超級電容器（supercapacitor）又稱為電化學電容器，電化學超級電容器，或賽米克電容器，它是一種高能量密度的電池儲能設備。與傳統(tǒng)電池不同，超級電容器的儲能原理是基于吸附/脫附電荷的表面現(xiàn)象，它可以快速充放電，具有高效率、長壽命、低內(nèi)阻等優(yōu)點，被廣泛應用于電子設備、汽車、飛機等領域。
超級電容器的儲能原理
超級電容器的儲能原理是基于兩種存儲電荷的機制，即雙層電容和偽電容。以下分別進行介紹：
1. 雙層電容
雙層電容是一種靜電存儲器件，它只有表面電荷存儲，內(nèi)部不存儲電荷。當電極表面與電解液接觸時，電荷在電極和電解液之間產(chǎn)生了一層雙分子層。正極電壓吸引電解液中的陰離子，而負極電壓則吸引陽離子，這些離子在電極表面形成了一個類似于電容器的結構。
由于雙分子層的特性，雙層電容器具有高電容和低內(nèi)阻的特點。電荷層的厚度主要決定了儲能量，厚度越大，電容量越大。因此，超級電容器通常采用高比表面積的材料，以最大程度地增加表面積和電荷層容量，以提高儲能量。
2. 偽電容
偽電容是指儲存在非雙層電容中的電荷存儲機制，主要是通過電化學剝離和引入離子的方式儲存電荷。在偽電容電極中，電荷通過化學反應在活性材料表面或內(nèi)部的孔洞中存儲。活性材料的選擇對于儲能特性和周期性性能有重要影響，例如，某些金屬氧化物、碳材料和高分子材料都具有優(yōu)良的偽電容特性。
超級電容器的結構和性能
超級電容器主要由正負極和電解液組成，正極和負極之間通過質(zhì)子交換膜隔開，電解液通常選擇充有離子的溶液，如硫酸銅或硫酸鉀，以提供電荷儲存介質(zhì)。由于超級電容器的雙層電容和偽電容儲能特性，其具有以下優(yōu)點：
1. 高能量密度：比傳統(tǒng)蓄電池能量密度高10~100倍。
2. 快速充放電：可以在幾秒鐘內(nèi)完成充放電過程。
3. 長壽命：由于其結構的簡單，使用壽命通常高達10萬次以上。
4. 耐高溫：不會出現(xiàn)正負短路損壞或煙霧爆炸現(xiàn)象。
總結
超級電容器因為其高能量密度、快速充放電、長壽命等特點，被廣泛應用于汽車、飛機、電子設備等領域。其儲能機制主要依賴于雙層電容和偽電容的存儲機制，采用了各種不同的活性材料和電解液以提高儲能特性。隨著技術的不斷改進，超級電容器的性能和成本將進一步得到提高和優(yōu)化。