超级电容器的原理

2025-03-29 11:16:54

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回答1：

超级电容器（也称为超级电容、超电容器）是一种介于电解电容器和可充电电池之间的大容量的电容器。其电容值远高于其他电容，但受限于较窄的电压范围，它们通常是电解电容器每单位体积或质量所能存储能量的10到100倍，能够比电池更快的充放电，并且比可充电电池允许更多的充电和放电循环。
超级电容器一般用于需要多次快速充放电循环而不是长期紧凑储能的应用中，例如:家用汽车、公共汽车、火车、起重机和电梯中。它们被用于再生制动、短期储能或突发模式下的电力输送。[3]较小的这种电容器可以用作静态随机存取存储器的存储器备份。
与传统的电容器不同，超级电容器不使用传统的固体电介质，而是使用双电层电容和电化学赝电容，[4]这两者通过稍有差异的方式一起提供了电容器的全部电容:
双电层电容器（EDLCs）使用具有双电层电容以及少量电化学赝电容的碳电极或其衍生物，实现了在位于导电电极表面和电解液的接触面上的亥姆霍兹双电层中的电荷分离。该电荷分离现象约为几个埃的数量级(0.3–0.8 纳米)，比传统电容器要小得多。
电化学赝电容器使用具有双电层电容以及大量电化学赝电容的金属氧化物或导电聚合物做为电极。该电极表面或表面附近发生的氧化还原反应，插层反应或者电吸附作用会引起法拉第电子电荷转移，从而产生赝电容。
混合电容器，如锂离子电容器，同时使用具有不同特性的电极。其中一个主要表现为静电电容，另一个主要表现为电化学电容。
电解液在两个电极之间形成离子导电连接，这将它们与传统的一直具有介电层的电解电容器区分开来。且所谓的电解液(例如MnO2或者导电高分子)实际上是第二电极(阴极，或者更准确地说是正极)的一部分。超级电容器通过使用非对称电极的设计达到极化，或者在制造过程中对对称电极施加电位以达到极化。

电化学电容器利用双电层效应存储电能。然而，这种双电层没有传统的固体介质来分离电荷。这样提供了电化学电容器总电容的电极双电层，则有两个存储原理：[21]
双电层电容在亥姆霍兹双电层中，通过电荷分离实现电能的静电存储。[22]
赝电容通过电荷转移的法拉第氧化还原反应，实现电能的电化学存储。[14]
两种电容只能通过测量技术进行分离。在电化学电容器中，尽管每个存储原理的电容量可能变化很大，但是每单位电压存储的电荷量与电极尺寸相关。
实际上，这些存储原理可产生电容值约为1到100法拉的的电容器。

回答2：

超级电容器：介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置

回答3：

超级电容是一种介于传统电容与电池之间的新型储能装置，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，这种储能过程是可逆的，因此超级电容器可以反复充放电数万次。

超级电容充电速度快、循环寿命长、大电流放电能力强、高低温性能好等等特点。

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