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    企业NEC开始产业化生产超级电容器,迅速占领了世界电容器市场。20世纪90年代,Econd公司生产大功率超级电容器,同时开启了法拉第赝电容器的新纪元。Zheng等人[4]采用溶胶凝胶的方法制备出内部结构为无定型的Ru02.xH20,电极材料的比容量达到了769 F/g。后来过渡金属氧化物如氧化镍、氧化钴等在超级电容器电极材料上的应用便飞速发展,近年来高分子材料如聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等也备受关注。

    1.2.2  超级电容器的特点

    (1)工作温度范围宽 

    超级电容器能够在较宽的温度范围内进行使用,因此可以用在较多的领域内,这对广泛应用超级电容器是一项很大的优势。

    (2)功率密度高

    超级电容器的工作电极与电解液离子发生反应的位置是电极表面,不是内部。因此,许多时候离子没有进入到内部也能反应,所以具有相对较高的功率密度[6]。

    (3)超长循环寿命

    电池在电能存储的时候,电池内部会发生一些不可逆的变化,所以它的循环寿命不会很长,但是超级电容器的电极反应却是可逆的,其中一些微小的变化是能够被忽略的,因此,其具有很好的循环寿命。这也是超级电容的一项很重要的优点[7]。

    (4)充放电效率高

    在充放电时,电容器内部会发生一些可逆反应,正因为可逆,所以充放电之后,电容器几乎是回到了初始状态,并且充放速度很快,也能够大电流充放而不影响电容器寿命。

    (5)安全性高、环境友善 

    一般来说,电极的材料是没有毒性的,不像锂离子电池,它的电解液容易造成污染,然而超级电容器一般为固体金属氧化物,也易于回收,不会对水,空气等造成污染。

    1.2.3  超级电容器的分类

    (1)双电层电容器

    双电层电容器的能量存储原理是在外部电源的作用下,电子从外电源的正极传到电容器的负极,在电容器的电极与电解液的界面处,通过静电作用,溶液中的正负离子分别向电容器的负正两极移动,并在电极表面形成双电层,最终实现电荷储存的作用,放电时相反,电子从负极回到正极,电解液中的正负离子则分别返回到溶液中,电解液最终呈现电中性。双电层电容器在静置状态时,由于电解液和电极间存在静电引力作用,离子不会从电极材料表面迁移至电解液中, 故而可以达到稳定的双电层状态,使得正负极间的电压保持稳定。从双电层电容器的能量储存原理我们可以看出,它只是单单的静电过程,当中没有发生过化学反应,因此,尽管其在大电流瞬时充放电和使用寿命上具有无法超越的优势,但其在电荷储存方面有很多限制,其比电容比较低(通常在水系电解液中为350 F/g,有机电解液中100 F/g),提高比容量将是改善双电层电容器的根本目标。

    (2)法拉第赝电容器

    法拉第赝电容器的能量存储机理是通过发生可逆的氧化还原反应来实现充放电和电荷储存的作用。当电容器充电时,在电场作用下,电解液中的正负离子分别向电极方向靠近,最后移动到电极与电解液界面处,在上面发生氧化反应,电极电位升高,电能储存在电极体相中。放电时相反,被存储在电极体相中的电荷通过电极相应离子发生还原反应释放出来,离子也最终返回到电解液中。这就是赝电容器的充电和放电过程。相比较双电层电容器,法拉第赝电容的电荷储存发生氧化还原反应,并且不仅在电极表面,同时也可以发生在电极的整个体相中。因此,赝电容器的比电容大于双电层电容器。所以赝电容更具有优势。

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