然而，目前电化学电容器更广泛的使用和进一步的发展也面临一些困难，主要是能量密 度和电源系统两个方面的问题。在现如今的三大类电极材料，碳材料、导电聚合物和过渡金 属氧化物（及其氢氧化物）中，碳材料具有着比表面积大、导电性能好的特点，但其主要的 缺点是能量密度较低。导电聚合物和过渡金属氧化物（及其氢氧化物）的稳定性和循环性能 方面则还是需要进一步的完善[2]。 因为单元电容的工作电压需要小于电解质溶液的分解电压， 以防止率先发生电解液的分解，超级电容器的单元电压一般要小于 3V[3]。在实际的应用中， 往往会采用将许多个单元电容串联起来，以达到实际工作所需的电压。由于电源系统的每个 的单元电容往往无法具有一致的电容量和等效串联电阻（ESR），这将导致系统的总电压无法 在单元电容上实现平均一致的分配。为了保持电源系统中的每一个单元电容所承受的分配电 压均小于电解液的分解电压，必须降低电容器组的总电压，这也就降低了电源的实际效率， 总容量和能量密度也会大大降低。

1。2 超级电容器概述

1。2。1 超级电容器分类

超级电容器的分类主要从其以下几方面的特质入手，如电极材料、电解质、储能机制和 结构 对 称 性 等 。 按 照 电 极 材料 来 分 ， 超 级 电 容 器 有 碳 材 料 （ Carbon-based Material Supercapacitor）、过渡金属氧化物（Transition-metal Oxide Supercapacitor ）和导电聚合物电极 超级电容器（Conducting Polymer Supercapacitor）[4]。按电解质种类来分，超级电容器有水溶

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液电解质（Aqueous Electrolyte Supercapacitor）、有机电解质（Organic Electrolyte Supercapacitor）、 离子液体电解质（Ionic Liquid Electrolyte Supercapacitor）和固体电解质超级电容器（Solid Electrolyte Supercapacitor）[4]。按储能机制来分，有双电层电容器（Electric Double Layer Capacitor）、赝电容电容器（Redox/Pseudo Capacitor）和混合电容器[5]。按照电容器结构来分， 超级电容器有对称型（Symmetric Supercapacitor）和非对称型（Asymmetric Supercapacitor） 两种[6]。

1。2。2 超级电容器储能机制论文网

按照电荷的储存方式，超级电容器有双电层电容机制、赝电容机制和两者的混合机制[7]。

（1）双电层电容机制

该机制建立于亥姆霍兹（Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz）的界面双电层理论的 基础上。具体来说，当金属电极插入电解质溶液中时，电极表面与液面两侧会形成相反的电 荷，造成电位差，利用形成的双层电层来储存电荷。当两个电极之间被施加了适当的电压， 电解液中正负离子的取向运动便会在电极周围形成致密电荷层，即为电荷双层。

根据电容理论可知，电容的大小会与电荷层间距有关，因为双电层电容的电荷层的间距 比传统的电介质电容器小得多，因而其电容量便会更大。基本原理为：进行充电时，电解液 中的阴阳离子分别向正负极迁移，形成具有更大电荷量的相间电双层；与外电路连接放电时， 电子从负极流出，阴阳离子从电极表面进入到溶液中。双电层电容器在其充放电过程中发生 的是离子的吸附、脱附反应，没有化学反应和材料相变的出现，因而会具有更大的功率密度 和更长的循环寿命[8]。

（2）赝电容机制

赝电容超级电容器（Faraday Pseudocapacitor）主要发生电活性物质的欠电位沉积（UPD） 过程，在电容结构的二维空间上，发生化学吸附/脱附或氧化/还原的反应。赝电容受外电场作 用时，电极反应不仅可以在电极表面，也可以在电极内部进行，发生氧化还原反应，大量的 电荷得以在电极/电解液界面储存。由于可同时在活性材料内部进行，因而转移的电荷量大量 增加，活性材料的利用率随之大幅提高，电容量达到双电层电容器的数十倍[9]。