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电化学电容器的特点及应用

随着科学技术的发展，人类生活环境的提高，对能源的要求也越来越多样化，也要求储

能设备具有更高的能量密度和功率密度，来替代或者辅助当前使用的电池。对电动汽车发展

的要求更促使了对新型储能设备的研制。

电化学电容器(ElectrochemicalCapacitor，EC)有着法拉级的超大电容量，比传统的静

电电容器的能量密度高上百倍，它的功率密度较电池高近十倍，充放电效率高，不需要维护

和保养，寿命长达十年以上，是一种介于传统静电电容器和化学电源之间的新型储能元件。

电化学电容器现在有不同的称呼，有超电容器(Supercapacitor)，超大容量电容器

(Ultracapacitor)，双电层电容器(Electricdoublelayercapacitor，EDLC)，以及金电容

(Goldcapacitor)等。

l电化学电容器的原理和特点

根据电化学电容器储存电能的机理的不同，可以将它分为双电层电容器(Electricdouble

layercapacitor)和赝电容器(Pesudocapacitor)。

1．1双电层电容器的原理

双电层电容器的基本原理是利用电极和电解质之间形成的界面双电层来存储能量的一种

新型电子元件。当电极和电解液接触时，由于库仑力、分子间力或者原子间力的作用，使固

液界面出现稳定的、符号相反的两层电荷，称为界面双电层。

双电层电容器电极通常由具有高比表面积的多孔炭材料组成。炭材料具有优良的导热和

导电性能，其密度低，抗化学腐蚀性能好，热膨胀系数小，可以通过不同方法制得粉末、颗

粒、块状、纤维、布、毡等多种形态。目前双电层电容器的炭材料有：活性炭粉末、活性炭

纤维、炭黑、碳气凝胶、碳纳米管(CNT)、玻璃碳、网络结构炭以及某些有机物的炭化产物。

对炭材料的研究主要集中在活性炭，碳纳米管和碳气凝胶上。活性炭材料主要是提高其有效

比表面积和可控微孔孔径(2nm)。近年来有文献报道，通过合理控制孔径分布及表面积，在

水溶液和非水溶液中活性炭电极可分别得到高达280F／g和120F的比电容量。碳气凝胶由

美国LawrenceLivermoreNationalLaboratory开发出来，现在已经由Powerstor公司生产出碳气

凝胶超大容量电容器，具有超高容量，极低的。，宽的温度范围，但此材料的制备相对较繁

琐。碳纳米管用于电化学电容器的电极材料具有独特的中孔结构，良好的导电性，比表面积

大，适合电解液中离子移动的孔隙以及交互缠绕可形成纳米尺度的网状结构，因此，被认为

是电化学电容器的理想电极材料，成为研究热点，并取得了很大进展。

1．2赝电容器的基本原理

继双电层电容器后，又发展了赝电容器。赝电容，也称法拉第准电容，是在电极表面或

体相中的二维或准二维空间上，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸附，脱

附或氧化，还原反应，产生和电极充电电位有关的电容。赝电容不仅在电极表面，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

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情况下，赝电容可以是双电层电容量的10～100倍。来源:输配电设备网

目前赝电容电极材料主要为一些金属氧化物和导电聚合物。目前对金属氧化物电极电化学电

容器所用电极材料的研究，主要是一些过渡金属氧化物，如a—MnO2‘nH20、a—V205•nH20、

a—RuO2•nH20、IrO2、Ni0、H3PMol2040‘nH20、W03、Pb02、Co304、SrRuO3等，另外还

有发展金属的氮化物y-M~N作电极材料。金属氧化物基电容器目前研究最为成功的电极材料

主要是氧化钌，由于贵金属的资源有限，价格过高将限制对它的使用，对于金属氧化物电容

器的研究主要在于降低材料的成本，寻找较廉价的材料。

用导电聚合物作电化学电容器的电极材料是近年来发展起来的一个新的研究领域。其电

能储存机理是通过电极上聚合物中发生快速可逆的n型或P型元素掺杂和去掺杂氧化还原反

应，使聚合物达到很高的储存电荷密度，从而产生很高的赝电容达到储能目的。导电聚合物

材料具有良好的电子导电性，因此制作的电容