超级电容器-1介绍
超级电容器简介
3．非常短的充电时间，在0.1-30s即可完成。
4．解决了贮能设备高比功率和高比能量输出之间的矛盾， 将它与蓄电池组合起来，就会成为一个兼有高比功率输出的贮 能系统。
5．贮能寿命极长，其贮存寿命几乎可以是无限的。
6．高可靠性。
四、超级电容器技术及电极材料的进展
电压、能量密度高
按照电解液分,分为水溶液电解液超级电容器和有机电解液超级电容器。
根据结构分为对称型电容器(SymmetricCapacitor)和混合型超级电容器(Hybrid Capacitor)。
三、超级电容器的性能特点——介于电池与物理电容器
之间
优点
1. 高功率密度，输出功率密度高达数KW/kg，一般蓄电池的 数十倍。
氧化还原赝电容即法拉第赝电容是指活性电极材料发生氧化还原反应表现出 来的电容特性,主要包括过渡金属氧化物和导电聚合物。
双电层电容器存储的电荷与它的电容和电压相关 Q=CV，电容和电压是独 立的，但取决于电极的表面积，双电层的厚度和电解液的介质常数。根据 双电层电容器所需设备的性能或是使用的电解液选择电极材料。活性炭是 双电层电容器传统的电极材料
双电层原理示意图
充电时,外电源使电容器正负极分别带正电和负电,而电解液中的正负离子分别移动到电 极表面附近,形成双电层,整个双电层电容器实际上是两个单双电层电容器的串联装置。
双电层电容器充电状态电位分布曲线
Profile of the potential across electrochemical double layer capacitor in the charged condition
双电层电容器的储能机理本质上与静电容器一致,其依靠材料表面电子和溶液中等量 离子在电极材料/电解液界面的分离储存电量。通常电极材料采用高比表面积炭材料, 具有较高的比表面积(高达2000 m2 /g),远大于电解电容器电极的比表面积,
超级电容器简介课件
THANKS
主要应用领域市场现状与趋势
总结词
电动汽车和可再生能源领域是超级电容器的最主要应用领域，未来市场份额将进一步扩 大。
详细描述
电动汽车和可再生能源领域是超级电容器最主要的应用领域。在电动汽车领域，超级电 容器可以提供快速充电和大功率放电，提高车辆的加速和爬坡性能。在可再生能源领域 ，超级电容器可以用于储存和释放能量，提高能源利用效率。未来，随着电动汽车和可
能量密度与功率密度
能量密度高
超级电容器具有较高的能量密度，能 够存储较多的电能，使得其在混合动 力汽车、电动车等领域具有广泛应用 。
功率密度高
超级电容器具有极高的功率密度，可 以在短时间内释放大量电能，适用于 需要瞬时大功率输出的场合。
循环寿命与稳定性
长寿命
超级电容器经过多次充放电循环后，性能衰减较小，循环寿命长，可达数十万 次以上。
再生能源市场的不断扩大，超级电容器的市场份额也将进一步增加。
市场竞争格局与挑战
总结词
超级电容器市场竞争激烈，企业需要不 断创新以保持竞争优势。
VS
详细描述
目前，全球超级电容器市场已经形成了较 为稳定的竞争格局，但随着新技术的不断 涌现和市场的不断扩大，竞争也日趋激烈 。企业需要不断加大研发投入，提高产品 性能和降低成本，以应对市场竞争的挑战 。同时，企业还需要加强与上下游企业的 合作，共同推动超级电容器市场的快速发 展。
响应速度
超级电感的响应速度较快， 能够快速提供和回收能量， 而超级电容器的响应速度相 对较慢。
储能密度
超级电容器的储能密度较高 ，能够存储更多的能量，而 超级电感的储能密度相对较 低。
应用范围
超级电感适用于高频、大电 流的应用场景，而超级电容 器适用于需要快速充放电和 长循环寿命的应用场景。
超级电容器基础知识
超级电容器分类（结构）
平板型
在扣式体系中多采用平板状和圆片状的电极， 另外也有另外也有Econd公司产品为典型代 表的多层叠片串联组合而成的高压超级电容 器，可以达到300V以上的工作电压。
卷绕型
采用电极材料涂覆在集流体上，经过绕制 得到，这类电容器通常具有更大的电容量 和更高的功率密度。
流为100A，200F以下的为3A）和规定的频率（DC和大容量的100Hz或小容量 的KHz）下的等效串联电阻。通常交流ESR比直流ESR小，随温度上升而减小。
DC-ESR 在实际情况中，由于电容器存在一定的内阻，充放电转换的瞬间会有一个 电位的突变我们可以利用这一突变计算电极或者电容器的等效串联电阻。
锂离子超级电容器
Li4Ti5O12/AC 不对称电容器体系的概念首度由美国的 Telcordia公司提出。这一混合体系采用以活负极，电解液为商用的锂离子二 次电池电解液（锂盐），能量密度可达每公斤数十瓦（接近铅 酸蓄电池的能量密度水平）。其工作原理如图所示，充电过程 中，正极吸附电解液阴离子，负极则发生锂离子材料的嵌入反 应，放电时则相反。
t
U U0e RC
超级电容器的性能参数—漏电流
图中，EPR为等效并联电阻，代表超 级电容器的漏电流，影响长期储能性 能，EPR通常很大，可以达到几十kΩ， 所以漏电流很小。 2~4μA/F
漏电流和自放电在本质上无差别，机理也基本相同。究其根本在于电 极、电解液或其他与电芯有关的构成部分含有的微量杂质（未除干净的 H2O、气体，材料的纯度等）。
由于超级电容漏电流比较小，所以只要在充电时恒压保持足够长的 时间，那么能量就能储存很长时间，这一点是很有意义的。
当温度升高时，离子的热振动加强，漏电流也会加剧。
超级电容器详细介绍(有机系超级电容器)
制造工艺
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制造设备
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二、市场主要应用
应用方式
瞬间大电流放电：如USB产品要用0.5A以上电流, 闪光灯, 电动工具. 快速充电：如警卫手电筒, 玩具,电动工具 大电流能量快速回收：如独力太阳能发电, 节能电梯, 环保汽车 使用频繁、充放次数多： 如应急灯 免维护、无需更换：如太阳能道钉灯、地埋灯. 智能水,电,气表 零下40度正常工作：如汽车/电动车泠起动 轻质移动电源：如遥控飞机 非常安全可靠、永远不会爆炸的储能产品
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法是内装锂电池。锂电池使用到一定时间后，不得不更换。需要上门为用户更换电池或水表，这对于水表生 产厂家和自来水公司来说都是一件繁琐的事。另外，电池电量不足的情况出现是随机的，如果不精确和及时 的监测电池电量，将无法可靠的关断水阀，造成无法计费、逃水现象等情况出现。这是内部安装了锂电池的 智能水表的致命缺点，直接影响到它的推广和使用。 用超级电容代替锂电池可以解决这个问题。超级电容 是一种无源器件，具有电容的大电流快速充放电特性，同时也有电池的储能特性，并且重复使用寿命长，放 电时利用移动导体间的电子（而不依靠化学反应）释放电流，从而为设备提供电源。
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•税控收款机都具有断电保护功能，即当出现突然断电时，仍能将数据存储，并能进行短时间IC读写卡的操作过 程，这时需要有后备电源作保护。 •后备电源有两种解决方案：超级电容器和电池。超级电容器与电池相比具有放电电流大，循环寿命长、绿色环 保等特点。 •使用超级电容器增强了税控收款机的可靠性，免除了电池需要每隔2-3年维护更换一次的工作。在断电时，由超 容为控制电路提供能量，CPU可在短时间执行数据存储过程，读写完成后，电容器再提供瞬间脉冲电流（几A）， 将IC卡弹出。
超级电容器基础知识详解
超级电容器是20世纪60年代发展起来的一种新型储能器件，并于80年代逐渐走向市场。
自从1957 年美国人Becker申报的第一项超级电容器专利以来，超级电容器的发展就不断推陈出新，直到1983 年，日本NEC公司率先将超级电容器推向商业化市场，使得超级电容器引起人们的广泛兴趣，研究开发热潮席卷全球，不但技术水平日新月异，而且应用范围也不断扩大。
一、超级电容器的原理超级电容也称电化学电容，与传统静电电容器不同，主要表现在储存能量的多少上。
作为能量的储存或输出装置，其储能的多少表现为电容量的大小。
根据超级电容器储能的机理，其原理可分为：1.在电极P 溶液界面通过电子和离子或偶极子的定向排列所产生的双电层电容器。
双电层理论由19 世纪末H elm h otz 等提出。
关于双电层的代表理论和模型有好几种，其中以H elm h otz 模型最为简单且能够充分说明双电层电容器的工作原理。
该模型认为金属表面上的静电荷将从溶液中吸收部分不规则的分配离子，使它们在电极P 溶液界面的溶液一侧，离电极一定距离排成一排，形成一个电荷数量与电极表面剩余电荷数量相等而符号相反的界面层。
于是，在电极上和溶液中就形成了两个电荷层，这就是我们通常所讲的双电层。
双电层有储存电能量的作用，电容器的容量可以利用以下公式来计算：式中，E为电容器的储能大小；C为电容器的电容量；V 为电容器的工作电压。
由此可见，双电层电容器的容量与电极电势和材料本身的属性有关。
通常为了形成稳定的双电层，一般采用导电性能良好的极化电极。
2.在电极表面或体相中的二维与准二维空间，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸附、脱附或氧化还原反应，产生与电极充电电位有关的法拉第准电容器。
在电活性物质中，随着存在于法拉第电荷传递化学变化的电化学过程的进行，极化电极上发生欠电位沉积或发生氧化还原反应，充放电行为类似于电容器，而不同于二次电池，不同之处为：（1）极化电极上的电压与电量几乎呈线性关系；（2）当电压与时间成线性关系d V/d t=K时，电容器的充放电电流为一恒定值I=Cd V/d t=CK.此过程为动力学可逆过程，与二次电池不同但与静电类似。
超级电容器介绍
超级电容器介绍第一篇：超级电容器介绍超级电容器/法拉电容介绍五超级电容器类型简介超级电容器的类型比较多，按不同方式可以分为多种产品，以下作简单介绍。
按原理分为双电层型超级电容器和赝电容型超级电容器：双电层型超级电容器，包括1.活性碳电极材料，采用了高比表面积的活性炭材料经过成型制备电极。
2.碳纤维电极材料，采用活性炭纤维成形材料，如布、毡等经过增强，喷涂或熔融金属增强其导电性制备电极。
3.碳气凝胶电极材料，采用前驱材料制备凝胶，经过炭化活化得到电极材料。
4.碳纳米管电极材料，碳纳米管具有极好的中孔性能和导电性，采用高比表面积的碳纳米管材料，可以制得非常优良的超级电容器电极。
以上电极材料可以制成：1.平板型超级电容器，在扣式体系中多采用平板状和圆片状的电极，另外也有Econd公司产品为典型代表的多层叠片串联组合而成的高压超级电容器，可以达到300V以上的工作电压。
2.绕卷型溶剂电容器，采用电极材料涂覆在集流体上，经过绕制得到，这类电容器通常具有更大的电容量和更高的功率密度。
赝电容型超级电容器：包括金属氧化物电极材料与聚合物电极材料，金属氧化物包括NiOx、MnO2、V2O5等作为正极材料，活性炭作为负极材料制备的超级电容器，导电聚合物材料包括PPY、PTH、PAni、PAS、PFPT等经P型或N型或P/N型掺杂制取电极，以此制备超级电容器。
这一类型超级电容器具有非常高的能量密度，目前除NiOx型外，其它类型多处于研究阶段，还没有实现产业化生产。
按电解质类型可以分为水性电解质和有机电解质类型：水性电解质，包括以下几类1.酸性电解质，多采用36％的H2SO4水溶液作为电解质。
2.碱性电解质，通常采用KOH、NaOH等强碱作为电解质，水作为溶剂。
3.中性电解质，通常采用KCl、NaCl等盐作为电解质，水作为溶剂，多用于氧化锰电极材料的电解液。
有机电解质通常采用LiClO4为典型代表的锂盐、TEABF4作为典型代表的季胺盐等作为电解质，有机溶剂如PC、ACN、GBL、THL等有机溶剂作为溶剂，电解质在溶剂中接近饱和溶解度。
超级电容器工作原理
超级电容器工作原理引言概述：超级电容器是一种新兴的电子元件，具有高能量密度、快速充放电和长寿命等特点，被广泛应用于电子设备、汽车、航空航天等领域。
本文将详细介绍超级电容器的工作原理。
一、电容器基本原理1.1 电容器的定义和结构电容器是一种能够存储电荷的电子元件，由两个导体板和介质组成。
导体板上的电荷会在两板之间形成电场，存储电能。
1.2 电容器的充放电过程充电过程：当电容器接入电源时，电荷从电源流入导体板，导体板上的电荷逐渐增加，电场强度增大，电容器储存的电能增加。
放电过程：当电容器与电源断开连接时，导体板上的电荷会通过电路释放出来，电场强度减小，电容器储存的电能逐渐减小。
1.3 电容器的电容量和电压电容量是电容器存储电荷的能力，单位为法拉(F)。
电容量越大，电容器存储的电能越多。
电压是电容器两板之间的电势差，单位为伏特(V)。
电压越高，电容器存储的电能越大。
二、超级电容器的结构和特点2.1 超级电容器的结构超级电容器由两个电极和电解质组成。
电极通常采用活性炭材料，具有大表面积和高导电性。
电解质是一种能够导电的液体或者固体，能够提高电容器的电导率和存储电荷的能力。
2.2 超级电容器的高能量密度超级电容器的电极具有大表面积，能够存储更多的电荷，因此具有高能量密度。
相比之下，传统电容器的电能密度较低。
2.3 超级电容器的快速充放电由于超级电容器的电极和电解质具有低电阻性质，电荷在电容器内部的传输速度非常快，因此具有快速充放电的特点。
三、超级电容器的工作原理3.1 双电层电容效应超级电容器的电极表面存在双电层结构，即电极表面的电荷分布形成两层电荷层。
这种双电层结构使得超级电容器能够存储更多的电荷。
3.2 电化学反应超级电容器的电解质能够发生电化学反应，将电能转化为化学能。
这种反应可以增加电容器的电能存储能力。
3.3 电容器的电压稳定性超级电容器具有较好的电压稳定性，即在充放电过程中，电容器的电压变化较小。
超级电容器简介
超级电容器不含有有毒物质，对环境友好 ，且在使用寿命结束后可回收再利用。
02
超级电容器的应用领域
汽车工业
01
02
03
混合动力汽车
超级电容器可以提供瞬时 大电流，辅助发动机启动 和加速，提高燃油效率。
电动汽车
超级电容器可以快速储存 和释放能量，用于启动、 加速和制动回收，提高车 辆性能。
汽车零部件
产业链整合
通过整合上下游产业链，提高生产效率和降低 成本，企业将获得更多竞争优势。
跨界合作
与其他产业领域进行跨界合作，拓展超级电容器的应用领域和商业模式。
THANKS
谢谢您的观看
特点与优势
高功率密度
长寿命
超级电容器具有极高的功率密度，能够在 短时间内提供大量电能，适合用于需要瞬 时大电流的场合。
由于超级电容器的充放电过程中发生的电 化学反应较为温和，因此其寿命较长，可 达到数万次甚至数十万次充放电循环。
快速充放电
环境友好
超级电容器可以在短时间内完成充电，放 电速度也较快，提高了使用效率。
寿命与稳定性
薄膜电容器的寿命和稳定性较好，而 超级电容器的寿命和稳定性相对较差 。
Байду номын сангаас
05
超级电容器的市场前景与趋势
市场现状
市场规模
全球超级电容器市场规模持续增长，应用领域不断扩 大。
竞争格局
市场竞争激烈，主要集中在技术领先和品牌优势的企 业。
区域分布
全球超级电容器市场主要集中在中国、欧洲和北美等 地区。
超级电容器可用于汽车零 部件的能量回收和节能控 制，如座椅、车门等。
能源存储
可再生能源
超级电容器可以用于储存太阳能 、风能等可再生能源产生的电能 ，提高能源利用效率。
iec 超级电容-概述说明以及解释
iec 超级电容-概述说明以及解释1.引言1.1 概述超级电容（Super Capacitor）是一种新型的能量存储装置，它介于传统电容和化学电池之间。
相对于传统电容器，超级电容具有更高的能量密度和更大的功率密度，可以在短时间内快速充放电。
与传统化学电池相比，超级电容具有更长的循环寿命和更高的可靠性。
超级电容器的工作原理是通过在两个电极之间形成一个电介质，来存储电荷。
与传统电容器不同的是，超级电容器使用高表面积的电极材料，如活性炭或金属氧化物，来增加存储电荷的能力。
同时，电介质的选择也非常重要，它需要具有较高的介电常数和低电阻，以便快速存储和释放电荷。
超级电容器在多个领域都有广泛的应用。
在电动车领域，超级电容器可以用作辅助能量源，提供高效稳定的瞬时功率输出，以增加车辆的加速性能和能量回收效率。
在可再生能源领域，超级电容器可以作为储能设备，平衡能量的供需差异。
此外，超级电容器还被广泛应用于电子设备、电网稳定、医疗器械等领域。
尽管超级电容器具有很多优势，如高速充放电、长循环寿命和可靠性，但也存在一些局限性。
首先，超级电容器的能量密度较低，无法与化学电池相比。
其次，超级电容器的成本较高，限制了其大规模商业应用。
此外，超级电容器的稳定性和耐高温性还需要进一步改进。
总结而言，超级电容作为一种新兴的能量存储装置，具有重要的应用前景。
随着技术的不断创新和进步，超级电容器的能量密度和成本将不断提高，其在电动交通、可再生能源和其他领域的应用将会进一步扩大。
因此，超级电容器在能源存储领域的发展有着巨大的潜力。
文章结构部分的内容应包括对整篇文章的组织和结构进行说明。
下面是一个可能的编写示例：1.2 文章结构本文将按照以下结构进行叙述：1.引言：概述超级电容的定义、原理和应用背景，介绍文章的目的。
2.正文：2.1 超级电容的定义和原理：详细介绍超级电容的基本概念、组成结构和工作原理。
将对超级电容与传统电容的区别进行分析，并阐述其高能量密度和长寿命的特点。
超级电容器工作原理
超级电容器工作原理引言概述：超级电容器是一种能够存储和释放大量电荷的电子设备，它具有高能量密度、长寿命和快速充放电特性。
本文将详细介绍超级电容器的工作原理，包括电荷存储机制、电解质和电极材料选择、以及充放电过程中的物理过程。
一、电荷存储机制1.1 双电层电容机制超级电容器的主要电荷存储机制是双电层电容机制。
当超级电容器的正负极之间施加电压时，电解质溶液中的正负离子会迁移到电极表面，并在电极表面形成一个电荷层。
正极表面吸附的负离子形成负电荷，而负极表面吸附的正离子形成正电荷。
这种电荷层的形成使得电极表面形成一个电荷双层结构，从而形成了电容效应。
1.2 电化学吸附机制除了双电层电容机制，超级电容器还利用电化学吸附机制存储电荷。
在超级电容器的电极表面，电解质中的离子与电极表面的化学官能团发生化学反应，形成化学键。
这些化学键的形成使得电荷能够在电极表面进行吸附和释放，从而实现电荷的存储和释放。
1.3 电荷迁移机制电荷存储机制中的关键步骤是电荷的迁移。
当超级电容器充电时，电荷从电源流向电极，电解质中的离子也会随之迁移到电极表面。
而在放电过程中，电荷从电极流向负载，电解质中的离子也会从电极表面迁回到电解质中。
这种电荷的迁移过程是超级电容器工作的基础。
二、电解质和电极材料选择2.1 电解质选择超级电容器的电解质通常选择高离子浓度的溶液，以提供足够的离子进行电荷存储和迁移。
常用的电解质包括酸性、碱性和中性溶液，如硫酸、氢氧化钾和盐水等。
电解质的选择应根据超级电容器的工作环境和性能要求进行合理的选择。
2.2 电极材料选择超级电容器的电极材料需要具有良好的导电性和电化学性能。
常用的电极材料包括活性炭、金属氧化物和导电聚合物等。
活性炭具有高比表面积和良好的电化学吸附性能，适用于双电层电容机制。
金属氧化物和导电聚合物具有较高的电化学活性，适用于电化学吸附机制。
2.3 电极材料匹配超级电容器的电极材料需要与电解质相匹配，以确保电荷存储和迁移的效率。
超级电容器技术简介
超级电容器技术的研究背景及发展现状1. 研究背景随着科技的进步及社会文明程度的提高，能源问题已成为人类社会可持续发展战略的核心，是影响当前世界各国能源决策和科技导向的关键因素，同时，也是促进能源科技发展的巨大推动力。
进入二十一世纪之后，能源短缺和环境恶化的问题日益严重，这促使人们应更加重视建立确保经济可持续增长、有利于环境的能源供应体系，节能和扩大新能源开发利用成为世界性的趋势。
石油作为一种不可再生资源，随着人类需求的不断增长，已面临严重的短缺，并由此不断引发全球性的社会、经济、政治问题。
而且，全球燃油汽车消费量的不断增加，燃油汽车排放的NO x和CO x对全球环境带来严重污染，并导致地球温室效应。
开发更加清洁、环保的电动汽车被认为是解决能源问题和环保问题的一条有效途径，目前已成为全球性的研究热点。
电动汽车的研究经过多年的研发，特别是最近十年来的集中研究，已经对电动汽车有了比较统一的认识。
纯电动汽车（镍氢电池或锂离子电池作主电源）适合于短途应用，燃料电池电动车由于技术和成本因素在二十到三十年内不具备商业化应用的竞争力，而混合电动车（“油＋电”混合，）被认为是最接近商业化的技术模式。
“油＋电”混合电动车中的“电”主要是指二次电池，主要包括铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池。
目前，商品化的二次电池虽然具有较高的比能量，但比功率都很低，一般不超过500W/kg，而且电池在高脉冲电流放电或大电流充电时会影响其使用寿命，并引起电池内部发热、升温，存在安全隐患。
燃料电池同样是一种低比功率的储能元件，耐大电流充放电能力差。
单独使用电池作为动力电源无法满足电动汽车对电源系统的要求。
从能源的利用形态来看，电能作为能量利用的最终形态，已成为人类物质生产和社会发展不可缺少的“源动力”。
近年来，小型分立的可移动电源的发展更是增加了电能的利用形式和应用范围。
电能除了通过固有的电网系统应用于工业和家庭生活外，通过可移动电源（如铅酸、镍镉、镍氢、锂离子电池）等“承载体”更是成为随时随地均可便捷使用的动力源，极大方便了人们的物质文化生活。
超级电容器的原理与应用
超级电容器的原理与应用一、超级电容器的原理超级电容器，也称为超级电容、超级电容器或超级电容模块，是一种储存电能的新型电子元器件。
与传统的电池不同，超级电容器的储能机制是基于电荷的分离和积累。
超级电容器的核心结构是电极材料和电解质。
电极材料通常采用碳材料，如活性炭或金属氧化物，具有高比表面积和良好的导电性。
而电解质则采用离子液体或聚合物凝胶等。
当超级电容器接通电源时，电解质中的离子开始在电极材料表面游动，负离子向正电极游动，正离子向负电极游动。
这一过程导致电荷在电极上分离和积累，储存电能。
超级电容器具有以下几个特点： 1. 高功率密度：超级电容器的充放电速度极快，可以在很短的时间内释放大量电能，在一些需要高功率输出的应用中有着广泛的应用前景。
2. 长寿命：超级电容器的充放电循环次数可达百万甚至千万次，远远超过传统电池，有更长的使用寿命。
3. 耐高温：超级电容器的工作温度范围通常较宽，能够在较高温度下正常工作，并且不会出现着火爆炸等危险。
4. 环境友好：超级电容器不含有污染环境的重金属和有害物质，对环境友好。
二、超级电容器的应用由于超级电容器具有独特的特点和优势，其在各个领域有着广泛的应用。
1. 环境和新能源领域超级电容器在环境和新能源领域的应用较为广泛，主要体现在以下几个方面：- 电动车辆：超级电容器可以作为电动车辆的辅助动力装置，提供高功率的瞬时能量，增加电动车辆的加速性能和续航里程。
- 电网调峰：超级电容器可以储存多余的电能，在高峰时段释放，起到调节电网负荷的作用，提高电网的稳定性。
- 可再生能源储能：超级电容器可以作为太阳能光伏电池和风力发电机等可再生能源的储能装置，平衡能源的供需，提高能源利用效率。
2. 电子产品领域超级电容器在电子产品领域的应用也有较多的场景： - 智能手机和平板电脑：超级电容器可以作为移动设备的备用电源，提供快速充电和长时间待机的功能，增强用户体验。
- 无线通信：超级电容器可以用于储存和供应脉冲电流，提高通信设备的传输速率和稳定性。
超级电容器的原理及应用
超级电容器的原理及应用
超级电容器，又称为电化学超级电容器或超级电容器，是一种电子元件，其原理是将电荷存储在电极上以储存能量。
这些容器具有极高的能量密度，可以快速充放电，因此在一些应用中可以替代传统的电池或电池组。
超级电容器的原理基于二次电池的电化学反应。
电容器的原理是将正负电荷分开并在电极之间储存。
在超级电容器中，电极表面涂有高表面积的碳材料或金属氧化物，这些材料对电荷具有很高的吸附能力。
当电荷通过电容器时，它们被吸附在电极的表面上，从而形成一个电荷分离区域。
当电荷被释放时，它们可以以极快的速度穿过电介质并进行电流流动。
超级电容器的应用非常广泛。
由于它们可以快速充放电并且寿命长，因此被广泛应用于许多小型设备，如手持式电子设备、智能手表和荧光笔。
除此之外，它们还被广泛应用于汽车、工业机器人和船舰发动机等大型设备中。
超级电容器可以用于平衡电网。
当电力公司在生产过剩并需要存储能量时，超级电容器可以存储这些能量并在电力需求增加时释放。
这可以帮助电力网更加平衡，并减少对传统的化石燃料发电站的需要。
超级电容器可以用于辅助动力。
在混合动力汽车中，超级电容器可以与电池组配合使用，以提供额外的动力和能量回收功能。
这可以帮助汽车更加高效地使用燃料，并减少其对环境的影响。
总之，由于超级电容器具有高能量密度、寿命长、快速充放电等特点，因此在许多领域中得到广泛的应用。
其在未来的新兴能源领域和传统行业将会有更加广泛的应用和发展。
超级电容器的原理及应用
超级电容器的原理及应用
超级电容器(也称为超级电容、超级电容器电池或超级电容电池) 是一种能够存储和
释放大量电荷的电子元件。
它的原理基于双电层电容效应和电化学吸附效应。
超级电容器是由两个电极和介质组成的。
电极通常是碳材料，如活性炭或金属氧化物。
介质常用的是离子溶液或有机电解质。
当电压施加到电容器上时，电解液中的离子会在电
极表面形成一层双电层，其中负离子吸附在正极，正离子吸附在负极，形成了一个分层结构。
这种分层结构可以存储大量的电荷，并在释放电流时快速释放。
超级电容器的主要特点是高容量和高功率密度。
它能够在短时间内快速充放电，并且
具有长寿命、快速响应和可靠性高的特点。
尽管其能量密度相对较低，但在一些特定的应
用领域中具有广泛的应用。
超级电容器广泛应用于电动汽车、混合动力车辆、轨道交通、风力和太阳能发电等领域。
由于其快速充放电特性，可以在启动和制动时提供大量的能量，并在频繁的循环放电
和充电过程中保持性能。
超级电容器还可以用作微网电力系统中的能量存储装置，用于平
衡电网供电和需求之间的差异，提高能源利用效率。
除了储能应用之外，超级电容器还可以用于电子设备中。
它们可以用作备份电源，保
护设备在断电时保存重要数据。
超级电容器还可以用于提供快速的脉冲功率，如激光器、
医疗设备、通信设备等领域。
超级电容器在储存能量和提供高功率的需求下具有许多优势。
但是由于其相对较高的
成本和能量密度的限制，仍然需要进一步的研究和改进来推动其在更广泛的应用领域的发展。
超级电容器(1)
➢ 软包装的应用
➢ 模块化、独立功能化设计。
三、超级电容器生产情况
1. 超级电容器发展简介
❖ 1954年第一份超级电容器的专利 ❖ 小尺寸超级电容器：
1978年， 松下，Goldcap牌，最早产品； 1980年，NEC公司； 80年代末，ELNA公司；等。
活性炭
1、多孔电容炭材料
➢ 优势：
（1）成本较低； （2）比表面积高；
（3）实用性强； （4）生产制备工艺成熟； （5）高比容量，最高达到500F/g，一般200F/g。
➢ 性能影响因素：
（1）炭化、活化条件，高温处理；
（2）孔分布情况；
（3）表面官能团 （4）杂质。
➢ 研究趋势： 材料复合、降低成本
2、高中孔孔容 12~40Å 400l/g，
大于40Å的孔容 50l/g，
3、高电导率 4、高的堆积比重 5、高纯度 灰份 < 0.1% 6、高性价比 7、良好的电解液浸润性
各指 标间 相互 矛盾
1、多孔电容炭材料
❖ 已研制的电容炭材料
活性炭（粉、纤维、布）
——应用最多的电极材料
纳米碳管 碳气凝胶 活化玻态炭 纳米孔玻态炭
双电层电容器放电状态电位分布曲线
Prifile of the potential across an electrochemical double-layer capacitor in the discharged condition
准电容原理
➢ 准电容原理则是利用在电极表面及其附近发生在 一定电位范围内快速可逆法拉第反应来实现能量 存储。这种法拉第反应与二次电池的氧化还原反 应不同。
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材料科学导论课程论文题目：院（系）：专业：姓名：学号：E–mail：超级电容器的研究综述摘要：超级电容器具有储存能量大、比功率大、耐低温、免维护、低污染等突出优点，广泛地应用在启动、牵引动力、脉冲放电和备用电源等领域。
综述了超级电容器的发展和超级电容器的研究进展，认为要想更大地提高超级电容器的比容量和储能密度等，需要进一步对电极材料、电解质材料、加工工艺、结构设计等方面进行研究。
关键词：超级电容器；电极材料；电解质材料Research summary of supercapacitorAbstract: Supercapacitor could be used in start, traction, pulse-discharge and standby power with the advantages of high energy, high specific power, low temperature tolerance, maintenance free and low pollution. The research progress of supercapacitor and the development of super- capacitor were reviewed. It was concluded that in order to increase the specific capacity and energy density of supercapacitor, it was necessary to research the electrode materials, electrolyte material ,processing technology and structure design further.Key words: supercapacitor；electrode material；electrolyte material前言：超级电容器是位于电池和传统电容器之间的一种性能卓越的致密能源，具有储存能量大、质量轻、比容量大、比功率大、大电流放电性能好、能快速充电、循环次数多、耐低温、免维护、低污染等突出优点，可以作为独立电源或复式电源使用，广泛地应用在启动、牵引动力、脉冲放电和备用电源等领域。
超级电容器的问世，实现了电容量由微法拉级别向法拉级别的飞跃，彻底改变了人们对电容器的传统印象，实现了电源技术的一次重大革命。
一、超级电容器发展超级电容器电容量可达数千法拉。
根据电容器的原理，电容量取决于电极间的距离、介质、电极表面积。
为了获得如此巨大的电容量，超级电容器尽可能地缩短电极间的距离，增大电极表面积，为此利用双电层原理并采用椰壳活性碳多孔化高表面积电极。
双电层介质在电容器两电极间施加电压时，在靠近电极的电介质界面上产生与电极所携带的电荷相反的电荷并被束缚在介质界面上，形成真正意义上的电容器的两个电极。
由于两电极间距离极小，电极表面积极大，从而这类电容器具有极大的电容，可以储存极大的静电能量。
当两极间电势低于电解液的氧化还原电位时，电解液界面上的电荷不会脱离电解液，超级电容器正常工作，若电容器两端电位高于电解液的氧化还原电位时，电解液会分解，这是异常现象。
由于随着超级电容器放电，正、负极板的电荷向外电路释放，电解液界面上的电荷相应减少。
这里看出，超级电容器的放电 / 充电过程始终是物理过程，没有化学反应[1]。
1983年，Raistrick & Huggins成功地开发出很有市场潜力的商业化超级电容，被冠名为“Supercapacitor”。
进入20世纪90年代后，为了满足机动车辆引擎的快速反应能力，延长蓄电池的使用寿命，人们开始着手考虑将超级电容与蓄电池联合使用，组成复合电源，以期达到特定要求，特别是电动车(EV)、高性能脉冲系统要求。
美国能源部(DOE)以及欧洲共同体为此目的还专门制定了近期和远景规划。
电化学超级电容器已经成为当前能源领域研究的热点。
目前，根据储能机制，超级电容器可分为电化学双电层超级电容器、过渡金属氧化物超级电容器和导电聚合物超级电容器；根据正负极活性物质是否为同一物质，将超级电容器分为对称型超级电容器和混合型超级电容器；根据电容器所用的电解质不同，将电容器分为水溶液的超级电容器(工作电压1～2V)和有机电解液的超级电容器(工作电压2～4 V)；按照结构和加工技术，超级电容器又可划分为利用MEMS 工艺形成的微型电容器和利用传统技术方法制作的普通超级电容器。
(1)更高的功率密度。
电化学超级电容器的放电电流可以达到上百安培，在大电流应用场合，特别是高能脉冲环境，电化学超级电容器可以更好地满足功率的要求。
(2)充放电时间短。
电化学超级电容器的一个充放循环时间很短，远远低于蓄电池的充放循环所需要的时间。
这可以很好地满足电动汽车在启动、爬坡时对放电时间要求短的场合。
(3)有更长的使用寿命。
电化学超级电容器的循环使用寿命可达10 万次以上，比目前最好的电池的寿命也要长100倍左右。
(4) 更宽的工作温度范围。
电化学超级电容器可以在－45～70℃正常工作，而普通蓄电池的低温和高温性能很差。
小型的超级电容器主要用于各种微处理机、玩具车、闪光灯、电动手工具等；大型的超级电容器则主要用于各种内燃机的启动电源、电网闪络的保护和UPS、电动起重机的吊件位能回收、电力高压开关的分合闸操作、核反应堆控制、防护设备、航空通讯设备、无线电通讯、电阻焊机及科研测试设备等。
二、超级电容器机理超级电容器根据储能机理，可分为双电层电容器(electric double—layer capacitor，EDLC)和法拉第准电容器(faradaic pseudocapacitor)两类。
EDLC是通过电极与电解质形成的界面双电层存储静电能的，其电极材料主要是碳基材料；法拉第赝电容则是通过电极表面与电解质的快速可逆氧化还原反应或吸脱附存储电能，电极材料主要是过渡金属氧化物(RuO2、MnO2、NiO、Fe3O4和Co3O4等 ) 和导电聚合物 ( 聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩等 )。
法拉第准电容器的储存电荷过程包含了两部分：不仅有双电层上的存储，还有电解液中离子在电极活性物质中由于氧化还原反应而将电荷储存于电极中的部分，因此通常具有更大的比电容。
如RuO2等金属氧化物在电极/ 溶液界面法拉第氧化还原反应产生的准电容是双电层电容的10~l00 倍，远大于碳基电极材料表面的双电层电容，在高能量密度方面具有明显优势。
最近又出现了一种正负极分别采电池材料和活性炭材料的混合超级电容器由于传统化石能源日益减少，以及人们对环境的要求越来越高，大中型城市对清洁能源的需求将更为迫切。
以动力电源取代现有汽车的燃油驱动成为一种有效的途径。
超级电容器功率密度大，但其能量密度低，无法满足动力电源的需求。
电池则正好与超级电容器相反，其能量密度高但功率密度小。
因此，皆具大功率密度和高能量密度的混合型超级电容器（超级电池电容器）应运而生。
根据超级电容器的种类和发展，其分类可如右图所示。
三、超级电容器电极材料分类：1.碳基电极碳材料是最早被应用于电化学电容器的电极材料，也是目前商业化最广泛的电极材料。
碳电极的电容主要来源于界面的双电层。
它价格低廉，物理化学性能稳定，工作温度范围较宽，易于工业化生产，主要以活性炭为主。
活性炭的来源丰富，木材、果壳、煤炭、石油焦等都可用来制备活性炭。
Jang Y等利用功能化的活性炭纳米粒子(FACNs)和可交联的聚合物粘合剂制备了性能颇好的超级电容器。
由于材料表面官能团的作用，FACNs纳米复合物电极比电容为154 F·g-1，能量密度为18 Wh·kg-1，且在高扫速下循环伏安曲线仍近似矩形，循环性能良好，容量较大。
此外，由于基本难以实现完全的双电层电容，电极表面上往往还会伴随一些法拉第氧化还原过程的进行。
碳电极表面通常有醌式结构存在，这些具有氧化性或还原性的官能团会发生化学反应而提供法拉第电容。
碳电极电容器生产成本低廉，但其结晶性差，不利于电荷传输过程中电子的转移，能量密度不够高。
近年来为了提高其能量密度而在碳基材料的结构、形貌研究方面已取得很多进展，一些新型碳材料（C60、碳纳米管等 ) 在电化学电容器方面的应用也得了一定的进展，如M．G．Sullivan等利用阳极氧化修饰玻璃碳电极，得到100 F/cm3的体积比容量。
但由于其最终的比电容被EDLC的储电机制限制而无法产生飞跃性的提高。
2.石墨烯超级电容器石墨烯是二维sp2杂化碳结构的，其具有理想的单原子层厚度，理论比表面积高达2630 m2/g，且导电性能和化学稳定性良好，理论比容量约为550 F/g，被认为是双电层超级电容器的理想电极材料[2-3]。
2006 年Song 等[4]开创了石墨烯应用于超级电容器电极材料的研究。
Stoller 等[5]在2009 年也报道了石墨烯在超级电容器上的应用，化学修饰的石墨烯在水溶液和有机溶剂中比容量分别为135 F/g 和99 F/g。
Wang 等[6]以肼蒸气还原氧化石墨制备的石墨烯作为电极材料，获得了205 F/g 的比容量。
石墨烯双电层电容器可逆性好，电荷迁移路径短且电解液与电极接触面积大，具有较高的功率密度和良好的循环稳定性。
但石墨烯有较强的回叠趋势，导致其实际比表面积远远低于理论值，从而其比容量和功率密度也大为降低[7-8]。
制备石墨烯基复合物是有效减小石墨烯回叠，提高石墨烯电化学性能的重要方法，也是石墨烯超级电容器广泛应用的趋势。
3.金属氧化物电极由于碳基电极存在种种不可避免的缺陷，利用金属氧化物代替碳基材料作为超级电容器电极的热潮悄悄掀起。
金属氧化物靠自身的氧化还原反应来获得赝电容(Pseudo- capacitance)，使得金属氧化物电极材料具有比碳基材料更高的比电容。
Conway B E.等首先发现了RuO2所具有的赝电容特性，其形态结构对比电容有很大影响。
晶体RuO2的理论充电密度可达1450 C/g，平均比电容约为1036 F/g，但实际获得的比电容远远低于理论估算值。
这可能是因为大多数过渡金属氧化物都属于半导体甚至是绝缘体，电荷转移困难从而极大的影响了其容量的释放以及倍率性能。
金属氧化物作为电极材料的循环寿命一般较小，且很多金属氧化物具有毒性，成本又较高，需要科研工作者研发更理想的电极材料替代金属氧化物。
4. 导电聚合物电极导电聚合物是一类重要的电极材料，其储能主要通过法拉第赝电容来实现。
其机理可解释为，在充放电过程中，导电聚合物的共轭链上会进行快速可逆的n型或者p型掺杂和去掺杂的氧化还原反应，从而使聚合物具有较高的电荷密度，最终产生很高的法拉第准电容，实现电能的储存。