黃金電容原理

超級(jí)電容原理并非新技術(shù)，常見的超級(jí)電容器大多是雙電層結(jié)構(gòu)，同電解電容器相比，這種超級(jí)電容器能量密度和功率密度都非常高。同傳統(tǒng)的電容器和二次電池相比，超級(jí)電容器儲(chǔ)存電荷的能力比普通電容器高，并具有充放電速度快、效率高、對(duì)環(huán)境無(wú)污染、循環(huán)壽命長(zhǎng)、使用溫度范圍寬、安全性高等特點(diǎn)。

其基本原理為:當(dāng)向電極充電時(shí)，處于理想極化電極狀態(tài)的電極表面電荷將吸引周圍電解質(zhì)溶液中的異性離子，使這些離子附于電極表面上形成雙電荷層，構(gòu)成雙電層電容。由于兩電荷層的距離非常小(一般0.5nm以下)，再加之采用特殊電極結(jié)構(gòu)，使電極表面積成萬(wàn)倍的增加，從而產(chǎn)生極大的電容量。

1.可作為玩具電動(dòng)機(jī)、語(yǔ)音IC、LED發(fā)光器等小功率電器的驅(qū)動(dòng)電源。

2. 可在太陽(yáng)能道燈、警示燈、航標(biāo)燈等太陽(yáng)能產(chǎn)品中代替充電電池做LED的電源。

3. 可用作小型UPS電源

4.可用于電子產(chǎn)品的時(shí)鐘芯片、靜態(tài)隨機(jī)存貯器、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)等微小電流供電的后備電源。如:數(shù)碼相機(jī)5.掌上電腦、電子門鎖、智能電表、遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)、儀器儀表、程控交換機(jī)、稅控機(jī)、無(wú)繩電話等。

6.可在小型充電產(chǎn)品中代替充電電池。如:手搖發(fā)電手電筒。

7.可在水表、煤氣表中作電磁閥的后備電源。

和充電電池相比，超級(jí)電容器具有充電時(shí)間短、功率密度高、使用壽命長(zhǎng)、低溫特性好及無(wú)環(huán)境污染等優(yōu)勢(shì)，故可在眾多領(lǐng)域取代充電電池，并表現(xiàn)出在某些方面超越充電電池的特點(diǎn)，彌補(bǔ)了充電電池在使用中的不足，如:充電慢，充電電路復(fù)雜，使用壽命短等缺陷。超級(jí)電容器是一種新興的能提供強(qiáng)大脈沖功率的理想環(huán)保型物理二次電源。

黃金電容超級(jí)電容器超級(jí)電容器的類型比較多，按不同方式可以分為多種產(chǎn)品，以下作簡(jiǎn)單介紹。

按原理分為雙電層型超級(jí)電容器和贗電容型超級(jí)電容器:

雙電層型超級(jí)電容器，包括

1.活性碳電極材料，采用了高比表面積的活性炭材料經(jīng)過成型制備電極。

2.碳纖維電極材料，采用活性炭纖維成形材料，如布、氈等經(jīng)過增強(qiáng)，噴涂或熔融金屬增強(qiáng)其導(dǎo)電性制備電極。

3.碳?xì)饽z電極材料，采用前驅(qū)材料制備凝膠，經(jīng)過炭化活化得到電極材料。

4.碳納米管電極材料，碳納米管具有極好的中孔性能和導(dǎo)電性，采用高比表面積的碳納米管材料，可以制得非常優(yōu)良的超級(jí)電容器電極。

以上電極材料可以制成:

1.平板型超級(jí)電容器，在扣式體系中多采用平板狀和圓片狀的電極，另外也有Econd公司產(chǎn)品為典型代表的多層疊片串聯(lián)組合而成的高壓超級(jí)電容器，可以達(dá)到300V以上的工作電壓。

2.繞卷型溶劑電容器，采用電極材料涂覆在集流體上，經(jīng)過繞制得到，這類電容器通常具有更大的電容量和更高的功率密度。

贗電容型超級(jí)電容器:

超級(jí)電容器包括金屬氧化物電極材料與聚合物電極材料，金屬氧化物包括NiOx、MnO2、V2O5等作為正極材料，活性炭作為負(fù)極材料制備的超級(jí)電容器，導(dǎo)電聚合物材料包括PPY、PTH、PAni、PAS、PFPT等經(jīng)P型或N型或P/N型摻雜制取電極，以此制備超級(jí)電容器。這一類型超級(jí)電容器具有非常高的能量密度，除NiOx型外，其它類型多處于研究階段，還沒有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

按電解質(zhì)類型可以分為水性電解質(zhì)和有機(jī)電解質(zhì)類型:

水性電解質(zhì)，包括以下幾類

1.酸性電解質(zhì)，多采用36%的H2SO4水溶液作為電解質(zhì)。

2.堿性電解質(zhì)，通常采用KOH、NaOH等強(qiáng)堿作為電解質(zhì)，水作為溶劑。

3.中性電解質(zhì)，通常采用KCl、NaCl等鹽作為電解質(zhì)，水作為溶劑，多用于氧化錳電極材料的電解液。

有機(jī)電解質(zhì)

通常采用LiClO4為典型代表的鋰鹽、TEABF4作為典型代表的季胺鹽等作為電解質(zhì)，有機(jī)溶劑如PC、ACN、GBL、THL等有機(jī)溶劑作為溶劑，電解質(zhì)在溶劑中接近飽和溶解度。

另外還可以分為:

1.液體電解質(zhì)超級(jí)電容器，多數(shù)超級(jí)電容器電解質(zhì)均為液態(tài)。

2.固體電解質(zhì)超級(jí)電容器，隨著鋰離子電池固態(tài)電解液的發(fā)展，應(yīng)用于超級(jí)電容器的電解質(zhì)也對(duì)凝膠電解質(zhì)和PEO等固體電解質(zhì)進(jìn)行研究。

超級(jí)電容器 - 工藝

超級(jí)電容器超級(jí)電容器的工藝流程為:配料→混漿→制電極→裁片→組裝→注液→活化→檢測(cè)→包裝。

超級(jí)電容器在結(jié)構(gòu)上與電解電容器非常相似，它們的主要區(qū)別在于電極材料。早期的超級(jí)電容器的電極采用碳，碳電極材料的表面積很大，電容的大小取決于表面積和電極的距離，這種碳電極的大表面積再加上很小的電極距離，使超級(jí)電容器的容值可以非常大，大多數(shù)超級(jí)電容器可以做到法拉級(jí)，一般情況下容值范圍可達(dá)1-5000F。

超級(jí)電容器通常包含雙電極、電解質(zhì)、集流體、隔離物四個(gè)部件。超級(jí)電容器是利用活性炭多孔電極和電解質(zhì)組成的雙電層結(jié)構(gòu)獲得超大的電容量的。在超級(jí)電容器中，采用活性炭材料制作成多孔電極，同時(shí)在相對(duì)的兩個(gè)多孔炭電極之間充填電解質(zhì)溶液，當(dāng)在兩端施加電壓時(shí)，相對(duì)的多孔電極上分別聚集正負(fù)電子，而電解質(zhì)溶液中的正負(fù)離子將由于電場(chǎng)作用分別聚集到與正負(fù)極板相對(duì)的界面上，從而形成雙集電層。

黃金電容超級(jí)電容器如果使用不當(dāng)會(huì)造成電解質(zhì)泄漏等現(xiàn)象;和鋁電解電容器相比，它內(nèi)阻較大，因而不可以用于交流電路;

1、黃金電容超級(jí)電容器不同于電池，在某些應(yīng)用領(lǐng)域，它可能優(yōu)于電池。有時(shí)將兩者結(jié)合起來(lái)，將電容器的功率特性和電池的高能量存儲(chǔ)結(jié)合起來(lái)，不失為一種更好的途徑。

2、黃金電容超級(jí)電容器在其額定電壓范圍內(nèi)可以被充電至任意電位，且可以完全放出。而電池則受自身化學(xué)反應(yīng)限制工作在較窄的電壓范圍，如果過放可能造成永久性破壞。

3、黃金電容超級(jí)電容器的荷電狀態(tài)(SOC)與電壓構(gòu)成簡(jiǎn)單的函數(shù)，而電池的荷電狀態(tài)則包括多樣復(fù)雜的換算。

4、黃金電容超級(jí)電容器與其體積相當(dāng)?shù)膫鹘y(tǒng)電容器相比可以存儲(chǔ)更多的能量，電池與其體積相當(dāng)?shù)某?jí)電容器相比可以存儲(chǔ)更多的能量。在一些功率決定能量存儲(chǔ)器件尺寸的應(yīng)用中，超級(jí)電容器是一種更好的途徑。

5、黃金電容超級(jí)電容器可以反復(fù)傳輸能量脈沖而無(wú)任何不利影響，相反如果電池反復(fù)傳輸高功率脈沖其壽命大打折扣。

6、黃金電容超級(jí)電容器可以快速充電而電池快速充電則會(huì)受到損害。

7、黃金電容超級(jí)電容器可以反復(fù)循環(huán)數(shù)十萬(wàn)次，而電池壽命僅幾百個(gè)循環(huán)

超級(jí)電容器(supercapacitor,ultracapacitor)， 又叫電化學(xué)電容器(Electrochemical Capacitor, EC)、黃金電容、法拉第電容;包括雙電層電容器(Electrostatic double-layer capacitor)和贗電容器(Electrochemical pseudocapacitor),通過極化電解質(zhì)來(lái)儲(chǔ)能。它是一種電化學(xué)元件、儲(chǔ)能過程是可逆的，可以反復(fù)充放電數(shù)十萬(wàn)次。超級(jí)電容器可以被視為懸浮在電解質(zhì)中的兩個(gè)無(wú)反應(yīng)活性的多孔電極板，在極板上加電，正極板吸引電解質(zhì)中的負(fù)離子，負(fù)極板吸引正離子，實(shí)際上形成兩個(gè)電容性存儲(chǔ)層，被分離開的正離子在負(fù)極板附近，負(fù)離子在正極板附近。

超級(jí)電容器是建立在德國(guó)物理學(xué)家亥姆霍茲(1821~1894)提出的界面雙電層理論基礎(chǔ)上的一種全新的電容器。眾所周知，插入電解質(zhì)溶液中的金屬電極表面與液面兩側(cè)會(huì)出現(xiàn)符號(hào)相反的過剩電荷，從而使相間產(chǎn)生電位差。那么，如果在電解液中同時(shí)插入兩個(gè)電極，并在其間施加一個(gè)小于電解質(zhì)溶液分解電壓的電壓，這時(shí)電解液中的正、負(fù)離子在電場(chǎng)的作用下會(huì)迅速向兩極運(yùn)動(dòng)，并分別在兩上電極的表面形成緊密的電荷層，即雙電層。

它所形成的雙電層和傳統(tǒng)電容器中的電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的極化電荷相似，從而產(chǎn)生電容效應(yīng)，緊密的雙電層近似于平板電容器，但是，由于緊密的電荷層間距比普通電容器電荷層間的距離要小得多，因而具有比普通電容器更大的容量。

雙電層電容器與鋁電解電容器相比內(nèi)阻較大，因此，可在無(wú)負(fù)載電阻情況下直接充電，如果出現(xiàn)過電壓充電的情況，雙電層電容器將會(huì)開路而不致?lián)p壞器件，這一特點(diǎn)與鋁電解電容器的過電壓擊穿不同。同時(shí)，雙電層電容器與可充電電池相比，可進(jìn)行不限流充電，且充電次數(shù)可達(dá)10^6次以上，因此雙電層電容不但具有電容的特性，同時(shí)也具有電池特性，是一種介于電池和電容之間的新型特殊元器件。

超級(jí)電容器(supercapacitor,ultracapacitor)，又叫雙電層電容器(Electrical Doule-Layer Capacitor)、黃金電容、法拉電容，通過極化電解質(zhì)來(lái)儲(chǔ)能。它是一種電化學(xué)元件，但在其儲(chǔ)能的過程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種儲(chǔ)能過程是可逆的，也正因?yàn)榇顺?jí)電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬(wàn)次。同時(shí)，超級(jí)電容器是一種新型綠色環(huán)保的儲(chǔ)能器件(活性炭)，其具有效率極高、高電流容量、電壓范圍寬、使用溫度范圍廣、回卷使用壽命長(zhǎng)、工作壽命長(zhǎng)、免維護(hù)易保養(yǎng)、整合簡(jiǎn)單、底成本等優(yōu)越的特性;綜合以上所訴，超級(jí)電容具有很廣闊的發(fā)展前景;