超级电容器的工作原理

根据储能机理的不同，超级电容器的工作原理不同，我们将将电化学电容分为不同的两类：双电层电容和法拉第准电容。那么，双电层电容和法拉第准电容的工作原理是什么呢？

一、法拉第准电容

电阻其理论模型是由Conway首先提出，是在电极表面和近表面或体相中的二维或准二维空间上，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸脱附和氧化还原反应，产生与电极充电电位有关的电容。

对于法拉第准电容，其储存电荷的过程不仅包括双电层上的存储，而且包括电解液离子与电极活性物质发生的氧化还原反应。当电解液中的离子（如H+、OH-、K+或Li+）在外加电场的作用下由溶液中扩散到电极/溶液界面时，会通过界面上的氧化还原反应而进入到电极表面活性氧化物的体相中，从而使得大量的电荷被存储在电极中。

放电时，这些进入氧化物中的离子又会通过以上氧化还原反应的逆反应重新返回到电解液中，同时所存储的电荷通过外电路而释放出来，这就是法拉第准电容的充放电机理。

二、双电层电容

是在电极/溶液界面通过电子或离子的定向排列造成电荷的对峙而产生的。对一个电极/溶液体系，会在电子导电的电极和离子导电的电解质溶液界面上形成双电层。当在两个电极上施加电场后，溶液中的阴、阳离子分别向正、负电极迁移，在电极表面形成双电层；撤消电场后，电极上的正负电荷与溶液中的相反电荷离子相吸引而使双电层稳定，在正负极间产生相对稳定的电位差。

这时对某一电极而言，会在一定距离内（分散层）产生与电极上的电荷等量的异性离子电荷，使其保持电中性；当将两极与外电路连通时，电极上的电荷迁移而在外电路中产生电流，溶液中的离子迁移到溶液中呈电中性，这便是双电层电容的充放电原理。

超级电容的用途

超级电容学名是电子双层电容【EDLC】，与传统的同样具有很高电容值的纳米介质电容不同的是，超级电容没有采用传统的固态的电解质。超级电容的能量密度大于普通电容，小于锂电池。它的功率密度小于普通电容，大于锂电池。

超级电容器又叫双电层电容器是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点;超级电容器的应用领域有：

1、税控机、税控加油机、真空开关、智能表、远程抄表系统、仪器仪表、数码相机、掌上电脑、电子门锁、程控交换机、无绳电话等的时钟芯片、静态随机存贮器、数据传输系统等微小电流供电的后备电源。

2、智能表（智能电表、智能水表、智能煤气表、智能热量表）作电磁阀的启动电源；

3、太阳能警示灯，航标灯等太阳能产品中代替充电电池；

4、手摇发电手电筒等小型充电产品中代替充电电池；

5、电动玩具电动机、语音IC、LED发光器等小功率电器的驱动电源。超级电容器是介于传统电容器和蓄电池之间的一种新型储能装置，它具有功率密度大、容量大、使用寿命长、免维护、经济环保等优点。

超级电容器局限

超级电容器在使用过程中并非每一个方面都是优越的，这就要求在运用超级电容器时能熟练掌握该装置的优缺点。受到制造技术的限制，我国在使用超级电容器时还存在安装、调试等方面的不足。不少设备因盲目使用超级电容器造成电路故障，影响了整个设备性能的发挥。作为电容器的新产品，超级电容器呈现出来的优点要显着大于缺点。

优点：

超级电容器是普通电容装置的升级，在对早期的电容器实施了多个方面的改良。主要优点在：①电容量。早期使用的常规电容器，电容存储量较小，仅能满足小负荷的电路需求；而超级电容器的电容量级别可达到法拉级，能适合更复杂的电路运行需要。

②电路。超级电容器对电路结构的要求较低，不需要设置特殊的充电电路、控制放电电路，且电容器的使用时间不会受到过充、过放的影响。③焊接。普通电容器无法进行焊接，在安装超级电容器时可根据需要进行焊接处理，防止了电池接触不良等现象的发生，提高了电容器元件的使用性能。

缺点：

通过对超级电容器的性能测试，笔者发现这种新型电容器也存在缺点。如：

①泄漏。超级电容器安装位置不合理，容易引起电解质泄漏等问题，破坏了电容器的结构性能。

②电路。超级电容器仅限于直流电路的使用，这是由于与铝电解电容器相比，超级电容器的内阻更大，不适合交流电路的运行要求。

③价格。由于超级电容器是新一代高科技产品，其刚刚推向市场时价格相对较高，增加了设备运行的成本投入。

文 / 易容老司机