我国从90年代开始研制超级电容器及其电 极材料。超级电容器及其关键材料的研制已纳 入“十五”、 “十一五” “863”计划中的部 分专项和主题：
电动车专项 纳米材料专项 特种功能材料技术主题，等
投入力度与国外相比还有很大差距
二、超级电容器概述
它是一种电化学元件，但在其储能的过程中并 不发生化学反应，这种储能过程是可逆的；
• 超级电容（supercapacitor），双电层电容(Electrical DouleLayer Capacitor)、黄金电容、法拉电容，
• 即通过外加电场极化电解质，使电解质中荷电离子分别在带有相 反电荷的电极表面形成双电层，从而实现储能。
• 其过程是物理过程，没有化学反应，且过程完全可逆，这与蓄电 池电化学储能过程不同。
超级电容器的大容量和高功率充放电就是由 这2种原理产生的。充电时,依靠这2种原理储存 电荷,实现能量的积累;放电时,又依靠这2原理, 实现能量的释放。
因此,制备高性能的超级电容器有2个途径: 一是增大电极材料比表面积,从而增大双电层电 容量;二是提高电极材料的可逆法拉第反应的机 率,从而提高准电容容量。
• 功率密度（kW/kg）:也称为比功率，指单位质量 或单位体积的超级电容器在匹配负荷下产生电/热 效应各半时的放电功率。它表征超级电容器所能 承受电流的能力
1、储能原理
化学电容储能机制可分为：
➢ 双电层电容--电极表面与电解液间双电层储能。 ➢ 准电容--电极表面快速的氧化-还原反应储能。
相应的两类电极—-—组成三种电容器
双电层电容器 正、负极——多孔炭 准电容器 正、负极——金属化合物、石墨、
导电聚合物。 度高
双电层电容原理
• 双电层电容原理是指由于正负离子在固体电 极与电解液之间的表面上分别吸附,造成两固 体电极之间的电势差,从而实现能量的存储。 这种储能原理允许大电流快速充放电,其容量 大小随所选电极材料的有效比表面积的增大 而增大。
• 充电时 ,在固体电极上电荷引力的作用下 , 电解液中阴阳离子分别聚集两个固体电极的 表面 ;放电时 ,阴阳离子离开固体电极的表 面 ,返回电解液本体。双电层的厚度取决于 电解液的浓度和离子大小。
1978年， 松下，Goldcap牌，最早产品； 1980年，NEC公司（超级电容器名称的由来） 80年代末，ELNA公司；等。
电容器的容量值0.01~几法拉
一、 超级电容器发展简介
❖ 20世纪80年代末 ，由于电动汽车发展的需
要，大尺寸超级电容器的研制成为热点。 俄、欧、美、日等国列入国家研究计划。
• 寿命：在25℃环境温度下的寿命通常在90 000小时，在 60℃的环境温度下为4 000小时，寿命随环境温度缩短 的原因是电解液的蒸发损失随温度上升。 寿命终了的标准为：电容量低于额定容量20%，ESR 增大到额定值的1.5倍。
超级电容的性能指标
• 循环寿命： 超级电容器经历一次充电和放电， 称为一个循环，超级电容器的循环寿命长，可达 到10万次以上。
➢ 美国Surpercapacitor Symposium；从1991年 起，每年都举办一次国际性的超级电容器研讨会； 美国能源部制定了超级电容器的近期、中期、长期 的研究目标。
➢ 日本设立新电容器研究会； 将超级电容器研究列 入“新阳光”计划。
➢ 以Saft牵头，欧盟组织电动车超级电容器的研制。
一、 超级电容器发展简介
• 额定电压：可使用的最高安全端电压（如2.3V、2.5V、 2.7V）
• 额定电流：5秒内放电到额定电压一半的电流
超级电容的性能指标
• 等效串联电阻：以规定的恒定电流和频率（DC和大容 量的100Hz或小容量的KHz）下的等效串联电阻。
• 漏电流：指超级电容器保持静态储能状态时，内部等效 并联阻抗导致的静态损耗，通常为加额定电压72h后测 得的电流，一般为10μA/F
实际上对一种电极材料而言,这2种储能机理往往 同时存在,只不过是以何者为主而已。
2.超级电容的性能指标
• 额定容量：以规定的恒定电流（如1000F以上的超级 电容器规定的充电电流为100A，200F以下的为3A） 充电到额定电压后保持2-3分钟，在规定的恒定电流 放电条件下放电到端电压为零所需的时间与电流的乘 积再除以额定电压值 。
• （1）电压与电极上施加或释放的电荷几乎成线 性关系; （2）设该系统电压随时间呈线性变化dV/dt=K, 则产生的电流为恒定或几乎恒定的容性充电电流 I=CdV/dt=CK。
•准电容的特点：
•准电容的充放电过程是动力学高度可逆的,与原电池及 蓄电池不同,但与静电电容类似。
•这 种 电 化 学 能 量 储 存 系 统 首 先 由 Conway 等 与 CraiyofContinental集团合作,于1975年开始并致力于这 方面的研究工作,研制出采用这种充放电原理的名为超 电容的电容器。
第六章 超级电容器
超级电容器是一种新型的储能原件，它的性能介于传统电容 器和电池之间，有很多优于传统电容器和电池的特点：
• 具有非常高的功率密度 • 充电速度快 • 使用寿命长 • 低温性能优越 • 漏电电流小 • 成本低廉，对环境无污染
一、 超级电容器发展简介
❖ 1954年第一份超级电容器的专利 ❖ 小尺寸超级电容器：
• • 超级电容器介于电容器和电池之间的储能器件，既具有电容器可
以快速充放电的特点，又具有电池的储能特性。
准电容原理（赝电容）
• 准电容原理则是利用在电极表面及其 附近发生在一定电位范围内快速可逆 法拉第反应来实现能量存储。这种法 拉第反应与二次电池的氧化还原反应 不同。
准电容原理
• 此时的放电和再充电行为更接近于电容器而不是 原电池,
•这种充放电行为,Ru的氧化物(RuO2)表现最显著,但其 最早的表现形式是H在Pt或Pb在Au上进行欠电位沉积, 产生高度可逆的化学吸附、脱附。
•为与双电层电容及电极与电解液界面形成的真正的静 电电容相区别,称这样得到的电容为法拉第准(赝)电容。
•法拉第准(赝)电容不仅只在电极表面,而且可在整个电 极内部产生,因而可获得比双电层电容更高的电容量和 能量密度。在相同电极面积的情况下,法拉第准(赝)电容 可以是双电层电容量的10～100倍。