什么是超級(jí)電容器？

超級(jí)電容器（Supercapacitors，ultracapacitor），又名電化學(xué)電容器（ElectrochemicalCapacitors），雙電層電容器（ElectricalDouble-LayerCapacitor）、黃金電容、法拉電容，是從上世紀(jì)七、八十年代發(fā)展起來的通過極化電解質(zhì)來儲(chǔ)能的一種電化學(xué)元件。它不同于傳統(tǒng)的化學(xué)電源，是一種介于傳統(tǒng)電容器與電池之間、具有特殊性能的電源，重要依靠雙電層和氧化還原贗電容電荷儲(chǔ)存電能。但在其儲(chǔ)能的過程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種儲(chǔ)能過程是可逆的，也正因?yàn)榇顺?jí)電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬次。其基本原理和其它種類的雙電層電容器相同，都是利用活性炭多孔電極和電解質(zhì)組成的雙電層結(jié)構(gòu)獲得超大的容量。突出優(yōu)點(diǎn)是功率密度高、充放電時(shí)間短、循環(huán)壽命長(zhǎng)、工作溫度范圍寬，是世界上已投入量產(chǎn)的雙電層電容器中容量最大的一種。

如何辨別超級(jí)電容器是雙電層原理的還是電化學(xué)原理的還就是電池。

在市場(chǎng)上，超級(jí)電容器的概念很混亂，因此有必要掌握鑒別各類超級(jí)電容器的基本能力。

首先，要清楚什么是超級(jí)電容器。既然稱之為電容器，就應(yīng)該是物理過程存儲(chǔ)電荷，而不是依靠電化學(xué)過程存儲(chǔ)電荷。在這個(gè)基本概念下，純雙電層原理的超級(jí)電容器是真正的電容器；電化學(xué)電容器是否可以稱為電容器則要分析。電化學(xué)超級(jí)電容器應(yīng)分為兩類，假如是一雙電層原理占重要電荷（或能量）存儲(chǔ)的可以稱之為超級(jí)電容器，一般這種超級(jí)電容器的能量密度不會(huì)比雙電層效應(yīng)的超級(jí)電容器大多少，因此，這種超級(jí)電容器幾乎沒有實(shí)際意義；第二類的電化學(xué)超級(jí)電容器的電荷存儲(chǔ)是一電化學(xué)原理占重要成分，雙電層原理所占的電荷僅僅是一小部分。這種超級(jí)電容器實(shí)際上應(yīng)成為電容電池，一進(jìn)部署一電容器范疇，在實(shí)際上，蓄電池里或多或少也存在雙電層效應(yīng)，是否將鋰離子電池、鎳氫電池、鉛酸電池液歸類于超級(jí)電容器中，結(jié)果是否定的。因此，假如電化學(xué)效應(yīng)明顯的超過了雙電層效應(yīng)，也稱之為超級(jí)電容器就顯得喧賓奪主了。那么稱之為贗電容或準(zhǔn)電容倒是有些恰如其分。

接下來的問題就是如何鑒別超級(jí)是電容器還是電池、是雙電層原理的超級(jí)電容器還是電化學(xué)電容器、是有機(jī)體系超級(jí)電容器還是水系超電容器還是有機(jī)體系超級(jí)電容器。

超級(jí)電容器與電池的鑒別

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首先，雙電層原理的超級(jí)電容器的充放電過程中沒有電化學(xué)過程。因此，超級(jí)電容器的電壓可以釋放到零，所以雙電層超級(jí)電容器在存儲(chǔ)過程中超級(jí)電容器兩端是短接的，也就是說在不用時(shí)不希望超級(jí)電容器帶有電荷或電壓。而蓄電池的電壓是不允許釋放到零的也不允許正、負(fù)電極短接的，這樣會(huì)造成短路并損壞電池。因此，僅僅從平時(shí)的兩個(gè)電極是否短接就可以簡(jiǎn)單的判別出來。當(dāng)然，用是否可以放電到零作為區(qū)分超級(jí)電容器和電池的方法也是行之有效的；第二，從理論上講由于超級(jí)電容器的兩個(gè)電極是對(duì)稱的，因此允許反向電壓工作，而蓄電池決不允許也不可能反向電壓工作；第三，雙電層原理的超級(jí)電容器的充電過程的電壓與電荷之間的關(guān)系是線性關(guān)系，而電池的電壓與電荷之間的關(guān)系不是線性關(guān)系。

假如是電化學(xué)超級(jí)電容器與蓄電池之間的鑒別要比雙電層原理的超級(jí)電容器與蓄電池之間的鑒別困難一些。其原因是，電化學(xué)超級(jí)電容器與蓄電池的原理是相同的，所不同的是電化學(xué)超級(jí)電容器的還有一部分雙電層效應(yīng)作為儲(chǔ)能的一部分，假如沒有這一點(diǎn)就從本質(zhì)上不屬于超級(jí)電容器；假如要區(qū)分電化學(xué)超級(jí)電容器與蓄電池，可以從能量密度入手。即電化學(xué)超級(jí)電容器的儲(chǔ)能遠(yuǎn)低于蓄電池。因此從放電能力的比較是可以區(qū)分出電化學(xué)電容器和蓄電池的。

雙電層超級(jí)電容器與電化學(xué)超級(jí)電容器的鑒別

由于電化學(xué)超級(jí)電容器的特性與蓄電池非常相像，區(qū)鑒別雙電層超級(jí)電容器和電化學(xué)超級(jí)電容器的方法與雙電層超級(jí)電容器與蓄電池的鑒別方法相同，即雙電層超級(jí)電容器可以將電壓釋放到零，而電化學(xué)超級(jí)電容器不允許將端電壓釋放到零；也可以利用雙電層原理超級(jí)電容器ESR遠(yuǎn)低于電化學(xué)超級(jí)電容器來鑒別是雙電層超級(jí)電容器還是電化學(xué)超級(jí)電容器；第三種方法，由于電化學(xué)超級(jí)電容器在充放電過程中存在電化學(xué)反應(yīng)，相應(yīng)的能量存儲(chǔ)與釋放比雙電層超級(jí)電容器高。因此，電化學(xué)超級(jí)電容器的等效法拉數(shù)大于雙電層超級(jí)電容器?？梢詮姆ɡ瓟?shù)區(qū)分電化學(xué)超級(jí)電容器與雙電層超級(jí)電容器。

水系與有機(jī)體系超級(jí)電容器的鑒別

水系超級(jí)電容器和有機(jī)體系超級(jí)電容器的鑒別很簡(jiǎn)單。水系超級(jí)電容器的額定電壓與有機(jī)體系超級(jí)電容器不是一個(gè)電壓等級(jí)，有機(jī)體系超級(jí)電容器的額定電壓在2.3~2.7V之間，而水超級(jí)電容器則為1.6V以下。關(guān)于單體超級(jí)電容器來說，僅從其額定電壓值就可以區(qū)分有機(jī)體系超級(jí)電容器和水系超級(jí)電容器。由于有機(jī)體系超級(jí)電容器的能量密度高于水系超級(jí)電容器，從能量密度角度也可以區(qū)分有機(jī)體系超級(jí)電容器還是水系超級(jí)電容器。如水系超級(jí)電容器的體積通常比較大，重量比較重。

在封裝形式方面，小容量的有機(jī)體系超級(jí)電容器的封裝類似于電級(jí)電容器或扣式電池，而水系超級(jí)電容器則沒有類似地級(jí)電容器那樣的封裝形式。在ESR方面雙電層原理的水系超級(jí)電容器的ESR低于有機(jī)體系超級(jí)電容器，因此水系雙電層原理的超級(jí)電容器放電電流高于有機(jī)體系。

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