双电层型超级电容器的工作原理电介质
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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 ℃
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
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
❖ 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。
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。
超级电容器的电极材料
双电层电容
活性炭 碳气凝胶 碳纤维 碳纳米管 石墨烯
比表面积大、孔径可调、导电性好，但是比电容偏低
赝电容
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）
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
$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
集电极
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，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
– 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
赝电容型
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
+ + + + + + +
电介质
-------
d
C r0A
d
C
双电层型超级电容器
+ + + + + + +
-------
--电+解+--液++
+ + + +
+
-
-
+
-
+
+ + +
-------
d
dБайду номын сангаас
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
赝电容型超级电容器的工作原理
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
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 ℃
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
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
❖ 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。
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。
超级电容器的电极材料
双电层电容
活性炭 碳气凝胶 碳纤维 碳纳米管 石墨烯
比表面积大、孔径可调、导电性好，但是比电容偏低
赝电容
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）
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
$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
集电极
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，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
– 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
赝电容型
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
+ + + + + + +
电介质
-------
d
C r0A
d
C
双电层型超级电容器
+ + + + + + +
-------
--电+解+--液++
+ + + +
+
-
-
+
-
+
+ + +
-------
d
dБайду номын сангаас
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
赝电容型超级电容器的工作原理
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