超級(jí)電容器是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種新型儲(chǔ)能器件，并于80年代逐漸走向市場(chǎng)。自從1957 年美國(guó)人Becker申報(bào)的第一項(xiàng)超級(jí)電容器專利以來，超級(jí)電容器的發(fā)展就不斷推陳出新，直到1983 年，日本NEC公司率先將超級(jí)電容器推向商業(yè)化市場(chǎng)，使得超級(jí)電容器引起人們的廣泛興趣，研究開發(fā)熱潮席卷全球，不但技術(shù)水平日新月異，而且應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大。
一、超級(jí)電容器的原理
超級(jí)電容也稱電化學(xué)電容，與傳統(tǒng)靜電電容器不同，主要表現(xiàn)在儲(chǔ)存能量的多少上。作為能量的儲(chǔ)存或輸出裝置，其儲(chǔ)能的多少表現(xiàn)為電容量的大小。根據(jù)超級(jí)電容器儲(chǔ)能的機(jī)理，其原理可分為：
1.在電極P 溶液界面通過電子和離子或偶極子的定向排列所產(chǎn)生的雙電層電容器。
雙電層理論由19 世紀(jì)末H elm h otz 等提出。關(guān)于雙電層的代表理論和模型有好幾種，其中以H elm h otz 模型最為簡(jiǎn)單且能夠充分說明雙電層電容器的工作原理。該模型認(rèn)為金屬表面上的靜電荷將從溶液中吸收部分不規(guī)則的分配離子，使它們?cè)陔姌OP 溶液界面的溶液一側(cè)，離電極一定距離排成一排，形成一個(gè)電荷數(shù)量與電極表面剩余電荷數(shù)量相等而符號(hào)相反的界面層。于是，在電極上和溶液中就形成了兩個(gè)電荷層，這就是我們通常所講的雙電層。雙電層有儲(chǔ)存電能量的作用，電容器的容量可以利用以下公式來計(jì)算：
式中，E為電容器的儲(chǔ)能大小；C為電容器的電容量；V 為電容器的工作電壓。由此可見，雙電層電容器的容量與電極電勢(shì)和材料本身的屬性有關(guān)。通常為了形成穩(wěn)定的雙電層，一般采用導(dǎo)電性能良好的極化電極。
2.在電極表面或體相中的二維與準(zhǔn)二維空間，電活性物質(zhì)進(jìn)行欠電位沉積，發(fā)生高度可逆的化學(xué)吸附、脫附或氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生與電極充電電位有關(guān)的法拉第準(zhǔn)電容器。
在電活性物質(zhì)中，隨著存在于法拉第電荷傳遞化學(xué)變化的電化學(xué)過程的進(jìn)行，極化電極上發(fā)生欠電位沉積或發(fā)生氧化還原反應(yīng)，充放電行為類似于電容器，而不同于二次電池，不同之處為：
?。?）極化電極上的電壓與電量幾乎呈線性關(guān)系；
?。?）當(dāng)電壓與時(shí)間成線性關(guān)系d V/d t=K時(shí)，電容器的充放電電流為一恒定值I=Cd V/d t=CK.此過程為動(dòng)力學(xué)可逆過程，與二次電池不同但與靜電類似。法拉第電容和雙電層電容的區(qū)別在于：雙電層電容在充電過程中需要消耗電解液，而法拉第電容在整個(gè)充放電過程中電解液的濃度保持相對(duì)穩(wěn)定。
法拉第準(zhǔn)電容不僅在電極表面產(chǎn)生，而且還可以在電極內(nèi)部產(chǎn)生，其最大充放電能力由電活性物質(zhì)表面的離子取向和電荷轉(zhuǎn)移速度控制，因此可以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行電荷轉(zhuǎn)移，即可以獲得更高的比功率（比功率大于500W /kg ）。
二、超級(jí)電容器的特點(diǎn)
超級(jí)電容器具有優(yōu)良的脈沖充放電和大容量?jī)?chǔ)能性能，單體容量已經(jīng)達(dá)到萬(wàn)法拉級(jí)是一種介于靜電電容器與電池之間的儲(chǔ)能元件。與普通電容器和電池相比，超級(jí)電容器具有許多電池?zé)o法比擬的優(yōu)點(diǎn)。
1.具有極高的功率密度。電容器的功率密度為電池的10~100倍，可達(dá)到10kW /kg 左右，可以在短時(shí)間內(nèi)放出幾百到幾千安培的電流。這個(gè)特點(diǎn)使得超級(jí)電容器非常適合用于短時(shí)間高功率輸出的場(chǎng)合。
2.充電速度快。超級(jí)電容器充電是雙電層充放電的物理過程或是電極物質(zhì)表面的快速、可逆的化學(xué)過程，可采用大電流充電，能在幾十秒到數(shù)分鐘內(nèi)完成充電過程，是真正意義上的快速充電。
而蓄電池則需要數(shù)小時(shí)完成充電，采用快速充電也需要幾十分鐘。
3.使用壽命長(zhǎng)。超級(jí)電容器充放電過程中發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)都具有良好的可逆性，不易出現(xiàn)類似電池中活性物質(zhì)那樣的晶型轉(zhuǎn)變、脫落、枝晶穿透隔膜等一系列的壽命終止現(xiàn)象，碳極電容器理論循環(huán)壽命為無窮大， 實(shí)際可達(dá)100000 次以上，比電池高10 ~100倍。
4.低溫性能優(yōu)越。超級(jí)電容充放電過程中發(fā)生的電荷轉(zhuǎn)移大部分都在電極活性物質(zhì)表面進(jìn)行，所以容量隨溫度衰減非常小。電池在低溫下容量衰減幅度卻可高達(dá)70% 。