1957年,美國通用公司申請了第一個低電壓雙電層電容器的專利[]。 1969年,SOHIO第一次嘗試將電化學電容器推向市場[]。 在Conway等發表第一篇有關贗電容性RuO2膜的文章之后,1975年,Ottawa小組和Continental集團合作首次研發了RuO2商業電化學電容器[]。 在20世紀90年代,俄國的非對稱水溶液體系超級電容器C/Ni(OH)2的出現使得能量密度進一步提升,其能量密度大于10 Wh/kg,但功率密度不到1000 W/kg,充電時間約需10 min[,]。 90年代后期,電化學電容器廣泛應用在混合電動汽車領域。 美國能源部于1989年發起超級電容器的發展計劃,1998~2003年的短期目標為功率密度達到500 W/kg的同時能量密度達到5 Wh/kg,2003年之后的長期目標為功率密度達到1500 W/kg的同時能量密度達到15 Wh/kg[]。 2014年,IDTechEx市場調研公司預測:超級電容器的能量密度現階段目標為35 Wh/kg,下一個10年,在其它參數能實現的條件下,能量密度達100 Wh/kg,最終可能實現500 Wh/kg,是最好的鋰離子電池能量密度的2~4倍[]。 在電池電容器體系中可以實現500 Wh/kg,既具有電池的高能量密度又具有電容器的高功率密度。 到2024年,超級電容器的全球市場價值將達到65億美元[]。

2 超級(ji)電(dian)容器的挑戰與解決策略

超級電容器的低能量密度,是其發展過程中存在的主要挑戰。 根據能量密度的計算公式?E=CU2/2(式中,?U為單體的電壓區間,?C為單體的比容量)可知,提高超級電容器的能量密度,可以從提高電壓區間和比容量兩個角度考慮。 電壓區間主要由電解液的分解電壓決定,比容量主要由電極材料決定。 水系電解液分解電壓約為1.2 V,有機電解液分解電壓一般為3.5 V,離子液體電解液分解電壓為4.5 V[]。 對于電極材料來說,可以通過改變電極材料的組成、晶體結構和微結構來提高比容量[]。 許多電(dian)極材(cai)料(liao)使用時需要添加導(dao)電(dian)劑,以(yi)改進(jin)電(dian)子從體相導(dao)出的(de)問題(ti),例如(ru)碳(tan)材(cai)料(liao)。提高(gao)單(dan)體的(de)能(neng)量密度,可(ke)(ke)以(yi)用比容量大的(de)電(dian)極材(cai)料(liao)進(jin)行匹配,組成(cheng)非對稱超級電(dian)容器,也(ye)可(ke)(ke)以(yi)引(yin)入氧化還(huan)原(yuan)電(dian)解(jie)質來實現。