超級(jí)電容器工作電壓的討論

席滿意，周艷青，伍家衛(wèi)，楊興鍇，馬庭洲，王春磊，李昊遠(yuǎn)

（蘭州石化職業(yè)技術(shù)大學(xué)，甘肅 蘭州 730060）

超級(jí)電容器（SCs）因具有高功率密度、高可逆性和長(zhǎng)循環(huán)壽命（大于100 萬(wàn)圈），被廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品、新能源汽車、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域[1-7]。根據(jù)儲(chǔ)能機(jī)理的不同，超級(jí)電容器可分為2 種，即雙電層電容器（電解液離子與電極表面電荷之間的靜電吸引，在電解液/電極界面形成了帶有相反電荷的雙電層）和贗電容器（電解液中的離子在電極表面的活性物質(zhì)或體相中的二維空間或準(zhǔn)二維空間上進(jìn)行欠電位沉積）。如圖1 所示，SCs 所面臨的短板問(wèn)題是能量密度不足[8]。作為主要參數(shù)之一，操作電壓在很大程度上直接影響超級(jí)電容器的能量密度，為此，本文詳細(xì)討論了超級(jí)電容器的操作電壓和壽命的測(cè)定方法，介紹了通過(guò)一定的策略從而充分利用超級(jí)電容器電壓窗口的方法。

圖1 典型儲(chǔ)能器件的能量密度和功率密度圖

1 電化學(xué)穩(wěn)定窗口（ESW）的測(cè)定

嚴(yán)格地說(shuō)，操作電壓是指施加到系統(tǒng)上的電勢(shì)，或電池正常工作時(shí)的適當(dāng)電勢(shì)窗口。增加最大操作電壓，即允許單位質(zhì)量或體積的活性炭?jī)?chǔ)存更多的電荷（即單位電荷能增加），這些額外的電荷會(huì)以更高的電壓儲(chǔ)存。目前，研究的重點(diǎn)是開發(fā)能夠承受較大正負(fù)電位的電解液。一種特定的電解液被還原或氧化的電勢(shì)，原則上是一種與電極材料無(wú)關(guān)的熱力學(xué)性質(zhì)。反應(yīng)動(dòng)力學(xué)在許多情況下是緩慢的，稍微超過(guò)熱力學(xué)勢(shì)的極限，通常會(huì)導(dǎo)致微不足道的極化電流流動(dòng)。……