三、超級電容器的分類
超級電容的分類有許多不同的方式。
按采用的電極不同，超級電容可以分為以下3 種：
1.碳電極電容器：碳電極電容器的研究歷史較長。19 62 年，標(biāo)準(zhǔn)石油公司（SOH IO）認(rèn)識到燃料電池中石墨電極表面雙層電容的巨大利用價值，并生產(chǎn)出了工作電壓為6V 的以碳材料作為電極的電容器。電容器的大小和汽車蓄電池的大小差不多，可以驅(qū)動小舟在湖面上行駛十分鐘左右。稍后，這項技術(shù)轉(zhuǎn)讓給了日本NEC電氣公司，該公司從19 79 年開始一直生產(chǎn)超級電容器，并將這項技術(shù)應(yīng)用于電動汽車的電機啟動系統(tǒng)，開始了電化學(xué)電容器的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用。與此同時，日本松下公司設(shè)計了以活性炭為電極材料，以有機溶液為電解質(zhì)的超級電容器。
碳電極電容器的電容大小與電極的極化電位及電極表面積大小有關(guān)，故可以通過極化電位的升高和增大電極表面積達到提高電容量的目的。電極P電解質(zhì)雙電層上可貯存的電量其典型值約為15~40 μF·cm - 2.選用具有高表面積的高分散電極材料可以獲得較高的電容。
對理想可極化體系而言，可通過無限提高充電電壓而大量儲存能量。但是，對于實際體系卻受電極材料和電解液組成的電極系統(tǒng)的可極化性和溶劑分解的限制，可通過加大電極表面積來增加電容值。電容C 可由下式給出：
式中：ε0 為自由空間的絕對介電常數(shù)，ε為電導(dǎo)體和內(nèi)部H elmhotz 面間區(qū)域的相對介電常數(shù)，A 為電極表面積，d 為導(dǎo)體與內(nèi)H elmhotz 面之間的距離。近年來研究主要集中在提高碳材料的表面積和控制碳材料的孔徑及孔徑分布，并開發(fā)出許多不同類型的碳材料，主要有： 活性碳粉、活性炭纖維、碳?xì)饽z、碳納米管等。
2.貴金屬氧化物電極電容器：對貴金屬氧化物電極電容器的研究，主要采用RuO2，IrO2等貴金屬氧化物作為電極材料。由于電極的導(dǎo)電性比碳電極好，電極在硫酸中穩(wěn)定，可以獲得更高的比能量，制備的電容器比碳電極電容器具有更好的性能，因此具有很好的發(fā)展前景。但是，由于RuO2 貴金屬的資源有限、價格昂貴限制了它的使用。以RuO2·nH 2O無定型水合物作電極，5.3mol·L-1H2SO4 作電解液所制得的電容器比電容能達到700F·g - 1;而以無定型水合物MnO2·nH2O作電極，2m ol·L- 1KCl水溶液作電解液所制得的電容器比電容也可達到200F·g - 1.但比較而言，因為在中性KCl水溶液中材料比較穩(wěn)定，不發(fā)生化學(xué)副反應(yīng)，以KCl水溶液作電解液適用于多種電極材料。以RuO2作為電極材料的研究主要集中在電極制備方法上。
3.導(dǎo)電聚合物電極電容器：導(dǎo)電聚合物電極電容器作為一種新型的電化學(xué)電容器，具有高性能和比貴金屬超級電容器更優(yōu)越的電性能?？赏ㄟ^設(shè)計選擇相應(yīng)聚合物的結(jié)構(gòu)，進一步提高聚合物的性能，從而提高電容器的性能。
導(dǎo)電聚合物電極電容器可分為3 種類型：對稱結(jié)構(gòu)--電容器中兩電極為相同的可p型摻雜的導(dǎo)電聚合物（如聚噻吩）；不對稱結(jié)構(gòu)--兩電極為不同的可進行p型摻雜的聚合物材料（如聚吡咯和聚噻吩）；導(dǎo)電聚合物可以進行p型和n 型摻雜，充電時電容器的一個電極是n型摻雜狀態(tài)而另一個電極是p 型摻雜狀態(tài)，放電后都是去摻雜狀態(tài)，這種導(dǎo)電聚合物電極電容器可提高電容電壓到3V，而兩電極的聚合物分別為n 型摻雜和p 型摻雜時，電容器在充放電時能充分利用溶液中的陰陽離子，結(jié)果它具有很類似蓄電池的放電特征，因此被認(rèn)為是最有發(fā)展前景的電化學(xué)電容器。研究工作主要集中在尋找具有優(yōu)良摻雜性能的導(dǎo)電聚合物，提高聚合物電極的放電性能、循環(huán)壽命和熱穩(wěn)定等方面。
按儲存電能的機理，超級電容器可分為以下2種：
一種是“雙電層電容器”，其電容的產(chǎn)生主要基于電極P電解液上電荷分離所產(chǎn)生的雙電層電容，如碳電極電容器；另一種則被稱為“法拉第準(zhǔn)電容”，由貴金屬和貴金屬氧化物電極等組成，其電容的產(chǎn)生是基于電活性離子在貴金屬電極表面發(fā)生欠電位沉積，或在貴金屬氧化物電極表面及體相中發(fā)生的氧化還原反應(yīng)而產(chǎn)生的吸附電容，該類電容的產(chǎn)生機制與雙電層電容不同，并伴隨電荷傳遞過程的發(fā)生，通常具有更大的比電容。
根據(jù)超級電容器的結(jié)構(gòu)及電極上發(fā)生反應(yīng)， 又可分為以下2種如果兩個電極的組成相同且電極反應(yīng)相同，反應(yīng)方向相反，則被稱為對稱型。碳電極雙電層電容器，貴金屬氧化物電容器即為對稱型電容器。如果兩電極組成不同或反應(yīng)不同，則被稱為非對稱型，由可以進行n型和p 型摻雜的導(dǎo)電聚合物作電極的電容器即為非對稱型電容器，其性能表現(xiàn)形式更接近蓄電池，表現(xiàn)出更高的比能量和比功率。
根據(jù)超級電容器的電解質(zhì)來分，又可分為以下2種：
超級電容器的最大可用電壓由電解質(zhì)的分解電壓所決定。電解質(zhì)可以是水溶液（如強酸或強堿溶液）也可是有機溶液（如鹽的質(zhì)子惰性溶劑溶液）。用水溶液體系可獲得高容量及高比功率（因為水溶液電解質(zhì)電阻較非水溶液電解質(zhì)低，水溶液電解質(zhì)電導(dǎo)為10- 1~10- 2S·cm - 1，而非水溶液體系電導(dǎo)則為10- 3~10- 4S·cm - 1）選用有機溶液體系則可獲得高電壓（因為其電解質(zhì)分解電壓比水溶液的高，有機溶液分解電壓約3.5V，水溶液則為1.2V），從而也可獲得高的比能量。