雲鯨之歌2018-02-18 16:19:04

感謝邀請，超級電容是什麼呢？是不是感覺就是容量超級大的電容，

其實超級電容是是從上世紀七八十年代發展起來的透過極化電解質來儲能的一種電化學元件，它是用活性炭多孔電極和電解質組成的雙電層結構獲得超大的電容量。與利用化學反應的蓄電池不同，超級電容器的充放電過程始終是物理過程。

充電時間短、使用壽命長、溫度特性好、節約能源和綠色環保。超級電容沒有太複雜的東西，就是電容充電，其餘就是材料的問題，目前研究的方向是能否做到面積很小，電容更大。超級電容器的發展還是很快的，目前石墨烯材料為基礎的新型超級電容器，非常火。。

但是好的東西也是有缺點的，和電池相比，其能量密度導致同等重量下儲能量是較低的，因此導致的就是續航能力很差，所以很依賴新材料的誕生，有了更好的材料才能很好的支援，例如最近很火的石墨烯，現在有了石墨烯的充電寶，效果也是非常好

以上就是我對超級電容的理解，希望您滿意，支援就給個好評吧！

磁性兔子2018-02-24 19:31:08

超級電容器產生的背景

隨著傳統能源的日益消耗以及近年來環境問題逐漸被人們所重視，清潔能源逐步走近人類的日常生活，清潔能源行業因此得到了飛速的發展，所以對儲能元件的效能的需求也日益增加了，傳統的儲能元件已經開始顯現出其侷限性，在這種背景下，超級電容器作為新一代儲能元件逐漸走進了人們的視野。

什麼是超級電容和其種類

1879 年，Helmholtz 發現介面雙電層現象，在此基礎上美國人 Becker 於 1957年發表了第一篇關於超級電容器的專利，因此超級電容的儲能原理類似於平行板電容器，其電容量 C 由以下公式決定：

其中 ε 為電介質的介電常量，k 為靜電力常量，S 為極板面積，d 為極板間距離（也是正負電荷間距離）。而對於超級電容器來說，S 為電極材料的表面積，d 為雙電層結構中正負電荷的間距，由於超級電容的電極材料比表面積可以高達2000 m2∙g-1，而電荷之間距離又遠小於平行板電容器極板之間的距離，因此超級電容器的電極材料比電容可以達到 100 F∙g-1，或者 10F∙cm-3的水平。

超級電容器主要由三部分組成：電極、電解液和隔膜。其中電極由集流體和電極材料組成，電極材料塗覆在集流體表面。集流體起到降低電極內阻的作用，常見的集流體材料有鋁箔、泡沫鎳等。通常電極材料由活性物質（如活性炭、過渡金屬氧化物、石墨烯等）、粘合劑（聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯）和導電劑（乙炔黑）組成，針對不同活性物質，三者調配的比例不同。隔膜的作用是防止正負電極之間直接接觸而發生短路，同時允許電解液中陰陽離子的透過。常見的隔膜材料有聚丙烯膜和玻璃纖維等。其結構示意圖如下：

以上是最初的超級電容器模型和結構示意圖，隨著超級電容的發展，其定義也變得更加廣泛，目前超級電容按照儲能原理分為兩大類：雙電層電容以及法拉第贗電容。根據反應原理以及電極材料的種類，可以把超級電容分為多種型別，如圖下圖所示。

電化學雙電層電容器

（Electrochemical double layer capacitor， EDLC），簡稱雙電層電容，由碳材料電極、隔膜、電解質組成。雙電層電容採用靜電儲能原理，沒有法拉第反應過程。發生當外加電場存在時，電解質中均勻分佈的帶電離子透過隔膜，被吸引至碳材料的孔隙內，聚集在電極材料表面，正極/負極電極材料吸引溶液中的負/正離子，感生電荷電性為正/負，由此形成雙電層。

與 EDLCs 的靜電儲能相反，

贗電容

則利用了電極活性的法拉第過程。當給贗電容外加電場時，電極材料物質隨電荷轉移發生電化學過程、欠電位沉積或者在電極表面及體相中發生快速而可逆的氧化還原反應。法拉第過程提供了贗電容非常大的比電容以及能量密度。有代表性的是氧化物與導電聚合物，由於法拉第過程帶來的與電池相似的氧化還原反應，他們的應用仍然受困於較低的迴圈壽命以及功率密度。

如上所述，靜電儲能和贗電容各有所長，將二者組合在一起就形成了

混合型電容器

，即在一個器件中同時使用電池型極片和電容型極片。

超級電容的優勢

超級電容器是一種綠色環保的儲能元器件，其儲存能量高達靜電電容器的100 倍以上，不僅如此，其功率密度可達電池的數十倍甚至上百倍，從其發展趨勢來看，超級電容器具有以下優點：

①電容量高。目前已知研發出超級電容器容量最高可達 50000F。

②非常高的功率密度。超級電容器的功率密度可達電池的幾十倍以上，可達10k W/kg，短時間內可以釋放幾百至幾千安培電流。這個特點，讓超級電容器可以運用於短時間內高功率的輸出。

③儲存壽命時間長。超級電容充電以後，放置一段時間，將會產生自放電現象，產生微小的漏電流，超級電容器的兩個極板間電壓降低，電容量有一定的減小，但該過程為物理變化，是由極板間電場作用下，電容器內部帶電粒子轉移而造成的，過程中不存在化學變化與電化學變化，所以並沒有腐蝕破壞的現象發生，另外電解液、電解質與隔膜的選取是嚴謹的過程，電極材料、電解液與隔膜始終處於穩定的狀態，所以不會對電容量有任何影響。以上分析可以得出，超級電容器在放置過程中，長期處於穩定狀態，所以，超級電容器具有近乎無限長的的儲存壽命。

④充電時間快。超級電容器的充電過程為雙電層充放電的物理變化或者是可逆的電化學反應，可以進行大電流充電，幾十秒內即可完成充電過程。蓄電池要好幾個小時才能完成充電。

⑤工作溫度區間寬，有低溫工作能力。目前超級電容的工作溫度區間為-50℃至70℃。電容量隨溫度降低衰減非常小，這是由於電容器充放電過程中，電荷的轉移極大一部分發生在電極材料活性物質表面進行。

⑥執行穩定，無需維護，綠色清潔。超級電容器執行穩定，安全可靠，基本不需維護，具有一定的過充能力，有較長的迴圈充放電壽命和儲存壽命。另外，電解液、電極材料與隔膜無毒無害，對環境無汙染。

超級電容器的應用

超級電容器在問世的幾十年間裡，得到了快速發展和廣泛應用。由於超級電容器具有充放電速度快，迴圈充放電壽命長，功率密度大，容量大，工作溫度區間寬，綠色環保等優點，因而具有廣大的應用前景，目前超級電容器主要應用於以下幾個方面：

（1）：優秀的儲能元件

目前，現有的超級電容器產品主要為 4 至 5000F，不但可以作為計算器儲存器，光電動能電子手錶的電源，更可以應用於大型固定電站，在缺電的地區，可以將超級電容、風力發電裝置和太陽能電車組裝在一起，構成混合電源，以便在無風陰天時使用。超級電容器還可應用於衛星電源，可以提高衛星的脈衝通訊能力，另外，由於超級電容器具有快速充放電的能力，可以應用於電動工具等裝置，也可應用於手機的快速充電。

⑵混合型電動汽車領域

我國從“九五”就開始支援研發電動汽車。科技部相繼啟動了“十五”和“十一五”863 電動汽車重大專項，經過近 10 年的研發，我國電動汽車技術取得了長足的發展，並實現了小批次示範執行。特別是，近期科技部等部門組織實施的“十城千輛”和“私人購車補助”工程，進一步推動電動汽車市場化程序，因此，需要對電動汽車產品化技術進行深一步的研究。

然而電動汽車的產業化發展，還是必須首選解決電動汽車所面臨的技術難題。發展電動汽車目前需要解決三方面問題，電機、電控和電池。其中，電池仍是最核心的技術難題，目前世界各國都在尋求更為先進的電動車電池技術。目前適用於純電動汽車的包括鋰離子電池和鉛蓄電池，然而鉛蓄電池容量低、體積大、汙染嚴重的種種缺點，使其逐漸被部分汽車企業所棄用。鋰離子電池雖然近些年來在電動汽車領域廣泛使用，但鋰離子電池起火、燃燒甚至爆炸的隱患目前仍無法完全消除，且鋰離子電池均需保護線路，防止電池被過充過放電，更重要的是生產要求條件和成本都很高。

而超級電容器作為電動汽車和混合動力汽車的動力電源，可以單獨使用或將其與電池聯用。在汽車啟動和爬坡時，超級電容器用作電動汽車的短時驅動電源，可以快速提供大電流從而獲得大功率以提供強大的動力；在正常行駛時由電池快速充電；在剎車時快速儲存發電機產生的瞬時大電流，回收能量，從而減少電動汽車對蓄電池大電流放電的衝擊，延長蓄電池的迴圈使用壽命，提高電動汽車的實用性。

⑶應急電源與 Uninterruptible Power System （UPS）系統

由於超級電容器具有高能量密度輸出的特點，超級電容器可用作應急電源。UPS系統大多使用鉛蓄電池作為電源，但由於鉛蓄電池充電能力差，頻繁停電情況下，容易導致電池的硫酸化，使用壽命降低，而超級電容充電速度快，不會受到頻繁停電的影響。

⑷軍事領域應用

近些年來，超級電容器開始了在軍事領域的使用，二十多年前，蘇聯就將超級電容器作為儲能元件來啟動坦克和裝甲車。美國軍方也致力於將超級電容器應用於坦克、裝甲車和重型卡車。另外，超級電容器也可應用於鐳射探測器或鐳射武器，作為其大功率脈衝電源。

隨著研究的深入，越來越多的超級電容器會應用到我們的生產和生活當中來，並極大程度的提高我們的生活質量，讓我們拭目以待吧！

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