超级电容器储能原理主要有两种。一者为双电层储能原理，即利用电极材料与电解液所 形成的界面上离子或电子的定向排布而形成的对峙贮存能量。二者为法拉第赝电容储能原理， 即利用电极材料在充放电时所发生的可逆的氧化还原反应进行能量存储。

1。2。1 双电层电容储能原理

1879 年 Helmholz 发现电化学界面的双电层性质，开启超级电容器研究的纪元。而后， 随着研究水平的不断深入，双电层电容理论体系各方面得到补充和发展，形成了完备的理论 体系。双电层电容器常采用比表面积较高的多孔碳材料作为电极材料，其储存原理如图 1。1 所示。

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图 1。1 双电层电容器储能原理[5]

在双电层充放电过程中，电极材料与电解液的接触面上发生可逆的电荷吸附与脱吸附过 程，电荷数目发生变化。此电荷数目变化是物理变化，由于没有任何化学反应发生，所以各 项性能稳定。充电时，在电极材料与电解液接触的表面由于电荷的移动而形成亥姆霍兹双电 层，其厚度约为电解质离子的半径。剩余的电解质离子将分散在电极材料周围，电极材料与 电解液之间形成类似平行板电容器的构造。放电时则相反，电子通过外部电路从正极迁向负 极从而向负载的设备供电，而电极材料附近的阴阳离子重新回到电解液体系中去。材料双电 层电容大小能够根据公式（1）进行计算：

（1）

其中 ε、k 为常数，S 表示电极材料与电解液的接触面积，D 为双电层厚度。由此可以看 出，双电层电容器电容的大小主要取决于其电极材料与电解液的接触面积。

1。2。2 法拉第赝电容储能原理

法拉第赝电容电极材料主要为ⅥB、ⅦB 和Ⅷ族部分金属如钌、锰、镍的（氢）氧化物以 及部分导电聚合物如聚吡咯，聚苯胺，聚噻吩等。在充放电过程中，电极材料发生高度可逆 的化学脱吸附或氧化还原反应。化学脱吸附或氧化还原反应会导致电极材料吸收或者释放电 荷，从而完成能量储存。赝电容不仅可以能够发生在电极材料与电解液直接接触的界面，其 近表面也可以产生。因而，相同面积下，与双电层电容相比，赝电容材料的电容量和能量密 度要高 10~100 倍[6]。但是，由于氧化还原过程相对双电层电荷移动要慢，所以赝电容材料功 率密度相对较低。且赝电容电极材料虽然理论电容高，但其循环寿命差。所以，赝电容电极 材料的实际应用受到很大的限制。

1。3 超级电容器电极材料研究与展望

1。4 柔性电极材料

传统超级电容器常采用导电性能良好的金属作为集流体，但是随着可携带电子设备的发 展，金属集流体的硬质和易疲劳已不符合发展的需要。自支撑碳基材料由于良好的导电性， 优异的机械性能而开始作为电极材料的集流体[8]。使用柔性碳基材料可以避免在电容器的组 装过程中使用粘连剂和导电添加剂，电极材料直接生长在集流体上能够在一定程度上提高电 荷传递的效率，提高电容器的各项性能。

1。5 钴酸镍与聚苯胺

1。5。1 钴酸镍

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钴的尖晶石状氧化物 Co3O4 和钴镍复合氧化物 NiCo2O4 由于具有良好的氧化还原活性， 高比容量而受到众多研究者的关注。NiCo2O4 是一种混合价态氧化物。与钴、镍单一氧化物 相比，钴酸镍的导电性较好。同时，在电极反应中，钴酸镍能够提供 Co2+/Co3+和 Ni2+/Ni3+ 两 组活性中心，更加有利于法拉第赝电容的产生。近几年来，在钴酸镍作为电极材料的研究颇 有进展。为了提高材料的电化学性能，科研工作者开发出各类壳核结构的钴酸镍材料如 NiCo2O4@MnO2 [9] ，Co3O4@ NiCo2O4 [10,11]以及壳核结构的 Ni-Co 混合氧化物纳米柱，这些壳 核结构在很大程度上提升了钴酸镍电极材料的电化学性能。