超級電容器（也稱為超級電容、超電容器）是一種介于電解電容器和可充電電池之間的大容量的電容器。其電容值遠高于其他電容，但受限于較窄的電壓范圍，它們通常是電解電容器每單位體積或質量所能存儲能量的10到100倍，能夠比電池更快的充放電，并且比可充電電池允許更多的充電和放電循環。

電化學電容器（超級電容器）由被離子滲透膜（隔膜）隔開的兩個電極和通過離子連接兩個電極的的電解液組成。當電極被施加的電壓極化時，電解液中的離子形成與電極極性相反的雙電層。例如，正極化電極將在電極/電解液接觸面具有一層負離子并且與吸附在負極層上的正離子形成電荷平衡層。負極化電極的情況正好相反。

此外，取決于電極材料和表面形狀，一些離子可能滲透雙電層成為特異的吸附離子，并與贗電容一起提供超級電容器的全部電容。

超級電容器的典型結構：（1） 電源，（2） 集電器，（3） 極化電極，（4） 亥姆霍茲雙電層，（5） 具有正離子和負離子的電解液 （6） 隔膜。

超級電容器類型有哪些

超級電容器其電容值遠高于其他電容，但受限于較窄的電壓范圍。它們通常是電解電容器每單位體積或質量所能存儲能量的10到100倍，能夠比電池更快地充放電，并且比可充電電池允許更多的充電和放電循環。

超級電容器的類型可以從多個維度進行分類：

儲能原理：

雙電層電容：基于電極與電解液之間的電荷分離進行儲能。

法拉第準電容：基于電活性離子的欠電位沉積，或氧化還原所產生的吸附進行儲能。

混合型電容器：結合了雙電層電容和法拉第準電容的特性，解決了蓄電池的功率密度低和超級電容器能量密度較低的缺點。

超級電容器類型的結構描述。通過電極設計定義的雙電層電容器，贗電容器以及混合電容器。

電極材料：

碳電極電容器：常見的碳電極材料包括活性炭、碳納米管、碳氣凝膠、石墨烯等。

貴金屬氧化物電極電容器：如RuO2、MnO2、V2O5等氧化物作為電極材料。

新型導電聚合物電極電容器：如聚乙炔、聚苯胺等導電聚合物作為電極材料。

電解液材料：

以水溶液（中性/酸性/堿性）作為電解液的超級電容器具有較高的容量。

以有機溶液（如鹽的質子惰性溶劑溶液）作為電解液的超級電容器具有較高的電壓。

反應情況及結構：

對稱型超級電容器：電極組成相同、反應相同、反應方向相反。

非對稱型超級電容器：電極組成不同、反應不同。

超級電容器一般用于需要多次快速充放電循環而不是長期緊湊儲能的應用中，例如家用汽車、公共汽車、火車、起重機和電梯等。它們被用于再生制動、短期儲能或突發模式下的電力輸送，而較小的電容器可以用作靜態隨機存取存儲器的存儲器備份。

超級電容器和鋰電池的區別和聯系

超級電容器和鋰電池在多個方面存在顯著的區別，但它們在能量存儲領域也各自發揮著重要作用。以下是它們之間的主要區別和聯系：

區別：

儲電量和使用電壓：鋰電池以ah為容量單位，容量通常在2~100Ah之間，而超級電容器以F為容量單位，一般在1F~3000F之間。此外，鋰電池的工作電壓區間為2.5V~4.2V，而超級電容器的工作電壓在0V~3V之間，屬于安全電壓范圍。

功率密度及能量密度：從能量密度的角度來看，鋰電池的能量密度范圍從100wh/kg到300wh/kg不等，能夠長時間存儲大量電能，適合用于移動電子設備和電動車輛等需要持續供電的場景。而超級電容器的能量密度范圍較小。但從功率密度的角度來看，超級電容可達7級kw/kg以上，遠高于鋰電池的1kw/kg，因此具有極高的充電速度，適合需要頻繁快速充電的應用。

使用壽命：超級電容在循環壽命方面表現優異，一般可達50000周，而鋰電池的循環壽命為500~3000周。

自放電情況：由于超級電容的存儲性質，它存在自放電比較嚴重的問題，一天大約會損失超過3%的電量。而鋰電池的自放電情況通常要好于超級電容。

聯系：

兩者都是能量存儲器件，能夠儲存電能并在需要時釋放，廣泛應用于各種電子設備、電動車輛以及工業應用中。它們各自在特定的應用場景中發揮著不可替代的作用。鋰電池因其高能量密度而被廣泛用于長時間供電的場合，而超級電容器則因其高功率密度和快速充放電特性，在需要頻繁充放電或瞬時大電流輸出的場合中表現出色。

審核編輯：黃飛