但是比电容偏低赝电容超级电容器的分类双电层型
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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
物理电容器 超级电容器 充电电池
比能量 比功率 Wh/kg W/kg
超级电容器的电极材料
活性炭 碳气凝胶
双电层电容
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） – 电化学活性高，循环稳定性能差。
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 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
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。
双电层型超级电容器
电介质
-
C
r 0 A
d
+ - - - + +++- + + - - +- + + + - 电解液 + + - + - -+ +- ++ + ++d C1 d C2
1 1 1 C C1 C2
d C
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
d ≈1nm
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
超级电容器的结构
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 • 有机系：常见为锂盐LiClO4或季胺盐TEABF4作 为电解质，聚碳酸酯PC或乙腈ACN为有机溶剂， 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
<0.05 0.2~20.0 20~200 104~107 102~104 <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
充电电池
0.3~3hours 1~5hours
超级电容器
0.3~30seconds 0.3~30seconds
充放电效率
循环寿命 可用温度范围
0.7~0.85
500~2000 -20～60 ℃
0.85~0.98
>100,000 -40℃～70℃
功率成本 /kW
维护
$75~150
需要
$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
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
混杂型
兼具双电层电 容和赝电容
双电层型超级电容器的工作原理
物理电容器 + + + + + + +
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
物理电容器 超级电容器 充电电池
比能量 比功率 Wh/kg W/kg
超级电容器的电极材料
活性炭 碳气凝胶
双电层电容
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） – 电化学活性高，循环稳定性能差。
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 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
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。
双电层型超级电容器
电介质
-
C
r 0 A
d
+ - - - + +++- + + - - +- + + + - 电解液 + + - + - -+ +- ++ + ++d C1 d C2
1 1 1 C C1 C2
d C
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
d ≈1nm
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
超级电容器的结构
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 • 有机系：常见为锂盐LiClO4或季胺盐TEABF4作 为电解质，聚碳酸酯PC或乙腈ACN为有机溶剂， 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
<0.05 0.2~20.0 20~200 104~107 102~104 <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
充电电池
0.3~3hours 1~5hours
超级电容器
0.3~30seconds 0.3~30seconds
充放电效率
循环寿命 可用温度范围
0.7~0.85
500~2000 -20～60 ℃
0.85~0.98
>100,000 -40℃～70℃
功率成本 /kW
维护
$75~150
需要
$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
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
混杂型
兼具双电层电 容和赝电容
双电层型超级电容器的工作原理
物理电容器 + + + + + + +