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超级电容器的工作原理

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超级电容器的工作原理

发布日期:2018-07-04 00:00 来源:http://www.2f0s.com 点击:

    超级电容器的工作原理是利用双电层原理的电容

  当外加电压加到超级电容的两个极板上时,与普通电容同样,极板的正电极存储正电荷,而负极板存储负电何。在超级电容器的两个极板上电荷产生的电场作用下,电解液与电极间的界面上形成相反的电荷,以平衡电解液的内电场。这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上,以正负电荷之间极短间隙排列在相反位置上的电荷分布层称为双层,因此电容器容量非常大。

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  当两极板间电势低于电解的氧化还原电极上的电势时,电解液界面上电荷不会脱离电解液,超级电容器为正常工作状态,通常在3V以下;如超级电容器两端电压高于电解液的氧化还原电极上的电势时,电解液将分解,为非正常状态。由于随超级电容器放电,正、负极板上的电荷被外电路泄放,电解液的界面上的电荷相应减少。因此可知,超级电容的充放电过程为物理过程,并无化学反应,因而性能较为稳定

  电极是电容器的核心组成部分,其结构、性质对超级电容器的性能起决定性影响。根据目前研究的现状,可将电极材料分为三类:金属氧化物、高分子聚合物和碳基电极材料。

  由于采用金属氧化物和高分子聚合物作为电极材料的电化学电容器,在其电极电解质界面所产生的法拉第准电容要远大于碳材料的双电层电容,因而备受研究者的关注。已取得不少研究成果,但因其多采用贵金属氧化物或导电聚合物作为电极材料,生产成本高,同时其本身在使用过程中化学稳定性较碳基材料差。因此,对于电化学电容器的研究课题主要为降低生产成本和提高材料的化学稳定性

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  由于活性炭具有多孔、大的比表面积、电导率高、化学稳定性好、成本低廉等特点,作为双电层电容器的电极材料,可获得较高的能量密度和功率密度,因此目前大多以活性炭作为极化电极。同时为了进一步提高碳基电极材料的性能,通过表面改性和各种新型制备工艺对碳基电极材料进行大量研究工作,主要包括活性炭、活性炭纤维碳凝胶、 纳米碳管、玻璃碳、碳纤维、高密度石墨和热解聚合物基体所得到的泡沫等

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