超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)如圖所示。
雙電層介質(zhì)在電容器的二個(gè)電極上施加電壓時(shí)，在靠近電極的電介質(zhì)界面上產(chǎn)生與電極所攜帶的電荷極性相反的電荷并被束縛在介質(zhì)界面上，形成事實(shí)上的電容器的二個(gè)電極。如圖3所示，很明顯，二個(gè)電極的距離非常小，只有幾nm．同時(shí)活性炭多孔化電極可以獲得極大的電極表面積，可以達(dá)到200 m2/g。因而這種結(jié)構(gòu)的超級(jí)電容器具有極大的電容量并可以存儲(chǔ)很大的靜電能量。就儲(chǔ)能而言，超級(jí)電容器的這一特性介于傳統(tǒng)電容器與電池之間。當(dāng)二個(gè)電極板間電勢(shì)低于電解液的氧化還原電極電位時(shí)，電解液界面上的電荷不會(huì)脫離電解液，超級(jí)電容器處在正常工作狀態(tài)(通常在3 V以下)，如果電容器二端電壓超過電解液的氧化還原電極電位，那么，電解液將分解，處于非正常狀態(tài)。隨著超級(jí)電容器的放電，正、負(fù)極板上的電荷被外電路泄放，電解液界面上的電荷響應(yīng)減少。由此可以看出超級(jí)電容器的充放電過程始終是物理過程，沒有化學(xué)反應(yīng)，因此性能是穩(wěn)定的，與利用化學(xué)反應(yīng)的蓄電池不同。
超級(jí)電容器的主要特點(diǎn)
盡管超級(jí)電容器的能量密度是蓄電池的5％或更少，但是這種能量儲(chǔ)存方式可以應(yīng)用在傳統(tǒng)蓄電池不足之處與短時(shí)高峰值電流中。與電池相比，這種超級(jí)電容器具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：
一：電容量大，超級(jí)電容器采用活性炭粉與活性炭纖維作為可極化電極，與電解液接觸的面積大大增加，根據(jù)電容量的計(jì)算公式，二個(gè)極板的表面積越大，電容量就越大，因此，一般雙電層電容器容量易于超過1 F，它的出現(xiàn)使普通電容器的容量范圍驟然躍升了3~4個(gè)數(shù)量級(jí)，目前單體超級(jí)電容器的最大電容量可達(dá)5000 F；
二：充放電壽命很長，可達(dá)500000次或90000小時(shí)，而蓄電池的充放電壽命很難超過l000次；
三：可以提供很高的放電電流，如2700 F的超級(jí)電容器額定放電電流不低于950 A，放電峰值電流可達(dá)1680 A，一般蓄電池通常不能有如此高的放電電流，一些高放電電流的蓄電池，在如此高的放電電流下，使用壽命大大縮短；
四：充電速度快，充電10秒～10分鐘可達(dá)到其額定容量的95％以上，而蓄電池在如此短的時(shí)間內(nèi)充滿電將是極危險(xiǎn)或幾乎不可能的；
五：可以在很寬的溫度范圍內(nèi)正常工作(-40℃～+70℃)，而蓄電池很難在高溫特別是在低溫環(huán)境下工作；
六：產(chǎn)品原材料構(gòu)成、生產(chǎn)、使用、儲(chǔ)存以及拆解過程均沒有污染，是理想的綠色環(huán)保電源。
七：超級(jí)電容器可以任意并聯(lián)使用來增加電容量，若采取均壓措施后，還可以串聯(lián)使用。
八：充放電線路簡單，無需充電電池那樣的充電電路，安全系數(shù)高，長期使用免維護(hù)。剩余電量可直接讀出。 |
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