1.1 超级电容器简介

1.1.1  超级电容器概念

超级电容器，也称为超大容量电容器、电化学电容器和超高电容器等，是近几十年来发展起来的一种装置，是以电化学原理为基础研发出的大容量新型储能器件[1-12]。常规的电容器储能比较小，而超级电容器的电容比常规的电容器大20到200倍（一般是法拉级，最大的甚至可以达到几千法拉），这恰好弥补了前文所提到的缺陷。除此之外，超级电容器还具有能量密度高、电荷存储能力强、功率密度大、比功率高、成本低等诸多优点。

1.1.2  超级电容器的分类和机理

超级电容器的分类方法大致有以下几种：按储能机理可以分为双电层电容器、法拉第电容器（赝电容器）和混合型超级电容器，按电容量的大小不同可以分为小型、中型和大型超级电容器，按正负极的构成以及电极上发生反应异同可以分为对称型和非对称型超级电容器。从目前大多数的研究情况来看，以储能机理为分类方法是对电容器分类主要使用的方法。下面就以此方法介绍超级电容的原理。

1.1.2.1  双电层电容器

当电极插入电解液中时产生固液界面，固液界面在范德华力、化学键、库仑力等各种作用力的共同作用下会出现电荷量稳定且符号相反的双层电荷，称为双电层。形成双电层结构的过程非常快，在水溶液中仅仅需要10-8-10-7s，并且形成双电层的过程是可逆过程。

图1-1 双电层电容器原理图

(a) 没有外接电源时的电位；(b) 有外接电源时的电位。

1-双电层；2-电解液；3-电极；4-负载

第一个有关双电层的理论模型是由亥姆霍兹于1887年提出的。如图1-1所示，φ0为无外加电源时电极电位，外加电源对此电容器充电后正极电位升高至φ0+φ1，负极电位则降至φ¬0-φ1，通过这个原理就可以存储电荷，只要外加电源时的电极电位φ0+φ1小于双电层分解的电压值，双电层电容器就能够存储电荷。放电过程中，电流由正极流向负极，电子则通过负载从负向正极迁移，两电极电位又重新相同回复至φ0，吸附在正负极表面的电荷则脱离正负极表面重新扩散回到电解液内部。