100000 500~20001.2 电化学电容器原理电化学电容器原理是：在工作电极表面形成双电层、或电极内部通过准二文、二文法拉第反应储存电能[7]。
1.2.1 电化学双电层电容电化学双电层电容器通过在工作电极表面产生双电层存储电能。静电吸引力、分子间作用力、原子间作用力等的联合作用，在工作电极与电解液界面上，产生两层正负电荷，界面势垒的存在使正负电荷不能相互中和，便形成稳定的双电层。下图为双电层电容原理图[8]，电极电位为φ0，当双电层充电时，外电路上，电子从正极流到负极，使一个电极的电位增加到φ0+φ1，而另一个电极的电位则减小到φ0-φ1，电解液中，正负离子分别被负、正极表面吸引，在极板表面吸附，产生双电层，两电极电势差增大，确保φ0+φ1在分解电压以内，就可存储电荷。双电层放电时过程与充电相反，电位恢复到φ0。