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超級(jí)電容是什么?它與普通電容有什么區(qū)別?
來(lái)源: | 作者:sztaiqin | 發(fā)布時(shí)間: 2021-12-14 | 3780 次瀏覽 | 分享到:

超級(jí)電容,又名電化學(xué)電容,雙電層電容器、黃金電容、法拉電容,是從上世紀(jì)七、八十年代發(fā)展起來(lái)的通過(guò)極化電解質(zhì)來(lái)儲(chǔ)能的一種電化學(xué)元件。




它不同于傳統(tǒng)的化學(xué)電源,是一種介于傳統(tǒng)電容器與電池之間、具有特殊性能的電源,主要依靠雙電層和氧化還原贗電容電荷儲(chǔ)存電能。但在其儲(chǔ)能的過(guò)程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng),這種儲(chǔ)能過(guò)程是可逆的,也正因?yàn)榇顺?jí)電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬(wàn)次。

超級(jí)電容器結(jié)構(gòu)上的具體細(xì)節(jié)依賴于對(duì)超級(jí)電容器的應(yīng)用和使用。由于制造商或特定的應(yīng)用需求,這些材料可能略有不同。所有超級(jí)電容器的共性是,他們都包含一個(gè)正極,一個(gè)負(fù)極,及這兩個(gè)電極之間的隔膜,電解液填補(bǔ)由這兩個(gè)電極和隔膜分離出來(lái)的兩個(gè)的孔隙。


超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)如圖所示,是由高比表面積的多孔化電極材料、多孔性電池隔膜及電解液組成。隔膜應(yīng)滿足具有盡可能高的離子電導(dǎo)和盡可能低的電子電導(dǎo)的條件,一般為纖維結(jié)構(gòu)的電子絕緣材料,如聚丙烯膜。電解液的類型根據(jù)電極材料的性質(zhì)進(jìn)行選擇。



根據(jù)儲(chǔ)能機(jī)理的不同可以分為以下兩類:
1、雙電層電容:是在電極/溶液界面通過(guò)電子或離子的定向排列造成電荷的對(duì)峙而產(chǎn)生的。對(duì)一個(gè)電極/溶液體系,會(huì)在電子導(dǎo)電的電極和離子導(dǎo)電的電解質(zhì)溶液界面上形成雙電層。
當(dāng)在兩個(gè)電極上施加電場(chǎng)后,溶液中的陰、陽(yáng)離子分別向正、負(fù)電極遷移,在電極表面形成雙電層;撤消電場(chǎng)后,電極上的正負(fù)電荷與溶液中的相反電荷離子相吸引而使雙電層穩(wěn)定,在正負(fù)極間產(chǎn)生相對(duì)穩(wěn)定的電位差。
這時(shí)對(duì)某一電極而言,會(huì)在一定距離內(nèi)(分散層)產(chǎn)生與電極上的電荷等量的異性離子電荷,使其保持電中性;當(dāng)將兩極與外電路連通時(shí),電極上的電荷遷移而在外電路中產(chǎn)生電流,溶液中的離子遷移到溶液中呈電中性,這便是雙電層電容的充放電原理。


2、法拉第準(zhǔn)電容:其理論模型是由Conway首先提出,是在電極表面和近表面或體相中的二維或準(zhǔn)二維空間上,電活性物質(zhì)進(jìn)行欠電位沉積,發(fā)生高度可逆的化學(xué)吸脫附和氧化還原反應(yīng),產(chǎn)生與電極充電電位有關(guān)的電容。
對(duì)于法拉第準(zhǔn)電容,其儲(chǔ)存電荷的過(guò)程不僅包括雙電層上的存儲(chǔ),而且包括電解液離子與電極活性物質(zhì)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)。
當(dāng)電解液中的離子(如H+、OH-、K+或Li+)在外加電場(chǎng)的作用下由溶液中擴(kuò)散到電極/溶液界面時(shí),會(huì)通過(guò)界面上的氧化還原反應(yīng)而進(jìn)入到電極表面活性氧化物的體相中,從而使得大量的電荷被存儲(chǔ)在電極中。
放電時(shí),這些進(jìn)入氧化物中的離子又會(huì)通過(guò)以上氧化還原反應(yīng)的逆反應(yīng)重新返回到電解液中,同時(shí)所存儲(chǔ)的電荷通過(guò)外電路而釋放出來(lái),這就是法拉第準(zhǔn)電容的充放電機(jī)理。