什么是超級電容器?

超級電容器(Supercapacitors，ultracapacitor)，又名電化學電容器(Electrochemical Capacitors)，雙電層電容器(Electrical Double-Layer Capacitor)、黃金電容、法拉電容，是從上世紀七、八十年代發(fā)展起來的通過極化電解質(zhì)來儲能的一種電化學元件。它不同于傳統(tǒng)的化學電源，是一種介于傳統(tǒng)電容器與電池之間、具有特殊性能的電源，主要依靠雙電層和氧化還原贗電容電荷儲存電能。但在其儲能的過程并不發(fā)生化學反應，這種儲能過程是可逆的，也正因為此超級電容器可以反復充放電數(shù)十萬次。其基本原理和其它種類的雙電層電容器一樣，都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)獲得超大的容量。突出優(yōu)點是功率密度高、充放電時間短、循環(huán)壽命長、工作溫度范圍寬，是世界上已投入量產(chǎn)的雙電層電容器中容量最大的一種。

如何辨別超級電容器是雙電層原理的還是電化學原理的還就是電池

在市場上，超級電容器的概念很混亂，因此有必要掌握鑒別各類超級電容器的基本能力。

首先，要清楚什么是超級電容器。既然稱之為 “電容器”，就應該是物理過程存儲電荷，而不是依靠電化學過程存儲電荷。在這個基本概念下，純雙電層原理的超級電容器是真正的 電容器;電化學電容器是否可以稱為電容器則需要分析。電化學超級電容器應分為兩類，如 果是一雙電層原理占主要電荷(或能量)存儲的可以稱之為超級電容器，一般這種超級電容 器的能量密度不會比雙電層效應的超級電容器大多少，因此，這種超級電容器幾乎沒有實際 意義;第二類的電化學“超級電容器”的電荷存儲是一電化學原理占主要成分，雙電層原理所 占的電荷僅僅是一小部分。這種“超級電容器”實際上應成為“電容電池”，一進部署一電容器 范疇，在實際上，蓄電池里或多或少也存在雙電層效應，是否將鋰離子電池、鎳氫電池、鉛 酸電池液歸類于“超級電容器”中，結(jié)果是否定的。因此，如果電化學效應明顯的超過了雙電 層效應，也稱之為“超級電容器”就顯得喧賓奪主了。那么稱之為“贗電容”或“準電容”倒是有 些恰如其分。

接下來的問題就是如何鑒別超級是電容器還是電池、是雙電層原理的超級電容器還是電 化學電容器、是有機體系超級電容器還是水系超電容器還是有機體系超級電容器。

超級電容器與電池的鑒別

首先，雙電層原理的超級電容器的充放電過程中沒有電化學過程。因此，超級電容器的 電壓可以釋放到零，所以雙電層超級電容器在存儲過程中超級電容器兩端是短接的，也就是 說在不用時不希望超級電容器帶有電荷或電壓。而蓄電池的電壓是不允許釋放到零的也不允 許正、負電極短接的，這樣會造成短路并損壞電池。因此，僅僅從平時的兩個電極是否短接 就可以簡單的判別出來。當然，用是否可以放電到零作為區(qū)分超級電容器和電池的方法也是 行之有效的;第二，從理論上講由于超級電容器的兩個電極是對稱的，因此允許反向電壓工 作，而蓄電池決不允許也不可能反向電壓工作;第三，雙電層原理的超級電容器的充電過程 的電壓與電荷之間的關(guān)系是線性關(guān)系，而電池的電壓與電荷之間的關(guān)系不是線性關(guān)系。

如果是電化學超級電容器與蓄電池之間的鑒別要比雙電層原理的超級電容器與蓄電池 之間的鑒別困難一些。其原因是，電化學超級電容器與蓄電池的原理是一樣的，所不同的是 電化學超級電容器的還有一部分雙電層效應作為儲能的一部分，如果沒有這一點就從本質(zhì)上不屬于超級電容器;如果需要區(qū)分電化學超級電容器與蓄電池，可以從能量密度入手。即電 化學超級電容器的儲能遠低于蓄電池。因此從放電能力的對比是可以區(qū)分出電化學電容器和 蓄電池的。

雙電層超級電容器與電化學超級電容器的鑒別

由于電化學超級電容器的特性與蓄電池非常相像，區(qū)鑒別雙電層超級電容器和電化學超 級電容器的方法與雙電層超級電容器與蓄電池的鑒別方法相同，即雙電層超級電容器可以將 電壓釋放到零，而電化學超級電容器不允許將端電壓釋放到零;也可以利用雙電層原理超級 電容器ESR遠低于電化學超級電容器來鑒別是雙電層超級電容器還是電化學超級電容器;第三種方法，由于電化學超級電容器在充放電過程中存在電化學反應，相應的能量存儲與釋 放比雙電層超級電容器高。因此，電化學超級電容器的等效法拉數(shù)大于雙電層超級電容器?？梢詮姆ɡ瓟?shù)區(qū)分電化學超級電容器與雙電層超級電容器。

水系與有機體系超級電容器的鑒別

水系超級電容器和有機體系超級電容器的鑒別很簡單。水系超級電容器的額定電壓與有 機體系超級電容器不是一個電壓等級，有機體系超級電容器的額定電壓在2.3~2.7V之間， 而水超級電容器則為1.6V 以下。對于單體超級電容器來說，僅從其額定電壓值就可以區(qū)分 有機體系超級電容器和水系超級電容器。由于有機體系超級電容器的能量密度高于水系超級電容器，從能量密度角度也可以區(qū)分 有機體系超級電容器還是水系超級電容器。如水系超級電容器的體積通常比較大，重量比較重。

在封裝形式方面，小容量的有機體系超級電容器的封裝類似于電級電容器或扣式電池， 而水系超級電容器則沒有類似地級電容器那樣的封裝形式。在ESR方面雙電層原理的水系超級電容器的ESR低于有機體系超級電容器，因此水系雙電層原理的超級電容器放電電流高于有機體系。