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超级电容EDLC

 伴随着科技的进步,现代社会对能源的需求也不断的增长。传统的化石能源不可再生,而且对环境污染严重。现在急需一种清洁的可再生的能源以应对日益加剧的能源供给矛盾。超级电容的出现无疑是对制造清洁可再生能源的极大支持。
图 超级电容器
超级电容分类
一种是双电层电容(Electric Double Layer Capacitor-EDLC),双电层电容器是建立在双电层理论基础之上的,双电层理论是19世纪由Helmhotz、等提出,Helmhotz模型认为电极表面的静电荷从溶液中吸附离子,它们在电极/溶液界面的溶液一侧离电极一定距离排成一排,形成一个电荷数量与电极表面剩余电荷数量相等而符号相反的界面层,由于界面上存在位垒,两层电荷都不能越过边界彼此中和,因而形成了双电层电容。
公式为
为相对介电常数,A电极表面积,d电极间的间距。
另一种法拉第电容,是在电极表面活体相中的二维或三维空间上,电活性物质进行欠电位沉积,发生高度可逆的化学吸附或氧化还原反应,产生与电极充电电位有关的电容。这种电极系统的电压随电荷转移的量呈线性变化,表现出电容特征,故称为“准电容”,是作为双电层型电容器的一种补充形式。
法拉第准电容的充放电机理为:电解液中的离子(一般为H+或OH-)在外加电场的作用下向溶液中扩散到电极/溶液界面,而后通过界面的电化学反应进入到电极表面活性氧化物的体相中;若电极材料是具有较大比表面积的氧化物,就会有相当多的这样的电化学反应发生,大量的电荷就被存储在电极中。放电时这些进入氧化物中的离子又会重新回到电解液中,同时所存储的电荷通过外电路释放出来。通常具有更大的比电容。
公式为
▽Q为交换电荷量,▽V为电势差
 
超级电容(Electric Double Layer Capacitor-EDLC)和一般的二次电池比较,可以承受大电流的充放电,是充放电周期寿命优良的蓄电器件。近年,能源问题 (石油减少·消费电力减少·CO2减少·新能源的有效利用)受到了重视,作为新的用途而搭载 EDLC(超级电容)的探讨研究正在进行之中。此外,混合动力汽车和燃料电池车中,以能源的有效利用为目的的EDLC搭载的研讨也在加速进行。
图 EDLC与一般电容器的比较
 
EDLC(超级电容)的结构
图 圆筒形EDLC
 
EDLC(超级电容)的特性
1 充电速度快,充电10秒~10分钟可达到其额定容量的95%以上;
2 环使用寿命长,深度充放电循环使用次数可达1~50万次,没有记忆效应
3 大电流放电能力超强,能量转换效率高,过程损失小,大电流能量循环效率≥90%;
4 功率密度高,可达300W/KG~5000W/KG,相当于电池的5~10倍;
5 产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染,是理想的绿色环保电源;
6 充放电线路简单,无需充电电池那样的充电电路,安全系数高,长期使用免维护;
7 超低温特性好,温度范围宽-40℃~+70℃;

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