超级电容器 (SC)，也称为超级电容器，是一种高容量电容器，具有[2]。充电电池比充电和放电周期，可以比电池更快地接受和传输电荷，并且耐受更多每单位体积或质量的能量之间的差距。它通常比电解电容器存储多 10 到 100 倍的可充电电池和电解电容器限制更低。它弥补了电压值远高于固态电容器，但电容

与普通电容器不同，超级电容器不使用传统的固体电介质，而是使用静电 双层电容和电化学 赝电容,[3] 两者都对电容器的总电容有贡献。

超级电容器用于需要多次快速充电/放电周期的应用，而不是长期紧凑型能量存储：在汽车、公共汽车、火车、起重机和电梯中，它们用于再生制动、短期能量存储或突发模式电力输送。[4]较小的装置用作静态随机存取存储器 (SRAM) 的备用电源。

原理

电化学电容器（超级电容器）由两个由离子渗透膜（隔膜隔开的电极组成） ），以及离子连接两个电极的电解质。当电极被施加的电压极化时，电解质中的离子形成极性与电极极性相反的双电层。例如，正极化的电极将在电极/电解质界面处具有负离子层，以及吸附在负层上的正离子电荷平衡层。对于负极化电极则相反。

此外，根据电极材料和表面形状，一些离子可能会渗透双层，成为特定吸附的离子，并以赝电容的形式贡献于超级电容器的总电容。

每个电化学电容器都有两个电极，通过隔膜机械分隔开，这两个电极通过电解质以离子方式相互连接。电解质是溶解在水等溶剂中的正离子和负离子的混合物。在两个电极表面中的每一个处产生液体电解质接触电极的导电金属表面的区域。该界面形成物质的两个不同相之间的共同边界，例如不溶性固体< i=6>电极表面和相邻的液体电解质。在这个界面中出现了一种非常特殊的现象：双层效应。[25]

向电化学电容器施加电压会导致电容器中的两个电极生成双电层。这些双层由两层电荷组成：一层电子层位于电极的表面晶格结构中，另一层具有相反极性，从溶解的中出现 和溶剂化 离子在电解质中。两层由单层溶剂分子分开，例如，对于 水 作为 溶剂 的水分子，称为内亥姆霍兹平面 (IHP ）。溶剂分子通过物理吸附附着在电极表面，并将相反极化的离子彼此分离，可以理想化为分子电介质。在此过程中，电极和电解液之间没有电荷转移，因此造成粘附的力不是化学键，而是物理力，例如 ，静电力。吸附的分子被极化，但由于电解质和电极之间缺乏电荷转移，因此没有发生化学变化。

超级电容器通过两种存储原理存储电能：静态双层电容和电化学赝电容;两种电容的分布取决于电极的材料和结构。根据存储原理，超级电容器可分为三种类型：[16][24]

双层电容器（EDLC）：带有活性炭比电化学赝电容具有更高静电双层电容的电极或衍生物

赝电容器：具有过渡金属氧化物或导电聚合物具有高电化学赝电容的电极

混合电容器：具有不对称电极，其中一个主要表现出静电电容，另一个主要表现出电化学电容，例如锂离子电容器< /span>

由于双层电容和赝电容都对电化学电容器的总电容值有着不可分割的贡献，因此只能在通用术语下对这些电容器给出正确的描述。最近提出了超级电容器和超级电池的概念，以更好地代表那些分别表现得更像超级电容器和可充电电池的混合设备。[33]

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