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51wendang.com/ 本文档下载自文档下载网,内容可能不完整,您可以点击以下网址继续阅读或下载: http://www.51wendang.com/doc/a616d0b25486f9cedd63adc5 超级电容器简介 高等物理化学电子课件 超级电容器简介 兰州理工大学石油化工学院 [此处图片未下载成功]

一、超级电容器的基本原理超级电容器 Supercapacitor是介于电容器和电池之间的储能器件,它既具有电容器可以快速 充放电的特点,又具有电池的储能特性.超级电容(supercapacitor),又叫双电层电容(Electrical Doule-Layer )、即通 过外加电场极化电解质,使电解质中荷电离子分别在带有相反电荷的电极表面形成双电层,从而实现储能.其储能过程是物理过程,没有化学反应,且过程 完全可逆,这与蓄电池电化学储能过程不同. [此处图片未下载成功] 根据存储电荷的机理,超级电容器分为双电层电容器(Electrical DoubleLayerCapacitor, EDLC)和准电容器(Pseudocapacitor赝电容器).双电层电容器利 用电极材料和电解质界面形成的电荷分离存储电荷,而赝电容器是利用电化学活 性物质的二维或准二维空间发生的吸脱附或电化学氧化还原反应来存储电荷,从而,赝电容可以分为吸附赝电容和氧化还原赝电容(Faradic supercapacitor). 双电层电容器的储能机理本质上与静电容器一致,其依靠材料表面电子和溶液中等量 离子在电极材料/电解液界面的分离储存电量.通常电极材料采用高比表面积炭材料, 具有较高的比表面积(高达2000 m2 /g),远大于电解电容器电极的比表面积, [此处图片未下载成功] 双电层电极、溶液界面结构示意图 diagram of the interface between electrode and electrolyte [此处图片未下载成功] 双电层原理示意图 充电时,外电源使电容器正负极分别带正电和负电,而电解液中的正负离子分别移动到电 极表面附近,形成双电层,整个双电层电容器实际上是两个单双电层电容器的串联装置. [此处图片未下载成功] 双电层电容器充电状态电位分布曲线Profile of the potential acroshttp://www.51wendang.com/doc/a616d0b25486f9cedd63adc5s electrochemical double [此处图片未下载成功] 双电层电容器放电状态电位分布曲线 of the potential across an electrochemical double-layer capacitor in the discharged condition [此处图片未下载成功] 法拉第准(赝)电容原理则是利用在电极表面及其附近发生在一定电位范围 内发生高度可逆的化学吸附/脱附或氧化/还原反应来实现能量存储.这种 法拉第反应与二次电池的氧化还原反应不同. 此时的放电和再充电行为更接近于电容器而不是原电池,如: (1)电压与电极上施加或释放的电荷几乎成线性关系;

(2)设该系统电压随时间呈线性变化dV/dt=K,则产生的电流为恒定或几 乎恒定的容性充电电流I=CdV/dt=CK. 此时系统的充放电过程是动力学高度可逆的 ,与原电池及蓄电池不同 ,但与静 电电容类似.为与双电层电容及电极与电解液界面形成的真正的静电电容相 区别,称这样得到的电容为法拉第准(赝)电容. 法拉第准(赝)电容不仅只在电极表面,而且可在整个电极内部产生,因 而可获得 比双电层电容更高的电容量和能量密度.在相同电极面积的情况下,法拉第准 (赝)电容可以是双电层电容量的10~100倍. [此处图片未下载成功] 赝电容根据电极反应的不同,分为吸附电容和氧化还原赝电容 吸附赝电容是指电化学活性物质在基底电极上发生二维/准二维的电化学吸 脱附,表现出电容性质.如H 在Pt电极表面的吸脱附反应 氧化还原赝电容即法拉第赝电容是指活性电极材料发生氧化还原反应表现出 来的电容特性,主要包括过渡金属氧化物和导电聚合物. 双电层电容器存储的电荷与它的电容和电压相关 Q=CV,电容和电压是独 立的,但取决于电极的表面积,双电层的厚度和电解液的介质常数.根据 双电层电容器所需设备的性能或是使用的电解液选择电极材料.活性炭是 双电层电容器传统的电极材料 法拉第赝电容来源于电极-电解液界面快速http://www.51wendang.com/doc/a616d0b25486f9cedd63adc5可逆的氧化还原反应一方面要 求法拉第反应有足够的活性位点;