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超级电容器“超级”所在?


​超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置,它既具有电容器快速充放电的特性,同时又具有电池的储能特性。中央广播电视总台发布2021年度国际十大科技新闻,超级电容器在列。


    原理

编辑 播报


超级电容器是通过电极与电解质之间形成的界面双层来存储能量的新型元器件。当电极与电解液接触时,由于库仑力、分子间力及原子间力的作用,使固液界面出现稳定和符号相反的双层电荷,称其为界面双层。把双电层超级电容看成是悬在电解质中的2个非活性多孔板,电压加载到2个板上。加在正极板上的电势吸引电解质中的负离子,负极板吸引正离子,从而在两电极的表面形成了一个双电层电容器。双电层电容器根据电极材料的不同,可以分为碳电极双层超级电容器、金属氧化物电极超级电容器和有机聚合物电极超级电容器。 [1]

特点

与蓄电池和传统物理电容器相比,超级电容器的特点主要体现在:
(1)功率密度高。可达102~104 kW/kg,远高于蓄电池的功率密度水平。
(2)循环寿命长。在几秒钟的高速深度充放电循环50万次至100万次后,超级电容器的特性变化很小,容量和内阻仅降低10%~20%。
(3)工作温限宽。由于在低温状态下超级电容器中离子的吸附和脱附速度变化不大,因此其容量变化远小于蓄电池。商业化超级电容器的工作温度范围可达-40℃~+80℃。
(4)免维护。超级电容器充放电效率高,对过充电和过放电有一定的承受能力,可稳定地反复充放电,在理论上是不需要进行维护的。

(5)绿色环保。超级电容器在生产过程中不使用重金属和其他有害的化学物质,且自身寿命较长,因而是一种新型的绿色环保电源。 [1]


超级电容器之所以称之为“超级”的原因:
1、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。
2、超级电容器在分离出的电荷中存储能量,用于存储电荷的面积越大、分离出的电荷越密集,其电容量越大。
3、传统电容器的面积是导体的平板面积,为了获得较大的容量,导体材料卷制得很长,有时用特殊的组织结构来增加它的表面积。传统电容器是用绝缘材料分离它的两极板,一般为塑料薄膜、纸等,这些材料通常要求尽可能的薄。
4、超级电容器的面积是基于多孔炭材料,该材料的多孔结构允许其面积达到2000m2/g,通过一些措施可实现更大的表面积。超级电容器电荷分离开的距离是由被吸引到带电电极的电解质离子尺寸决定的。该距离(<10 &Aring;)和传统电容器薄膜材料所能实现的距离更小。
5、庞大的表面积再加上非常小的电荷分离距离使得超级电容器较传统电容器而言有惊人大的静电容量,这也是其“超级”所在。


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