超級(ji)電(dian)(dian)容(rong)，又名(ming)電(dian)(dian)化學(xue)電(dian)(dian)容(rong)，雙電(dian)(dian)層電(dian)(dian)容(rong)器、黃(huang)金電(dian)(dian)容(rong)、法拉電(dian)(dian)容(rong)，是從上世紀七、八十年代發展起來(lai)的(de)通(tong)過極化電(dian)(dian)解質(zhi)來(lai)儲能(neng)的(de)一種電(dian)(dian)化學(xue)元件。

它不同于(yu)傳統的化(hua)學(xue)電(dian)(dian)源(yuan)，是(shi)一種介于(yu)傳統電(dian)(dian)容器與電(dian)(dian)池之間、具有特(te)殊性能(neng)的電(dian)(dian)源(yuan)，主要依靠雙(shuang)電(dian)(dian)層和氧化(hua)還原(yuan)贗電(dian)(dian)容電(dian)(dian)荷儲(chu)存電(dian)(dian)能(neng)。但在(zai)其儲(chu)能(neng)的過程(cheng)并不發生化(hua)學(xue)反(fan)應(ying)，這種儲(chu)能(neng)過程(cheng)是(shi)可逆的，也正因為此(ci)超(chao)級(ji)電(dian)(dian)容器可以(yi)反(fan)復充放電(dian)(dian)數(shu)十萬次。

超(chao)級(ji)電(dian)(dian)容器結構上的(de)(de)(de)(de)具體細節依賴于對超(chao)級(ji)電(dian)(dian)容器的(de)(de)(de)(de)應用和使用。由于制造商或特定的(de)(de)(de)(de)應用需(xu)求，這些材料可(ke)能略有不同。所有超(chao)級(ji)電(dian)(dian)容器的(de)(de)(de)(de)共性(xing)是，他們都(dou)包(bao)含一個(ge)正極(ji)，一個(ge)負極(ji)，及這兩(liang)(liang)個(ge)電(dian)(dian)極(ji)之間的(de)(de)(de)(de)隔膜，電(dian)(dian)解液填補由這兩(liang)(liang)個(ge)電(dian)(dian)極(ji)和隔膜分(fen)離出來(lai)的(de)(de)(de)(de)兩(liang)(liang)個(ge)的(de)(de)(de)(de)孔隙。

超級電(dian)(dian)(dian)容(rong)器的結構如圖(tu)所(suo)示，是由高(gao)比表面積的多孔化電(dian)(dian)(dian)極材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)、多孔性(xing)電(dian)(dian)(dian)池隔(ge)膜(mo)(mo)(mo)及電(dian)(dian)(dian)解(jie)液組(zu)成。隔(ge)膜(mo)(mo)(mo)應滿(man)足具有盡(jin)可(ke)能高(gao)的離子電(dian)(dian)(dian)導和盡(jin)可(ke)能低的電(dian)(dian)(dian)子電(dian)(dian)(dian)導的條(tiao)件，一般為纖維結構的電(dian)(dian)(dian)子絕緣材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)，如聚丙烯膜(mo)(mo)(mo)。電(dian)(dian)(dian)解(jie)液的類(lei)型根據電(dian)(dian)(dian)極材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的性(xing)質進行選擇(ze)。

根據儲能機理的不同可以分為以下兩類：

1、雙電(dian)層電(dian)容(rong)：是(shi)在電(dian)極(ji)/溶液(ye)界(jie)面通(tong)過電(dian)子或離(li)子的(de)定向排列造成電(dian)荷的(de)對(dui)峙而產生的(de)。對(dui)一個電(dian)極(ji)/溶液(ye)體系，會(hui)在電(dian)子導電(dian)的(de)電(dian)極(ji)和離(li)子導電(dian)的(de)電(dian)解(jie)質溶液(ye)界(jie)面上形成雙電(dian)層。

當在(zai)兩(liang)個(ge)電極上施加電場(chang)后，溶液(ye)中的(de)陰、陽(yang)離子分別向正(zheng)、負電極遷移，在(zai)電極表面形(xing)成雙(shuang)電層(ceng)；撤消電場(chang)后，電極上的(de)正(zheng)負電荷與溶液(ye)中的(de)相反電荷離子相吸引(yin)而使雙(shuang)電層(ceng)穩(wen)定，在(zai)正(zheng)負極間(jian)產生相對穩(wen)定的(de)電位差(cha)。

這時(shi)對(dui)某(mou)一電(dian)極(ji)(ji)而言，會在一定距離內(分(fen)散(san)層)產(chan)生(sheng)(sheng)與電(dian)極(ji)(ji)上的(de)(de)電(dian)荷(he)等量的(de)(de)異性(xing)(xing)離子電(dian)荷(he)，使(shi)其保持電(dian)中(zhong)(zhong)性(xing)(xing)；當將兩極(ji)(ji)與外電(dian)路連通時(shi)，電(dian)極(ji)(ji)上的(de)(de)電(dian)荷(he)遷移而在外電(dian)路中(zhong)(zhong)產(chan)生(sheng)(sheng)電(dian)流，溶(rong)液中(zhong)(zhong)的(de)(de)離子遷移到溶(rong)液中(zhong)(zhong)呈電(dian)中(zhong)(zhong)性(xing)(xing)，這便是雙電(dian)層電(dian)容的(de)(de)充放電(dian)原理(li)。

2、法(fa)拉第準電(dian)(dian)容：其理論模型是由Conway首先提出，是在電(dian)(dian)極表面和(he)近表面或體相中的二(er)維或準二(er)維空間上，電(dian)(dian)活性(xing)物質(zhi)進行(xing)欠電(dian)(dian)位沉(chen)積，發生高度可逆的化(hua)(hua)學吸脫附(fu)和(he)氧(yang)化(hua)(hua)還原反(fan)應(ying)，產生與電(dian)(dian)極充電(dian)(dian)電(dian)(dian)位有關的電(dian)(dian)容。

對于法(fa)拉第(di)準電(dian)容，其儲存(cun)電(dian)荷(he)的過程不(bu)僅包(bao)括(kuo)雙(shuang)電(dian)層上(shang)的存(cun)儲，而且包(bao)括(kuo)電(dian)解液離子與(yu)電(dian)極(ji)活性物(wu)質(zhi)發生的氧(yang)化還原反(fan)應。

當電(dian)解液(ye)(ye)中(zhong)的(de)離子(如H+、OH-、K+或Li+)在外(wai)加電(dian)場的(de)作用下由溶液(ye)(ye)中(zhong)擴散到電(dian)極(ji)/溶液(ye)(ye)界面時，會(hui)通過界面上的(de)氧化還原(yuan)反應而進入到電(dian)極(ji)表面活性氧化物的(de)體相中(zhong)，從而使(shi)得大(da)量的(de)電(dian)荷(he)被存(cun)儲在電(dian)極(ji)中(zhong)。

放電(dian)(dian)(dian)時，這(zhe)些進入氧化物中(zhong)的(de)離子又(you)會通過(guo)以上氧化還原反(fan)應(ying)的(de)逆反(fan)應(ying)重(zhong)新返回(hui)到(dao)電(dian)(dian)(dian)解液(ye)中(zhong)，同時所存儲的(de)電(dian)(dian)(dian)荷通過(guo)外電(dian)(dian)(dian)路而釋放出來，這(zhe)就是法拉第準電(dian)(dian)(dian)容的(de)充放電(dian)(dian)(dian)機理。

超級電容的優點：

1、很(hen)小的(de)體(ti)積(ji)下達(da)到法拉級(ji)的(de)電容量(liang)；

2、無須特別的充(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)路和控制放電(dian)(dian)電(dian)(dian)路；

3、和電池相(xiang)比(bi)過(guo)充(chong)、過(guo)放都不對其壽命構成負(fu)面(mian)影響；

4、從環(huan)保的(de)角度考慮(lv)，它(ta)是(shi)一種綠色能(neng)源；

5、超級電容器可焊接，因而不存在像電池(chi)接觸不牢(lao)固等問(wen)題(ti)；

超級電容的缺點：

1、如果使用不當會造(zao)成電解質泄(xie)漏等現象；

2、和鋁電(dian)(dian)解電(dian)(dian)容器相比，它內(nei)阻較大，因而不可以用(yong)于交流電(dian)(dian)路；

超級電容器之所以稱之為“超級”的原因：

1、超級電(dian)容器可(ke)以(yi)被視為懸(xuan)浮(fu)在(zai)電(dian)解質(zhi)(zhi)中(zhong)的(de)兩(liang)個(ge)無(wu)反應活性的(de)多(duo)孔(kong)電(dian)極(ji)(ji)板(ban)(ban)，在(zai)極(ji)(ji)板(ban)(ban)上加電(dian)，正(zheng)極(ji)(ji)板(ban)(ban)吸引電(dian)解質(zhi)(zhi)中(zhong)的(de)負離(li)子，負極(ji)(ji)板(ban)(ban)吸引正(zheng)離(li)子，實際上形成兩(liang)個(ge)容性存儲(chu)層，被分離(li)開(kai)的(de)正(zheng)離(li)子在(zai)負極(ji)(ji)板(ban)(ban)附近(jin)，負離(li)子在(zai)正(zheng)極(ji)(ji)板(ban)(ban)附近(jin)。

2、超級電容器在分離(li)出的(de)電荷(he)中存(cun)儲能量，用(yong)于存(cun)儲電荷(he)的(de)面(mian)積越大、分離(li)出的(de)電荷(he)越密集，其電容量越大。

3、傳統電容(rong)器的(de)面積(ji)是(shi)導體(ti)(ti)的(de)平(ping)板面積(ji)，為了獲得較大(da)的(de)容(rong)量，導體(ti)(ti)材料(liao)卷(juan)制得很長，有時用特殊的(de)組(zu)織(zhi)結構來增加它(ta)的(de)表面積(ji)。傳統電容(rong)器是(shi)用絕緣(yuan)材料(liao)分(fen)離它(ta)的(de)兩(liang)極板，一般為塑料(liao)薄膜(mo)、紙等，這些材料(liao)通常要求盡可能的(de)薄。

4、超級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)(de)(de)面(mian)積(ji)是基于多(duo)孔(kong)炭(tan)材料，該材料的(de)(de)(de)多(duo)孔(kong)結構允(yun)許其面(mian)積(ji)達到2000m2/g，通(tong)過一(yi)些(xie)措施可實現更大的(de)(de)(de)表(biao)面(mian)積(ji)。超級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)電(dian)荷分離開的(de)(de)(de)距(ju)離是由(you)被吸引到帶(dai)電(dian)電(dian)極的(de)(de)(de)電(dian)解質離子尺(chi)寸決(jue)定的(de)(de)(de)。該距(ju)離（<10 ?）和傳統電(dian)容(rong)器(qi)薄膜材料所(suo)能實現的(de)(de)(de)距(ju)離更小。

5、龐大的表面(mian)積再加上非常(chang)小的電(dian)荷(he)分離距離使得(de)超級電(dian)容(rong)器(qi)較傳(chuan)統電(dian)容(rong)器(qi)而言有(you)驚人大的靜電(dian)容(rong)量(liang)，這(zhe)也是其“超級”所在(zai)。

控制超級電容器的放電：

超(chao)級電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容器的電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)阻(zu)(zu)礙(ai)其(qi)快速放電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)，超(chao)級電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容器的時間常數(shu)τ在(zai)1~2s，完全給(gei)阻(zu)(zu)-容式電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路放電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)大約(yue)需要5τ，也(ye)就是說如果短路放電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)大約(yue)需要5~10s（由于電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極的特殊結構(gou)它(ta)們(men)實(shi)際(ji)上得花(hua)上數(shu)個小時才(cai)能將殘(can)留的電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)荷完全放干凈）。

放電的控制時間：

超級(ji)電(dian)(dian)容(rong)器(qi)可(ke)以快速充放(fang)電(dian)(dian)，峰值電(dian)(dian)流僅受其內(nei)阻限(xian)制，甚至短路(lu)也不是(shi)致命的(de)(de)。實際上決(jue)定(ding)于電(dian)(dian)容(rong)器(qi)單體(ti)大小，對(dui)于匹配(pei)負載，小單體(ti)可(ke)放(fang)10A，大單體(ti)可(ke)放(fang)1000A。另一(yi)放(fang)電(dian)(dian)率(lv)的(de)(de)限(xian)制條件是(shi)熱，反復地以劇烈(lie)的(de)(de)速率(lv)放(fang)電(dian)(dian)將使電(dian)(dian)容(rong)器(qi)溫度升高，最終導致斷路(lu)。