1 引言

近些年来，人们对能源的消耗越来越大，环境污染也越来越严重，世界各国开始投入大 量的财力物力研究、生产高能量存储装置，已经进行燃料电池、混合动力、化学电池产品方 面取得了一定的成效，但是由于他们固有的寿命短、环境污染、成本昂贵等弱点，使得他们 在产品应用方面收到了阻碍。而超级电容器刚好可以弥补这些方面的缺点，凭借其特殊的储 存、释放能量的方式而倍受青睐。

表 1。1 能量储存装置的性能比较[1]

性能 超级电容器 普通静电电容器 充电电池

放电时间/s 1~30 10-6~10-3 18~180

充电时间/s 1~30 10-6~10-3 3600~18000

比能量/（W·h / kg） 1~10 ≤0。1 20~100

比功率（W / kg） 1000~2000 ≥10000 50~200

循环寿命/次 ≥100000 ∞ 500~2000

从表 1。1 中可以清楚地看到与普通静电电容器和充电电池相比超级电容器具有以下的特 点：

（1） 高能量密度。与传统的静电电容器相比，超级电容器的比能量比它大 10~100 倍， 达到 1~10W·h / kg;

（2） 高比功率。 超级电容器的比功率可以达到 2000W / kg 左右，是充电电池的 10 倍以 上，可以在短时间内放出几百到几千安培的电流，非常适合用于短时间高功率的输出场合；

（3） 使用寿命长。 超级电容器充放电过程是通过可逆的电化学反应进行的，其理论循 环寿命为无穷，实际由于反应过程中的内部损耗而并不能达到，但是其循环寿命也在十次左 右，远远超过充电电池充电电池；论文网

（4） 充电速度快。 超级电容器的充放电过程其实就是双电层充形成和消散的物理过程 或是在电极活性物质的表发生的快速、可逆的电化学过程。相比于充电电池的充电时间需要 数小时，即使采用快速充电也需要几十分钟，超级电容器可以在几十秒至几分钟内完成充电 过程。

此外超级电容器还具有超高的电容量、优越的低温性能、使用温度宽、安全环保的特点 这使其在电动汽车与混合动力汽车、移动通信、航空航天等领域具有非常广阔的发展前景。

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2。 超级电容器

2。1 超级电容器的工作原理

与传统电容器相类似，超级电容器也是由正负电极、电解液、隔膜和外壳等其他附件[2] 所构成。一般来讲超级电容器大致分为两类：一类是双电层电容器(英文名称是：Electrical Doule-Layer Capacitor) ； 另 一 类 则 是 法 拉 第 电 容 器 ， 也 叫 作 赝 电 容 器 （ 英 文 名 称 ： Pseudo-capacitor）。两种超级电容器工作原理如下：

1）双电层电容器

双电层电容器的工作原理是建立在德国物理学家亥姆霍兹在 1897 年提出的界面双电层 理论[3]的基础之上。众所周知，将金属电极插入电解质溶液中后电极表面和电解液与电极接 触面上会出现符号相反的过剩电荷，从而产生电位差。如果在电解质溶液中，平行着插入两 个电极，并在其间施加一个电压(要小于电解液的分解电压)，这时电解液中的阴、阳离子会 在两电极间所产生的内电场的作用下分别运动到两电极表面，并形成紧密的电荷层，即双电 层。双电层就可以产生电容效应。对于传统静电电容器，其容量可以用下式计算：