?超級電容器是指介于傳統電容器和充電電池之間的一種新型儲能裝置,它既具有電容器快速充放電的特性,同時又具有電池的儲能特性。中央廣播電視總台發布2021年度國際十大科技新聞,超級電容器在列。
超級電容器是通過電極與電解質之間形成的界面雙層來存儲能量的新型元器件。當電極與電解液接觸時,由于庫侖力、分子間力及原子間力的作用,使固液界面出現穩定和符號相反的雙層電荷,稱其爲界面雙層。把雙電層超級電容看成是懸在電解質中的2個非活性多孔板,電壓加載到2個板上。加在正極板上的電勢吸引電解質中的負離子,負極板吸引正離子,從而在兩電極的表面形成了一個雙電層電容器。雙電層電容器根据电极材料的不同,可以分为碳电极双层超级电容器、金屬氧化物電極超級電容器和有機聚合物電極超級電容器。 [1]
特點
与蓄电池和传统物理电容器相比,超级电容器的特點主要体现在:
(1)功率密度高。可达102~104 kW/kg,远高于蓄电池的功率密度水平。
(2)循環壽命長。在幾秒鍾的高速深度充放電循環50萬次至100萬次後,超級電容器的特性變化很。萘亢蛢茸鑳H降低10%~20%。
(3)工作溫限寬。由于在低溫狀態下超級電容器中離子的吸附和脫附速度變化不大,因此其容量變化遠小于蓄電池。商業化超級電容器的工作溫度範圍可達-40℃~+80℃。
(4)免維護。超級電容器充放電效率高,對過充電和過放電有一定的承受能力,可穩定地反複充放電,在理論上是不需要進行維護的。
(5)綠色環保。超級電容器在生産過程中不使用重金屬和其他有害的化學物質,且自身壽命較長,因而是一種新型的綠色環保電源。 [1]
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超級電容器之所以稱之爲“超級”的原因:
1、超級電容器可以被視爲懸浮在電解質中的兩個無反應活性的多孔電極板,在極板上加電,正極板吸引電解質中的負離子,負極板吸引正離子,實際上形成兩個容性存儲層,被分離開的正離子在負極板附近,負離子在正極板附近。
2、超級電容器在分離出的電荷中存儲能量,用于存儲電荷的面積越大、分離出的電荷越密集,其電容量越大。
3、传统电容器的面积是导体的平板面积,为了获得较大的容量,导体材料卷制得很长,有时用特殊的組織結構来增加它的表面积。传统电容器是用绝缘材料分离它的两极板,一般为塑料薄膜、纸等,这些材料通常要求尽可能的薄。
4、超级电容器的面积是基于多孔炭材料,该材料的多孔结构允许其面积达到2000m2/g,通过一些措施可实现更大的表面积。超级电容器电荷分离开的距离是由被吸引到带电电极的电解质离子尺寸决定的。该距离(<10 Å)和传统电容器薄膜材料所能实现的距离更小。
5、庞大的表面积再加上非常小的电荷分离距离使得超级电容器较传统电容器而言有惊人大的静電容量,这也是其“超级”所在。
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