超級電容器的發展與研究

馬紅雷

摘 要：由于人類對能源需求量越來越多，對環境保護意識越來越強。發展清潔能源迫在眉睫。本研究探討了超級電容器的特點和超級電容器電極板材料發展。

關鍵詞：超級電容器；法拉第贗電容；雙電層；鈷酸銅；導電率

引言

隨著人們生活水平逐漸提高，工業水平不斷發展，煤炭和石化能源日漸枯竭，并且這種能源造成環境大量的污染，這就迫使人類開發新的可再生無污染的能源，目前人類能利用的清潔能源有，太陽能、風能、核能、水能等。這些能源我們幾乎都轉化為了電能。 而傳統的電能存儲裝置總是存在著很嚴重的不足，存儲的容量小，充電的時間長，充放電循環周期短等缺點。這就迫使人們研發新的更有價值的電能存儲器。

1、超級電容器的原理及分類

由于新科技不斷的發展，人類研發出一種介于傳統電容器和電池之間的新型電能存儲裝置，這種存儲裝置具有壽命長、安全性高、可以快速充放電等優點。我們稱之為“超級電容器”。目前這種電容器主要有三種：雙電層電容器、混合電容器和法拉第贗電容器。

雙電層電容器有兩個電層極板來存儲能量，通過充電在兩個電層極板間產生大量正負電荷，去掉電源后在兩個極板間接入外界電路，就可以實現放電，來完成一個充放電循環。

混合電容器的極板是一種新型的電容材料，它是以傳統的電池材料和新型的活性炭作為電容器的正負端。

法拉第贗電容器是在加入一個外電壓的作用下，電活性物質在電極板表層產生欠電壓沉積，形成贗電容，其工作原理如圖1。

2、超級電容器的特點

和傳統的物理型電容器相比，超級電容器有很多的優點。首先能量密度高，單位面積存儲電量多，用的材料比較環保幾乎無污染。其次充放電時間短，可以進行大電流快速充電，很短的時間內就可以充滿，這就解決了傳統存儲器充電時間問題，并且對環境因素要求不高，再低溫和高溫環境下都能使用。最后循環使用壽命長，可循環充放電萬次以上。

3、超級電容器電極板材料發展

影響超級電容器性能參數的條件有很多，但主要的是電極板材料。目前應用最廣泛的是炭基材料，價格便宜存儲量大性價比較高。其次是導電聚合物電極材料，是采用半導體材料制成的高導電性能的電極材料。再次就是金屬氧化物電極材料，這種材料存儲能力強，并且很容易獲得。目前發展最快的新型材料是鈷酸銅材料電極板。它是具有導電率高、使用壽命長、耐腐蝕、自然界含量豐富、成本比較低廉等特點，而成為超級電容器材料的主流。

4、超級電容器在新能源領域的應用

在新能源領域，主要應用超級電容器的“工作溫度范圍廣，使用壽命長，沖放電速度快，功率密度大”等特點。比如說，用在風力發電方面，電動汽車與動力混合汽車方面，微電網及分布式儲能方面等。

5、結束語

由于人類對能源需求量越來越多，對環境保護意識越來越強。發展清潔能源迫在眉睫。這就迫使我們去研發新的超級存儲器才能滿足我們日常生活和工業的需求。

參考文獻：

[1]馬永新，周群，伊惠芳，冀方燕.超級電容器領域專利布局解讀及技術發展態勢研究[J].山東理工大學科技信息研究所.2017（12）

[2]郎俊偉，張旭，王儒濤，閻興斌. 超級電容器能量密度的提升策略 [J].中國科學院蘭州化學物理研究所清潔能源化學與材料實驗室.2017（05）

[3]門春艷.碳納米管紙的制備及柔性超級電容器應用研究進展[J].新疆應用職業技術學院石油與化學工程系.2017（29）

[4]黃丁順 .基于超級電容器的大容量儲能項目及技術態勢研究[J].電子元件與材料，2014，33（6）：77–78.

[5]蘇偉，劉世念，鐘國彬等.化學儲能技術及其在電力系統中的應用[M].北京：科學出版社，2013.

[6]劉蘭蘭 .美國 CNSI研制出新型混合超級電容器[J].電源技術，2015，39（6）：1139-1140.

[7]王文星，路進升.微電網儲能電源的選擇及混合應用[J].電源技術，2013，37（9）：1697–1699.

[8]SIMONP，GOGOTSIY，DUNNB.WheredoBatteriesEnd and Supercapacitors Begin[J].Science，2014，343（10）： 1210-1211.

[9]YU Guihua，XIEXing，PANLijia，etal.HybridNanostruc- turedMaterialsforHigh-performanceElectrochemicalCapaci- tors[J].NanoEnergy，2013（2）：213-234.

[10]REIT R，NGUYENJ，READY W J.Growth TimePer- formanceDependenceof Vertically Aligned Carbon Nano- tubeSupercapacitors Grown on Aluminum Substrates[J]. ElectrochimicaActa，2013，91（3）：96-100.