超級電容器詳解,超級電容器工作原理-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2023-11-15
雙電層電容器（英語：Electrostatic double-layer capacitor）也稱為電雙層電容器，或超級電容器；一種相對傳統電容器而言具有更高容量的一種電容器。是介于電容器和電池之間的儲能器件，它既具有電容器可以快速充放電的特點，又具有電池的儲能特性。通過極化電解質來儲存能量，它與普通電容的最大區別是它是一種電化學的物理部件，但本身并不進行化學反應，超級電容的儲電量特別大，達到法拉級的電容量。
雙電層電容器是擁有高能量密度的電化學電容器，比傳統的電解電容容量高上數百倍至千倍不等，其容量和性能介于電解電容和蓄電池之間。超級電容的吞吐速度可比電池快得多，充放電周期也遠多于蓄電池。
由于具有功率密度高、充放電時間短、循環壽命長、工作溫度范圍寬等特點，是世界上已投入量產的雙電層電容器中容量最大的一種，已經被廣泛應用。
超級電容器在結構上與電解電容器非常相似，兩者的主要區別在于制造電極的材料。早期的超級電容器的電極采用碳，碳電極材料的表面積很大，電容的大小取決于表面積和電極的距離，這種碳電極的大表面積再加上很小的電極距離，使超級電容器的容值可以非常大，大多數超級電容器可以做到法拉級，一般容值范圍為1～5000F。
超級電容器的典型結構：(1)電源；(2)收集器；(3)極化電極；(4)亥姆霍茲雙電層； (5)具有正負離子的電解質；(6)分離器。
超級電容器由兩個被離子滲透膜隔開的電極和連接兩個電極的電解質組成。電極被外加電壓極化時，電解質中的粒子便形成與電極極性相反的雙電層。例如，正極化的電極會在電極-電解質界面上激發出一層負離子，同時，會有用以平衡的正離子層吸附在負離子層上。負極化電極的情況則相反。
此外，一些離子可以根據電極材料和表面形狀滲透進雙層，成為特定的吸附離子，形成贗電容器，可視作總電容的一部分。
電極中負離子和液態電解質中溶解的正離子形成的雙電層，被一層極化的溶劑分子隔開。
基本原理為：當向電極充電時，處于理想極化電極狀態的電極表面電荷將吸引周圍電解質溶液中的異性離子，使這些離子附于電極表面上形成雙電荷層，構成雙電層電容。由于兩電荷層的距離非常小（一般0.5nm以下），再加之采用特殊電極結構，使電極表面積成萬倍的增加，從而產生極大的電容量。
雙電層電容相比采用電化學原理的電池，其充放電過程完全沒有涉及到物質的變化，所以其具有充電時間短、使用壽命長、溫度特性好、節約能源和綠色環保等特點。
雙電層電容其雙電層的間距極小，致使耐壓能力很弱，一般不會超過20V，所以其通常用作低電壓直流或者是低頻場合下的儲能原件。
雙電層電容用途廣泛。用作起重裝置的電力平衡電源，可提供超大電流的電力；用作車輛啟動電源，啟動效率和可靠性都比傳統的蓄電池高，可以全部或部分替代傳統的蓄電池；用作車輛的牽引能源可以生產電動汽車、替代傳統的內燃機、改造現有的無軌電車；用在軍事上可保證坦克車、裝甲車等戰車的順利啟動（尤其是在寒冷的冬季）、作為激光武器的脈沖能源。此外還可用于其他機電設備的儲能能源。
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