双电层型超级电容器的工作原理电介质
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作为应急保障系统的后备电源 ➢ 作为电站直流操作电源、高压环网功率补偿电源
形对成于一电平化板学电电容容器器[, 其存储电荷的过程不仅包括双电层上的存储, 而且包括电解液 中离子在电极活性物质中由于氧化还原反应导致的电荷在电极中的储存[ 6] 。与双
电层超级电容器的 静电容量相比, 相同表面积下的电化学电容器的容量要大10 ～ 100倍[
赝电容型超级电容器的工作原理
❖ 利用电极材料与电解液之间的氧化还原反应产 生法拉第电荷储存电量。
集电极
隔膜 电极材料 有机玻璃夹板 电解液
超级电容器用电解液
水系：硫酸，氢氧化钾，硫酸钠等，其特点为 电压低，导电性好，极性溶剂
有 为电机解系质：，常聚见碳为酸锂酯盐PLCi或Cl乙O4或腈季AC胺N为盐有TE机AB溶F4剂作， 其特点为电压较高，导电性中等，非极性溶剂
离子液体 ：咪唑类，吡咯烷类等离子液体， 其特点为电压高，但导电性差
Ox + ne Red
❖ 由于这种氧化还原反应是变电位反应，不存在 电压平台，具有电容特征，故称为赝电容反应， 与恒电位的电池型氧化还原反应相区别。
❖ 根据反应发生的位置，赝电容反应可分为： 表面氧化还原反应，和体相氧化还原反应。
商用超级电容器
超级电容器的应用
应用领域
超级电容器的应用
➢ 电动汽车的动力电源 能量储放快，可回收刹车时得到的能量，使之再
电介质
-------
d
C r0A
d
C
双电层型超级电容器
+ + + + + + +
-------
+---电++解+---液+++-+++++++-------
d
d
111
C C1 C2
d ≈1nm
C1
C2
利用电解液离子与电极表面静电吸引储能
当金属插入电解液中时, 金属表面上的净电荷将从溶液中吸引部分不规则分布
充电电池 20~200 <500
功率型的储能器件
在能量密度和功率密度上很好地 填补了充电电池和物理电容器的 空缺
超级电容器与电池性能对比
性能
放电时间 充电时间 充放电效率 循环寿命 可用温度范围
功率成本 /kW 维护
充电电池
0.3~3hours 1~5hours 0.7~0.85 500~2000 -20～60 ℃
的 带异种电荷的离子, 使它们在电极-溶液界面的溶液一侧离电极一定距离处排成 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。 该界面由两个电荷层组成, 一层在电极上,一层在溶液中,因此称作双电层。由于 界面上存在一个位垒, 因而两层电荷都不能越过边界而中和, 按照电容器原理而
$75~150 需要
超级电容器
0.3~30seconds 0.3~30seconds
0.85~0.98 >100,000 -40℃～70℃
$25~50 不需要
超级电容器的性能特点
充放电效率 、 可充性、 温度范围、 环保性、 循环性、 安全性、 功率成本、 功率密度、 循环稳定性
超级电容器的结构
储能器件超级电容器简介
什么是超级电容器？
超级电容器是一种新型储 能器件，其性能介于电池 与普通电容之间，具有电 容的大电流快速充放电特 性Baidu Nhomakorabea同时也有电池的高储 能特性，具有重复使用寿 命长，温度特性好、节约 能源和绿色环保等特点。
储能器件 比能量 比功率 Wh/kg W/kg
物理电容器 <0.05 104~107 超级电容器 0.2~20.0 102~104
次用于车辆的加速启动和支持加速过程中。 ➢ 太阳能、风能发电系统蓄电装置 ➢ 军事航天领域
可单独或与蓄电池一起构成电源系统，作为起动 电源也可作为小型负载的驱动电源，用于坦克、飞 机、火箭等作为起动电源；在人造卫星、宇宙飞船 空间站电动车方面也有越来越多的应用 小型电器和消费类电子产品 ➢ 工业领域的后备电源
超级电容器的电极材料
双电层电容 赝电容
活性炭
碳气凝胶 碳纤维
比表面积大、孔径可调、导电性好，但是比电容偏
碳纳米管
石墨烯
过渡金属氧化物（RuO2、MnO2、NiO等） – 氧化钌电化学性能优越，但价格昂贵； – 其它氧化物存在导电性较差、结构不稳定。
导电聚合物（聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其衍生物等）
– 电化学活性高，循环稳定性能差。
超级电容器的分类
Current density (A/g)
超级电容器
Potential (V)
双电层型
依靠电解液/电极 界面的双电层储存 电荷
根据工作原理
混杂型
兼具双电层电 容和赝电容
电化学电容型
基于电极材料与 电解液之间的快 速氧化还原反应
双电层型超级电容器的工作原理
物理电容器
+ + + + +++
形对成于一电平化板学电电容容器器[, 其存储电荷的过程不仅包括双电层上的存储, 而且包括电解液 中离子在电极活性物质中由于氧化还原反应导致的电荷在电极中的储存[ 6] 。与双
电层超级电容器的 静电容量相比, 相同表面积下的电化学电容器的容量要大10 ～ 100倍[
赝电容型超级电容器的工作原理
❖ 利用电极材料与电解液之间的氧化还原反应产 生法拉第电荷储存电量。
集电极
隔膜 电极材料 有机玻璃夹板 电解液
超级电容器用电解液
水系：硫酸，氢氧化钾，硫酸钠等，其特点为 电压低，导电性好，极性溶剂
有 为电机解系质：，常聚见碳为酸锂酯盐PLCi或Cl乙O4或腈季AC胺N为盐有TE机AB溶F4剂作， 其特点为电压较高，导电性中等，非极性溶剂
离子液体 ：咪唑类，吡咯烷类等离子液体， 其特点为电压高，但导电性差
Ox + ne Red
❖ 由于这种氧化还原反应是变电位反应，不存在 电压平台，具有电容特征，故称为赝电容反应， 与恒电位的电池型氧化还原反应相区别。
❖ 根据反应发生的位置，赝电容反应可分为： 表面氧化还原反应，和体相氧化还原反应。
商用超级电容器
超级电容器的应用
应用领域
超级电容器的应用
➢ 电动汽车的动力电源 能量储放快，可回收刹车时得到的能量，使之再
电介质
-------
d
C r0A
d
C
双电层型超级电容器
+ + + + + + +
-------
+---电++解+---液+++-+++++++-------
d
d
111
C C1 C2
d ≈1nm
C1
C2
利用电解液离子与电极表面静电吸引储能
当金属插入电解液中时, 金属表面上的净电荷将从溶液中吸引部分不规则分布
充电电池 20~200 <500
功率型的储能器件
在能量密度和功率密度上很好地 填补了充电电池和物理电容器的 空缺
超级电容器与电池性能对比
性能
放电时间 充电时间 充放电效率 循环寿命 可用温度范围
功率成本 /kW 维护
充电电池
0.3~3hours 1~5hours 0.7~0.85 500~2000 -20～60 ℃
的 带异种电荷的离子, 使它们在电极-溶液界面的溶液一侧离电极一定距离处排成 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。 该界面由两个电荷层组成, 一层在电极上,一层在溶液中,因此称作双电层。由于 界面上存在一个位垒, 因而两层电荷都不能越过边界而中和, 按照电容器原理而
$75~150 需要
超级电容器
0.3~30seconds 0.3~30seconds
0.85~0.98 >100,000 -40℃～70℃
$25~50 不需要
超级电容器的性能特点
充放电效率 、 可充性、 温度范围、 环保性、 循环性、 安全性、 功率成本、 功率密度、 循环稳定性
超级电容器的结构
储能器件超级电容器简介
什么是超级电容器？
超级电容器是一种新型储 能器件，其性能介于电池 与普通电容之间，具有电 容的大电流快速充放电特 性Baidu Nhomakorabea同时也有电池的高储 能特性，具有重复使用寿 命长，温度特性好、节约 能源和绿色环保等特点。
储能器件 比能量 比功率 Wh/kg W/kg
物理电容器 <0.05 104~107 超级电容器 0.2~20.0 102~104
次用于车辆的加速启动和支持加速过程中。 ➢ 太阳能、风能发电系统蓄电装置 ➢ 军事航天领域
可单独或与蓄电池一起构成电源系统，作为起动 电源也可作为小型负载的驱动电源，用于坦克、飞 机、火箭等作为起动电源；在人造卫星、宇宙飞船 空间站电动车方面也有越来越多的应用 小型电器和消费类电子产品 ➢ 工业领域的后备电源
超级电容器的电极材料
双电层电容 赝电容
活性炭
碳气凝胶 碳纤维
比表面积大、孔径可调、导电性好，但是比电容偏
碳纳米管
石墨烯
过渡金属氧化物（RuO2、MnO2、NiO等） – 氧化钌电化学性能优越，但价格昂贵； – 其它氧化物存在导电性较差、结构不稳定。
导电聚合物（聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其衍生物等）
– 电化学活性高，循环稳定性能差。
超级电容器的分类
Current density (A/g)
超级电容器
Potential (V)
双电层型
依靠电解液/电极 界面的双电层储存 电荷
根据工作原理
混杂型
兼具双电层电 容和赝电容
电化学电容型
基于电极材料与 电解液之间的快 速氧化还原反应
双电层型超级电容器的工作原理
物理电容器
+ + + + +++