超级电容器的分类与优缺点分析
超级电容器
电极材料
电极材料是影响超级电容器性能的重要因素。 为了进一步提高超级电容器的容量和循环寿命，最主要的 是开发新的高比容量，高比功率的电极材料。 超级电容器的电极材料可以分为以下几类:炭电极材料， 金属氧化物电极材料，导电聚合物电极材料，复合电极材 料。
碳电极材料
目前已经开发用在双电层电容器上的碳材料有:活性炭 粉末、活性碳纤维、碳纳米管、膨胀性石墨、碳气凝胶、 炭黑和石墨烯等。 炭材料的性质中最为关键的几个影响因素为炭材料的表 面积和粒径分布，炭材料的电学稳定性，炭材料的导电 率。
在沿海岛屿、边远山区，地广人稀的草原牧场等地方， 风能和太阳能可作为解决生产和生活能源的一种可靠 途径。然而，这些能源还不能稳定地供给。将超级电 容器与风力发电装置或太阳能电池组成混合电源，超 级电容器在白天阳光充足或风力强劲的条件下吸收能 量以电能的形式存储起来，在夜晚或风力较弱时放电， 可解决上述问题。
超级电容器还可用作汽车的主电源。
（4）工业领域
超级电容器在工业不间断电源(UPs)、安全预防 设备以及仪器仪表等方面得到广泛应用。
（5）消费电子领域
使用超级电容器做为储能元件的手电筒，充电只 需90秒，循环寿命可达50万次，可使用约135年。电 子玩具常要求瞬时大电流，而电池无法提供，使用超 级电容器作为电源不仅可以解决这个问题，还可以降 低使用成本、减轻质量。一种自动的切管工具用于替 代一种己经有十年历史的旧式手持切管设备。考虑实 际应用，要求能提供瞬间高功率及长寿命，并且要求 快速充电，一次充电能满足100次的切割工作，超级 电容器与电池混联后能使产品满足应用的需求。
超级电容器的研究及应用现状
美国、日本、韩国、俄罗斯、德国等国研究超级 电容器起步较早，技术相对比较成熟。
超级电容器的研究
3、表面官能团
主要通过两种途径： 1）改变表面的润湿性能 2）官能团自身发生可逆的氧化还原反应 从制备高容量、耐高压、稳定性好的电容器角度 出发 , 要求活性炭材料表面的官能团有一个合适 的比例。
4、微晶结构
对超级电容器来说,中孔比例大一些比较好 中孔碳材料的方法主要有三种: 1）催化活化法 2）混合聚合物炭化法 3）模板炭化法
3、发展趋势：
• 提高性能、降低成本是超级电容器发展的主旋律。 • 从超级电容器的发展历史来看，电容器虽然能够 提供高功率，但电容器不能像电池一样提供高的 重量能量比，期望将来超级电容器能够代替电池 作为储能元件，兼具高能量和高功率的性能。 • 超级电容器是绿色环保、能源开发的重要方向之 一，它的研发必将带动整个电子产业及相关行业 的发展，目前国内超级电容器的开发生产刚刚起 步，具有广阔的发展空间。
双电层原理示意图
2. 性能特点
—介于电池和物理电容器之间
性 能 铅酸电池 1-5小时 超级电容器 0.3-若干秒 普通电容器 10-3—10-6秒
充电时间
放电时间
比能Wh/kg 循环寿命 比功率W/kg 充放电效率
0.3-3小时
30- 40 300 < 300 0.7-0.85
0.3-若干秒
1- 20 >10000 >1000 0.85-0.98
2) 赝电容型超级电容器
(1) 金属氧化物材料 • 贵金属氧化物材料 —RuO2：无定型RuO2拥有更高 的电导率，更高的比电容，更高的电化学可逆性。 • 替代RuO2的廉价金属氧化物材料—MnO2和NiO。
(2) 导电聚合物材料 聚苯胺(PANI)、聚吡 (PPy)和聚噻吩(PTh) 他们的一些相关衍生 物。 优点： 价格低廉、对环境友 好、高导电率、高度 可逆以及活性可控。
智能电网中超级电容器的应用分析
智能电网中超级电容器的应用分析摘要：随着二十一世纪社会经济发展速度的加快，人们对于生活质量的要求越来越高，这也就使得能源消耗速度有所提高，能源产业也面临着十分严峻的挑战，智能电网作为电网建设的重要组成部分，若将超级电容器应用在智能电网之中，那么不仅能够提高电力供应的质量，更能减少智能电网本身的缺陷，本文就智能电网中超级电容器的应用进行分析，并提出科学、合理的建议。
关键词：超级电容器：重要负荷：次要负荷前言：伴随21世纪的到来，世界资源和环境压强日益加大，人民对电能和生活的需求也愈来愈高，电力行业面对着史无前例的巨大挑战和机会。
智慧国家电网是一种比较现代化的输电和配电网络系统，它具有节省电能的优势，可以有效地满足人民的需求。
伴随智慧国家电网的建成，新能源技术革命将彻底改变我们人类社会的生活，它将利用国家电网信息技术和领先的通信技术手段将世界各地连接起来，为我们人类生活带来更加便捷的出行方式。
储能科技是智慧国家电网蓬勃发展的基石，超级电容器则是其中缺一不可的组成部分，它们将与智慧国家电网共同推动新能源技术的蓬勃发展，实现更高效、更安全的能源利用。
一、智能电网的主要特点智能电网的建立主要是为了有效地达到如下一些要求：分布式资源的合理使用、电源企业间的有序交易、供电智能化控制体系的建立、电力供应效率的提高、供电企业之间的良好相互作用、节省能源，并以节省能源为主要目的。
而今后的智能供电系统，其将主要由智能化输电网络和供电网络系统来组成，其运行模式将会越来越协调、安全，同时也将具备如下的一些优势：电力市场中问题供应的特征，最新通信方法的安全使用，享受安全的电力服务，促进检测并减少事故。
与先前的家庭电力和分销系统相比，智能电源系统主要是指最新数据和通信技术实现高度自动化和智能。
通过使用低碳和环境，相关技术可以减少功率消耗，并更有效地实现功耗领域的可持续发展需求。
智能电源系统开发的关键是控制电源系统，分布式电源和系统控制。
超级电容器的分类与优缺点分析
超级电容器的分类与优缺点分析1.1 超级电容器的原理"双电层原理"是超级电容器的核心，这是由该装置的双电层结构决定的。
超级电容器是利用双电层原理的电容器。
当外加电压作用于普通电容器的两个极板时，装置存储电荷的原理是一样的，即正电极与正电荷对应、负电极与负电荷对应。
图1 超级电容的结构原理1.2 超级电容器的应用目前，超级电容器凭借强大的储存容量及存储性能，在许多大中小型设备中得到了普遍运用，且涉及到的行业较为广泛。
具体运用在：真空开关、仪器仪表、数码相机等微小电流供电的后备电源；太阳能产品以及小型充电产品的充电电池。
由于超级电容器的功能优势显着，在使用时可适当添加辅助元件以优化电容器结构，从而进一步增强了超级电容器的结构性能。
2 超级电容器的主要功能与普通电容器相比，超级电容器在结构上进行了改进调整，且在原理上得到了优化。
但在使用期间超级电容器与常规电容器的功能相近。
新型电容装置的功能集中表现在：旁路、去耦、储能等方面，这些对于电路运行或存储电荷都有着明显的调控作用。
具体功能如下：（1）旁路。
超级电容器中的旁路电容可以定期储存电能，但其它元器件在运行中需要能量时，则能及时释放出电荷维持使用。
旁路电容器的最大功能表现于稳压器电荷输出的均衡，避免了电荷传输混乱而引起电路故障，装置充电、放电的灵活性较强，如图2.图2 旁路电容原理（2）去耦。
去耦主要是针对电路内产生的"耦合"现象而言，耦合是由于电路中电流、电阻失去均衡而引起的一种"噪声",不利于电路内部载荷的均衡布置。
超级电容器使用之后，能有效地消除耦合现象，让电路中的各项指标参数维持在标准状态。
（3）储能。
无论是普通的电容器或者超级电容器，储存电荷或电能都是极为关键的性能。
超级电容器的电荷储存容量更大，能满足更多电子元件的使用需求。
超级电容器把存储的能量利用变换器引线传送至电源的输出端之后，经过优化处理能进一步强化电容的存储性能。
引线式超级电容和纽扣式超级电容
引线式超级电容和纽扣式超级电容在现代电子设备中扮演着重要的角色。
作为储能元件，它们能够为设备提供瞬时能量，同时又具备高循环寿命和快速充放电的特点。
本文将从深度和广度两个方面对这两种超级电容进行全面评估，以便读者能够更全面、深刻地理解它们的工作原理、应用场景及未来发展方向。
一、引线式超级电容引线式超级电容是一种使用聚合物电解质的超级电容。
它具有高能量密度、长循环寿命和快速充放电的特点，适用于需要高能量储存和快速释放的场景。
在工业自动化、新能源汽车和可穿戴设备等领域，引线式超级电容都有着广泛的应用。
相比于传统的电化学电池，它们在储能效率和安全性上都具备优势。
未来，随着新材料、新工艺的不断发展，引线式超级电容有望在储能领域发挥更大的作用。
1. 引线式超级电容的工作原理引线式超级电容的电极由活性炭材料构成，电解质采用的是聚合物电解质。
在充放电过程中，电极的表面积决定了能量密度的大小，而电解质的导电性影响着电容器的内阻。
通过调控电极材料和电解质的性能，可以实现引线式超级电容的高能量密度和低内阻。
引线式超级电容通常采用铝合金外壳进行封装，以确保其在恶劣环境下的稳定运行。
引线式超级电容在工业自动化领域中被广泛应用，用于储存和释放设备在启动、加速、制动等过程中的能量。
在新能源汽车中，引线式超级电容能够辅助电池提供瞬时高功率输出，提高车辆的加速性能和制动能量回收效率。
引线式超级电容还被应用于可穿戴设备和智能家居产品中，为设备提供持久稳定的能量支持。
3. 引线式超级电容的未来发展方向随着电动化、智能化的持续推进，引线式超级电容有望在未来发挥更加重要的作用。
在材料方面，新型的活性炭和聚合物电解质将会进一步提高引线式超级电容的能量密度和循环寿命。
在工艺方面，先进的封装技术和制造工艺将帮助引线式超级电容实现规模化生产和降低成本。
引线式超级电容将会成为未来能源储存领域的重要组成部分。
二、纽扣式超级电容纽扣式超级电容是一种微型超级电容，通常采用卷绕式结构，具有体积小、重量轻、快速充放电的特点。
超级电容器的性能分析与应用研究
超级电容器的性能分析与应用研究随着电子产品的飞速发展，各种新型电池被相继推出，它们有着不同的工作原理和应用场景，而其中，超级电容器成为了备受瞩目的一种新型电池。
超级电容器相较与传统电池，有着很多显著的优点，因此也被广泛地应用于各个领域。
下面，本文将对超级电容器的性能进行分析与研究，同时探讨超级电容器的应用前景。
一、超级电容器的基本原理超级电容器也被称为超级电容、电化学电容、超电容等，它是一种新型的储能元件。
超级电容器可以看作是由多个电容器并联组成的，其储存电荷的原理是利用两个带电板之间存在的电场所实现的。
相比于传统的电容器，超级电容器的优势在于有着更高的能量密度和更长的寿命，这也是超级电容器得以广泛应用的重要原因。
二、超级电容器的性能分析1. 高能量密度由于超级电容器具有高能量密度的特性，因此它可以将能量储存到密度更高的状态下，这样也就可以更小的体积储存更多的能量。
应用在手机充电宝等小型便携式电子设备上，可以大大提高其便携性。
2. 快速充放电相较于传统的电池，超级电容器具有更快的充电速度和放电速度。
这意味着，在超级电容器所储存的电能得到释放的时候，可以使得电子设备平滑地运转。
在一些应用场景中，比如说电动汽车、铁路和城市公共交通工具等，在短时间内快速的填充和释放电能就显得尤为重要。
3. 高循环寿命超级电容器具有更高的循环性和使用寿命，这意味着其寿命更加长久，可以减少更多的资源浪费和环境污染。
而相对于传统的电池，在多次充电和放电之后，其电池寿命的问题会更加突出。
三、超级电容器的应用前景超级电容器的出现让人们看到了更广泛的应用前景。
它可以被应用到各个行业和领域，比如医疗、环保、交通、通讯等。
以下是几个典型的应用场景：1. 交通工具从电动自行车、摩托车，到电动汽车、铁路和城市公交车等，超级电容器在各种交通工具中都有广泛的应用。
2. 工业自动化在工业生产和制造中，超级电容器被广泛应用于智能电网、物流运输等领域，可以提高工业生产的自动化程度和节能效果。
超级电容
超级电容器(Supercapacitors，ultracapacitor)，又名电化学电容器(Electrochemical Capacitors)，双电层电容器(Electrical Double-Layer Capacitor)、黄金电容、法拉电容，是从上世纪七、八十年代发展起来的通过极化电解质来储能的一种电化学元件。
它不同于传统的化学电源，是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原假电容电荷储存电能。
但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。
其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。
突出优点是功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽，是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种。
最大的杀手锏是可以瞬间吸收或释放极高的能量，充电时间仅需几分钟，而当前的锂电池电动汽车则需要几个小时。
超级电容相对致命的一个弱点就是能量密度很低。
所谓的能量密度就是指在一定的空间或质量物质中所储存能量的大小。
超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，实际上形成两个容性存储层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近。
折叠特点（1）充电速度快，充电10秒～10分钟可达到其额定容量的95%以上；（2）循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达1~50万次，没有“记忆效应”；（3）大电流放电能力超强，能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率≥90%；（4）功率密度高，可达300W/KG~5000W/KG，相当于电池的5~10倍；（5）产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染，是理想的绿色环保电源；（6）充放电线路简单，无需充电电池那样的充电电路，安全系数高，长期使用免维护；（7）超低温特性好，温度范围宽-40℃～+70℃；（8）检测方便，剩余电量可直接读出；（9）容量范围通常0.1F--1000F 。
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。
超级电容器结构
超级电容器结构引言超级电容器是一种高能量密度、高功率密度的电子储能设备。
它的核心部件就是超级电容器结构。
超级电容器结构的设计和优化是超级电容器性能的关键之一。
本文将介绍超级电容器结构的基本原理、常用的结构类型，并分析其优缺点。
超级电容器结构的基本原理超级电容器的储能机制主要依赖于电容效应，即储存电荷在电场中的能量。
而超级电容器结构的设计目的就是为了提供尽可能大的有效电极面积，以增加电容器的储能能力。
一般来说，超级电容器采用双极板、孔状电极或纳米级电极等结构。
常用的超级电容器结构类型1. 双极板结构双极板结构是最简单的超级电容器结构之一。
它由两个相互平行的导体极板组成，中间通过电介质隔开。
导体极板通常采用高导电性的材料，如金属或碳材料。
电介质常用的选择有氧化铝、聚乙烯薄膜等。
双极板结构的优点是制造工艺简单，成本较低。
同时，由于导体极板之间的距离可以调整，因此可以根据需要获得不同的电容器容量。
然而，如果使用传统的双极板结构，往往会面临导体极板表面积有限的问题，限制了储能能力的提升。
2. 孔状电极结构为了提高导体极板的表面积，减小电极之间的距离，孔状电极结构被引入。
这种结构由两个具有高比表面积的孔状电极和中间的电介质组成。
孔状电极一般由微孔材料或高表面积材料制成，如活性炭、氧化铝纳米纤维等。
孔状电极结构的优点在于能够提供更大的电极表面积，增加电容器的储能能力。
此外，由于电极材料的选择较为灵活，也可以根据应用需求进行优化。
然而，孔状电极结构的制造工艺相对复杂，成本较高。
3. 纳米孔电极结构为了进一步增加表面积，纳米孔电极结构被提出。
在这种结构中，电极材料通过特殊的工艺制备成具有纳米尺寸孔隙的微孔体。
这些纳米孔隙不仅可以增加表面积，还可以提供更多的储存空间。
纳米孔电极结构具有非常高的比表面积，能够进一步增强超级电容器的储能性能。
但是，纳米孔电极结构的制备工艺非常复杂，成本也较高。
结论超级电容器结构的设计是提高其储能能力的关键之一。
10法超级电容
10法超级电容10法拉（F）超级电容是一种具有较大电容值的超级电容器。
超级电容器，又称电化学电容、双电层EDLC电容器、黄金电容器、法拉电容器，是一种介于传统电容器和锂电池之间的新型电子元器件储能装置。
它既有电容器快速充放电的特性，同时又具有电池大容量储能的特性。
10法拉超级电容的主要特点如下：1. 工作电压高：在额定电压范围内，超级电容器可以提供较高的电压输出。
2. 体积小、质量轻：与相同容值的电池相比，超级电容器具有较小的体积和较轻的质量。
3. 长循环寿命：在规定的使用条件下，超级电容器具有较长的循环寿命，容量衰减较小。
4. 绿色环保：超级电容器符合绿色环保认证，无污染排放。
5. 安全可靠：超级电容器具有较高的安全性能，使用过程中不易发生危险事故。
然而，10法拉超级电容也存在一些缺点，如能量密度相对较低，约为锂电池的5-10倍；漏电较快，2天漏电可达50%；体积容量仅为锂电的10%，导致其续航能力有限。
因此，10法拉超级电容适用于需要瞬时高功率的场景，如电动车辆、智能仪表、UPS不间断电源等。
在使用10法拉超级电容时，应注意以下事项：1. 应在额定电压和规定的工作温度范围内使用，避免超过65℃的热源。
2. 在使用前需确认正/负极，禁止反向连接。
3. 超级电容器具有较强的超压敏感性，单体电压不能超过5.5V，多只串联时需使用均压电阻或电压均衡器。
4. 串联多只超级电容器可以提高整体耐压值，但总电容值会相应减小。
例如，串联10个5.5V超级电容，最大耐压值可达到55V，但总电容值仅为单只的1/10。
5. 超级电容器的充放电过程是非线性的，因此需要采用专门的充电控制器来确保安全、有效的充电。
超级电容器汇总
比电容高达1335
Fg-1, 并具有良好
的电容保持特性
石墨烯上生长聚吡咯 电化学沉积聚吡咯， 比电容高达1510
Fg-1, 面积比电容
为151 mF cm−2
4
4-1 超级电容器的电极材料
4.石墨烯
a） b）
石墨烯/赝电容材料复合电极 层次化 聚苯胺纳米线/石墨烯
30
4
4-1 超级电容器的电极材料
25
4
4-1 超级电容器的电极材料
4.石墨烯
什么是石墨烯超级电容器？
石墨烯超级电容器为基于石墨烯材 料的超级电容器的统称。由于石墨烯独 特的二维结构和出色的固有的物理特性， 诸如异常高的导电性和大比表面积，石 墨烯基材料在超级电容器中的应用具有 极大的潜力。石墨烯基材料与传统的电 极材料相比，在能量储存和释放的过程 中，显示了一些新颖的特征和机制。
特 性
4
4-2 超级电容器的电解液
有机系超级电容器的优缺点 优点
具有较高的分解电压 较高的能量密度 较高的电化学稳定性 耐高压 产品使用寿命长 工作温度范围宽 有机电解液应该尽量避免水的存在， 水的存在会导致电容器性能的下降， 自放电加剧
缺点
电容器的过充会导致有毒的挥发性 物质产生，同时也会使电容器的储 电能力显著下降甚至消失
4
2
特点
2
超 级 电 容 器 的 八 大 特 点
超级电容器的特点
充放电寿命长 电容量大 等效串联电阻 相对常规电容大
可任意并联 增加电容量
免维护，环保
工作温度范围宽 快速充电
大电流放电
6
3
分类
3
超级电容器的分类
超级电容器
双电层电容器 法拉第赝电容器
超级电容器简介
活性炭表面官能团的作用
➢ 含氧官能团越多，导电性越差。
➢羧基浓度越大，漏电电流越大，储存性能越差。 ➢ 羧基浓度越高，静态电位越高，越易析氧，电极越不稳定。 ➢处理炭表面官能团，提高性能
高温处理的影响
➢ 增加电导率和密度，
➢ 减少表面官能团，也减小比表面、比容量 。 ➢适宜的高温处理，可提高大电流下体积比容量。 ➢ 进行二次活化可提高比表面--重量比容量。
•法拉第准(赝)电容不仅只在电极表面,而且可在整个电极内部产生,因而可获得 比双电层电容更高的电容量和能量密度。在相同电极面积的情况下,法拉第准 (赝)电容可以是双电层电容量的10～100倍。
赝电容根据电极反应的不同,分为吸附电容和氧化还原赝电容 吸附赝电容是指电化学活性物质在基底电极上发生二维/准二维的电化学吸 脱附,表现出电容性质。如H+在Pt电极表面的吸脱附反应
此时的放电和再充电行为更接近于电容器而不是原电池,如: （1）电压与电极上施加或释放的电荷几乎成线性关系; （2）设该系统电压随时间呈线性变化dV/dt=K,则产生的电流为恒定或几 乎恒定的容性充电电流I=CdV/dt=CK。
•此时系统的充放电过程是动力学高度可逆的,与原电池及蓄电池不同,但与静 电电容类似。为与双电层电容及电极与电解液界面形成的真正的静电电容相 区别，称这样得到的电容为法拉第准(赝)电容。
碳是双电层电容器理想的电极材料，在水溶液和非水溶液理想极化的条件下电压分别为 1 V 和 3.5 V
❖ 电容器电解质：
➢ 水溶液：酸性体系——硫酸
碱性体系——氢氧化钾
➢ 有机电解液：Et4NBF4/PC（小型电容器，高温性能好） Et4NBF4/AN（大型，大功率、低温） LiAlCl4/SOCl2
超级电容器的优缺点
莫妍 化工学院 2012207092
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超级电容的基本原理
超级电容（supercapacitor），又叫 双电层电容(Electrical Doule-Layer Capacitor)、黄金电容、法拉电容， 即通过外加电场极化电解质，使电解 质中荷电离子分别在带有相反电荷的 电极表面形成双电层，从而实现储能 。其储能过程是物理过程，没有化学 反应，且过程完全可逆，这与蓄电池 电化学储能过程不同。 超级电容器是介于电容器和电池之间 的储能器件，它既具有电容器可以快 速充放电的特点，又具有电池的储能 特性。
超级电容在无线通讯中的应用
在无线通讯中，GSM/GPRS无线调制解调 器传输数据过程中，需要输出电压3V左右 ，输出200-300mA的电流脉冲，脉冲时间 为秒级，期间还另需要一次达2A的电流脉 冲，脉冲时间为毫秒级。 常态脉冲电流供电可由常规型号单体电池 实现，而达到2A以上的大电流脉冲则只能 依靠超级电容来实现。
超级电容在智能水表中的应用
传统的智能水表，在控制水阀开启和关断时，普遍采用的 方法是内装锂电池。锂电池的优点在于重量轻、能量大、 自放电率低等。但当电池电量不足时，不能有效监测，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。 新方案用超级电容替换锂电池，封装在水表中，同时外接 干电池供电。平时干电池提供水表电路所需能量和对超级 电容充电；而当电池电压过低，或突然断电时（如取下电 池），由超级电容继续为电路提供电源，同时，超级电容 存储的能量足以关断阀门。 新方案优点：1、将电池与水表分离，可随时更换，延长水 表寿命。 2、超级电容的大电流放电特性保障了水阀关断的可靠性。
超级电容器优缺点分析
超级电容器优缺点分析作者：中国储能网新闻中心来源：电源网发布时间：2012-8-9 10:54:23中国储能网讯：一、优点◆在很小的体积下达到法拉级的电容量;◆无须特别的充电电路和控制放电电路◆和电池相比过充、过放都不对其寿命构成负面影响;◆从环保的角度考虑,它是一种绿色能源;◆超级电容器可焊接,因而不存在象电池接触不牢固等问题;二、缺点◆如果使用不当会造成电解质泄漏等现象;◆和铝电解电容器相比,它内阻较大,因而不可以用于交流电路;超级电容器都有哪些应用?◆超级电容器的低阻抗对于当今许多高功率应用是必不可少的.对于快速充放电,超级电容器小的ESR意味着更大的功率输出.◆瞬时功率脉冲应用,重要存储、记忆系统的短时间功率支持.应用举例1、快速充电应用,几秒钟充电,几分钟放电.例如电动工具、电动玩具;2、在UPS系统中,超级电容器提供瞬时功率输出,作为发动机或其它不间断系统的备用电源的补充;3、应用于能量充足,功率匮乏的能源,如太阳能;4、当公共汽车从一种动力源切换到另一动力源时的功率支持;5、小电流,长时间持续放电,例如计算机存储器后备电源;可以多快给超级电容器放电?◆超级电容器可以快速充放电,峰值电流仅受其内阻限制,甚至短路也不是致命的.◆实际上决定于电容器单体大小,对于匹配负载,小单体可放10A,大单体可放1000A.◆另一放电率的限制条件是热,反复地以剧烈的速率放电将使电容器温度升高,最终导致断路.怎么样控制超级电容器的放电?◆超级电容器的电阻阻碍其快速放电,超级电容器的时间常数τ在1~2s,完全给阻-容式电路放电大约需要5τ,也就是说如果短路放电大约需要5~10s.(由于电极的特殊结构它们实际上得花上数个小时才能将残留的电荷完全放干净)超级电容器比电池更好?◆超级电容器不同于电池,在某些应用领域,它可能优于电池.有时将两者结合起来,将电容器的功率特性和电池的高能量存储结合起来,不失为一种更好的途径.◆超级电容器在其额定电压范围内可以被充电至任意电位,且可以完全放出.而电池则受自身化学反应限制工作在较窄的电压范围,如果过放可能造成永久性破坏.◆超级电容器的荷电状态(SOC)与电压构成简单的函数,而电池的荷电状态则包括多样复杂的换算.◆超级电容器与其体积相当的传统电容器相比可以存储更多的能量,电池与其体积相当的超级电容器相比可以存储更多的能量.在一些功率决定能量存储器件尺寸的应用中,超级电容器是一种更好的途径.◆超级电容器可以反复传输能量脉冲而无任何不利影响,相反如果电池反复传输高功率脉冲其寿命大打折扣.◆超级电容器可以快速充电而电池快速充电则会受到损害.◆超级电容器可以反复循环数十万次,而电池寿命仅几百个循环.如何选择我所需的超级电容器?◆首先,功率要求、放电时间及系统电压变化起决定作用.◆超级电容器的输出电压降由两部分组成,一部分是超级电容器释放能量;另一部分是由于超级电容器内阻引起.两部分谁占主要取决于时间,在非常快的脉冲中,内阻部分占主要的,相反在长时间放电中,容性部分占主要.◆以下基本参数决定您选择电容器的大小1、最高工作电压;2、工作截止电压;。
超级电容器的优势与应用
超级电容器的优势与应用在当前日益发展的科技领域中，电力存储技术受到了越来越多的关注，其中超级电容器的应用在不断增加。
超级电容器，又称为电化学超级电容器，是一种新型的电容器。
和传统电池和电容器相比，超级电容器具有许多优势，也有着广泛的应用前景。
一、超级电容器的优势1.1 高功率密度超级电容器具有极高的功率密度，可在短时间内存储和释放大量能量。
传统的干电池和充电池具有较低的功率密度，通常需要较长的时间才能完成充电和放电。
而超级电容器的高功率密度使其可以应用在需要迅速响应的场合，如电动车辆的启动和加速。
1.2 长寿命相较于传统充电池的寿命，超级电容器的使用寿命更长。
传统充电池的寿命由于循环充放电的次数受限，因而需要定期更换。
而超级电容器允许高频率的充放电循环，使用寿命长。
1.3 环保传统充电池中常含有镉、铅等有毒有害物质，如果处理不当会对环境造成威胁。
而超级电容器的环保性更好，不含有毒有害物质，处理更加简单、环保。
1.4 高能量转换效率超级电容器的充电效率高，电能转换效率可以达到95%以上，而传统充电池的转换效率只有80%左右。
这样可以让超级电容器更有效地储存能量，提高使用效率。
二、超级电容器的应用2.1 新能源领域超级电容器在新能源领域中有广阔的应用前景。
太阳能和风能等新能源本身并不稳定，需要较高频率地进行能量转换和储存; 在这种情况下，超级电容器就成为了一种理想的储能设备。
2.2 电动汽车超级电容器在电动汽车领域的应用前景也很广阔。
传统充电池的缺点是充电速度慢、寿命短。
超级电容器具有高功率密度、长寿命等优点，可以作为电动汽车的能量储存设备，提高电动汽车驾驶的便捷性和安全性。
2.3 工业机械超级电容器还可以应用到工业机械上。
一些工业设备需要瞬间快速启动，这时超级电容器可以发挥出其高功率密度的特点，迅速释放储存的电能，以满足快速启动和加速的需求。
2.4 数字电路超级电容器的优点在数字电路领域也非常明显。
超级电容器
活性炭 碳气凝胶 碳纳米管 石墨烯
金属氧化物
混合型超级电容器
静电和电化学作用共同储能
导电聚合物
对称型电极
非对称型电极
可充电电池型
复合电极材料 赝电容+双电层电极
8
3
3-1 双电层电容器
双电层电容原理
其储能过程是物理过程，没有化学反应且 过程完全可逆，这与蓄电池电化学储能不同
由于正负离子在固体电极和电解液之间的表面上分别吸附， 造成两固体电极之间的电势差，从而实现能量的存储。
材料
Cellulose 纤维素
5
制作
工艺
5
超级电容器的制作工艺
磨料
行星球磨机
压制电芯
热平压机
软包超级电容器制作工艺流程图
14
3
3-3 混合型超级电容器
锂离子电容器
结 构 图
15
3
3-3 混合型超级电容器
充电
电解液 中的Li+嵌入 到石墨层间 形成嵌锂石 墨，同时， 电解液中的 阴离子则吸 附在活性炭 正极表面形 成双电层。
锂离子电容器机理
放电
Li+从负极 材料中脱出回到 电解液中，正极 活性炭与电解液 界面间产生的双 电层解离，阴离 子从正极表面释 放，同时电子从 负极通过外电路 到达正极。
4
4-2 超级电容器的电解液
电 解 液
性能要求
4
4-2 超级电容器的电解液
按照电解液的类型可以分为水系电解液和有机系电解液
水系电解液
中性电解液(NaSO4等) 酸性电解液(H2SO4等)
碱性电解液(KOH等)。
有机/离子电解液 四氟硼酸四乙基铵(Et4NBF4)
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超级电容器的分类与优缺点分析
摘要：电容器是储存电荷的常用电子器件，在许多电子设备中得到了广泛的运用。
由于新时期行业技术的迅速发展，早期的电路结构逐渐被更复杂的电路形式取代，普通的电容器已经满足不了电路运行的需要。
为了达到高负荷或超负荷电路运行的需要，国内开始推广使用超级电容器，这种器件在性能上比传统电容器更加优越。
文中阐述了电容器的原理、基本功能、优缺点等。
常规电容仅能满足结构简单、负荷较小的电路运行要求，对于大负荷的电路运行则难以起到储存电荷的效果。
近年来，超级电容器的推广应用有效地解决了大负荷电路运行的难题，保证了电力电子设备使用性能的正常发挥。
1 超级电容器原理与应用
超级电容器实际上属于电化学元件，引起电荷或电能储存流程可相互逆转，其循环充电的次数达到10万次。
凭借多个方面的性能优势，超级电容器的应用范围逐渐扩大，掌握该装置的原理有助于正常的操作使用。
1.1 超级电容器的原理
"双电层原理"是超级电容器的核心，这是由该装置的双电层结构决定的。
超级电容器是利用双电层原理的电容器。
当外加电压作用于普通电容器的两个极板时，装置存储电荷的原理是一样的，即正电极与正电荷对应、负电极与负电荷对应。
而超级电容器除了这些功能外，若其受到电场作用则会在电解液、电极之间产生相反的电荷，此时正电荷、负电荷分别处于不同的接触面，这种条件下的负荷分布则属于"双电层",原理如图1.因电容器结构组合上的改进，超级电容器的电容储存量极大。
此外，如果超级电容器两极板间电势小于电解液的标准电位时，超级电容器则是正常的工作状态，相反则不正常。
根据超级电容器原理，其在运用过程中并没有出现化学反应，仅仅是在物理性质上的变化，因而超级电容器的稳定性更加可靠。
图1 超级电容的结构原理
1.2 超级电容器的应用
目前，超级电容器凭借强大的储存容量及存储性能，在许多大中小型设备中得到了普遍运用，且涉及到的行业较为广泛。
具体运用在：真空开关、仪器仪表、数码相机等微小电流供电的后备电源；太阳能产品以及小型充电产品的充电电池。
由于超级电容器的功能优势显着，在使用时可适当添加辅助元件以优化电容器结构，从而进一步增强了超级电容器的结构性能。
2 超级电容器的主要功能
与普通电容器相比，超级电容器在结构上进行了改进调整，且在原理上得到了优化。
但在使用期间超级电容器与常规电容器的功能相近。
新型电容装置的功能集中表现在：旁路、去耦、储能等方面，这些对于电路运行或存储电荷都有着明显的调控作用。
具体功能如下：（1）旁路。
超级电容器中的旁路电容可以定期储存电能，但其它元器件在运行中需要能量时，则能及时释放出电荷维持使用。
旁路电容器的最大功能表现于稳压器电荷输出的均衡，避免了电荷传输混乱而引起电路故障，装置充电、放电的灵活性较强，如图2.
图2 旁路电容原理
（2）去耦。
去耦主要是针对电路内产生的"耦合"现象而言，耦合是由于电路中电流、电阻失去均衡而引起的一种"噪声",不利于电路内部载荷的均衡布置。
超级电容器使用之后，能有效地消除耦合现象，让电路中的各项指标参数维持在标准状态。
（3）储能。
无论是普通的电容器或者超级电容器，储存电荷或电能都是极为关键的性能。
超级电容器的电荷储存容量更大，能满足更多电子元件的使用需求。
超级电容器把存储的能量利用变换器引线传送至电源的输出端之后，经过优化处理能进一步强化电容的存储性能。
3 新型电容器的不同分类
由于超级电容器是一类新型产品，在结构、材料、性能等方面都进行了不同的更新调整。
根据不同的内容，对超级电容器进行分类的方法是各不相同的。
当前，对于超级电容器的分类
一般参照电容器的原理、电解质等两大要素划分，每一类超级电容器又可分成不同的类别。
（1）根据原理分类。
根据不同的作用原理，超级电容器主要划分成双电层型超级电容器、赝电容型超级电容器等两大类。
双电层型超级电容器，在制造材料上进行了更新处理，如：活性碳电极材料，结合高比表面积的活性碳材料加工后制成电极；碳气凝胶电极材料，结合前驱材料制备凝胶，再进行碳化活化处理作为电极。
赝电容型超级电容器，一般采用了金属氧化物电极材料、聚合物电极材料。
前者有：NiOx、MnO2、V2O5等用于正极材料，活性碳等用于负极材料，后者有：PPY、PTH、PAni、PAS、PFPT等经P型或N型或P/N型掺杂制取电极。
（2）根据电解质分类。
电解质是溶于水溶液之后具备导电性能的化合物。
超级电容器里的电解质包括：水性电解质、有机电解质等两种。
水性电解质比较普遍的电解质有酸性、碱性、中性之分，不同特性电解质的组成也不相同。
如：酸性电解质由36%的H2SO4水溶液构成，碱性电解质由KOH、NaOH 等强碱构成等。
有机电解质一般选择LiClO4为主的锂盐、teABF4为主的季胺盐等当成电解质，有时可根据使用需要添加相应的溶剂，如：PC、ACN、GBL、THL 等，这些对于超级电容器的性能都有明显的改善。
根据电解质对超级电容器分类方法中，还可以结合电解质的具体状态详细分类。
如：按照电解质的固态、液态形式又可分为固体电解质超级电容器、液体电解质超级电容器。
4 超级电容器使用的优缺点
超级电容器在使用过程中并非每一个方面都是优越的，这就要求在运用超级电容器时能熟练掌握该装置的优缺点。
受到制造技术的限制，我国在使用超级电容器时还存在安装、调试等方面的不足。
不少设备因盲目使用超级电容器造成电路故障，影响了整个设备性能的发挥。
作为电容器的新产品，超级电容器呈现出来的优点要显着大于缺点。
（1）优点。
超级电容器是普通电容装置的升级，在对早期的电容器实施了多个方面的改良。
主要优点在：①电容量。
早期使用的常规电容器，电容存储量较小，仅能满足小负荷的电路需求；而超级电容器的电容量级别可达到法拉级，能适合更复杂的电路运行需要。
②电路。
超级电容器对电路结构的要求较低，不需要设置特殊的充电电路、控制放电电路，且电容器的使用时间不会受到过充、过放的影响。
③焊接。
普通电容器无法进行焊接，在安装超级电容器时可根据需要进行焊接处理，防止了电池接触不良等现象的发生，提高了电容器元件的使用性能。
（2）缺点。
通过对超级电容器的性能测试，笔者发现这种新型电容器也存在缺点。
如：①泄漏。
超级电容器安装位置不合理，容易引起电解质泄漏等问题，破坏了电容器的结构性能。
②电路。
超级电容器仅限于直流电路的使用，这是由于与铝电解电容器相比，超级电容器的内阻更大，不适合交流电路的运行要求。
③价格。
由于超级电容器是新一代高科技产品，其刚刚推向市场时价格相对较高，增加了设备运行的成本投入。
5 结论
总之，长期以来国内采用的均是常规的电容器，其由两片接近并相互绝缘的导体构成电极之后，用于储存电荷、电能的电子元件。
超级电容器即"双电层电容器",目前是储存电能的新器件。
从物理角度看，超级电容器具备了充电耗时短、运行时间长、温控效果好、环保性能强等特点。