1.2 超级电容器简介

1.2.1 超级电容器的特点

超级电容器是本世纪研究发现的新型储能元件，相比传统电容器，其比能量更高， 相比电池，其循环使用寿命更长。自从 1957 年超级电容器问世以来，关于超电的研 究就受到研究者们的追捧。超级电容器的优点总结叙述如下：

1. 充放电速度较快，其充电时间不等，但基本上在 10 s 至 10 min 之内便能够达

到其总电容量的 95 %以上；

2. 循环使用寿命长，循环充放电的次数可高达 1-50 万次。

3. 容量大，可达到 1000 F，功率密度高，能量循环效率高于 90% ；

4.  安全、环保，是理想的绿色材料，对环境友好，没有污染；

5. 工作温度范围宽，在低温下的性能会更优越，超级电容器的工作温度范围一 般为-40 ℃-70 ℃，然而二次电池需要温度在 0 ℃ 以上才能正常运行。

1.2.2 超级电容器常用电极材料

碳材料、金属氧化物材料与导电聚合物材料是我们使用最频繁的超级电容器的电 极材料。然而导电聚合物材料与金属氧化物材料不仅成本很高，而且它们的循环稳定 性也比较差，之所以选择它们仅仅是因为这两种材料的比容量高。相较于上两种材料， 碳材料的成本较低、工艺流程简单、循环稳定性好，但其比容量低。所以，将碳材料 与这两种材料耦合，从而使两者截长补短，得到一种成本低廉，并且容量高、稳定性 好的超级电容器是现阶段所有研究此类材料的研究者们的共同目标[19]。

1.2.3 超级电容器的种类

目前超级电容器可分为两种类型：双电层电容器（EDLC）和赝电容[4]。双电层 电容器在其充放电的循环过程中，并没有发生氧化还原反应，其过程不过是离子的吸 附/脱附过程，并且转移的电荷量并不是很大，从而形成的电流也是很有限的，因此 它的性能比较稳定，循环使用寿命也较长，但是其总电容量比赝电容的要低。赝电容 在其充放电的循环过程中，不仅仅是离子的吸附/脱附过程，而且同时在电极内部也 发生氧化还原反应，因此赝电容比双电层电容器的容量要高很多，最高可达 100 倍。

1.2.4 超级电容器的应用

拥有着众多的优点，并且电化学性能如此之好，使得超级电容器拥有着非常大的 潜力，将其应用在在工业与商业领域[7]，有着非常广阔的前景。一、工业领域中的应用 超级电容器绿色环保无污染的新型储能器件，在电力驱动车领域是最具潜力的能源材料，其应用举例如下：1）对于使用电力作为驱动的搬运车等。超级电容器的出 现，解决了燃料电池因储能器件而造成的能量损失，提供了完美的储能元件，提高了 燃料利用率。尤其是对电力推进与升降机驱动设备来说，是最理想的选择[8]；2）对 于起重机等待机时间久的重工业机器。对于大部分的重工业机器像起重机之类，大部 分时间都是处于待机状态，相对于普通储能材料的高消耗，，超级电容器可以使工作排放量的降低量大于 50%，燃料的消耗量降低 20%左右，因而有着超长的循环使用 寿命；3）挖土机等大型工业载具：超级电容器可以将机器的燃油消耗量减少 40%左 右，并且同时会降低机器对液压的使用要求。

二、商业领域中的应用 超级电容器以其成本低廉、用途广泛等优异性能，在商业设备中具有重要的应用，举例如下：1）作为不间断的电源设备：为医院、金融中心等大规模社会用地中的电 源设备提供可靠的、不间断的电源；2）作为电网稳压器：对于可再生资源的远距离 传输来说，比如大型的风电场、大型的光伏电站和大型水电站等，其传输距离一般都 比较远，而可再生资源在电网中的渗透率逐步增大，因此利用储能元件来减少电网中 的损失是势在必行。