馬紅雷

摘 要：由于人類對能源需求量越來越多，對環(huán)境保護意識越來越強。發(fā)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(fā)展。

關(guān)鍵詞：超級電容器；法拉第贗電容；雙電層；鈷酸銅；導(dǎo)電率

引言

隨著人們生活水平逐漸提高，工業(yè)水平不斷發(fā)展，煤炭和石化能源日漸枯竭，并且這種能源造成環(huán)境大量的污染，這就迫使人類開發(fā)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(fēng)能、核能、水能等。這些能源我們幾乎都轉(zhuǎn)化為了電能。 而傳統(tǒng)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(huán)周期短等缺點。這就迫使人們研發(fā)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(fā)展，人類研發(fā)出一種介于傳統(tǒng)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(yōu)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(chǎn)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(xiàn)放電，來完成一個充放電循環(huán)。

混合電容器的極板是一種新型的電容材料，它是以傳統(tǒng)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(zhì)在電極板表層產(chǎn)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(tǒng)的物理型電容器相比，超級電容器有很多的優(yōu)點。首先能量密度高，單位面積存儲電量多，用的材料比較環(huán)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(nèi)就可以充滿，這就解決了傳統(tǒng)存儲器充電時間問題，并且對環(huán)境因素要求不高，再低溫和高溫環(huán)境下都能使用。最后循環(huán)使用壽命長，可循環(huán)充放電萬次以上。

3、超級電容器電極板材料發(fā)展

影響超級電容器性能參數(shù)的條件有很多，但主要的是電極板材料。目前應(yīng)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(dǎo)電聚合物電極材料，是采用半導(dǎo)體材料制成的高導(dǎo)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(fā)展最快的新型材料是鈷酸銅材料電極板。它是具有導(dǎo)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(lǐng)域的應(yīng)用

在新能源領(lǐng)域，主要應(yīng)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(fēng)力發(fā)電方面，電動汽車與動力混合汽車方面，微電網(wǎng)及分布式儲能方面等。

5、結(jié)束語

由于人類對能源需求量越來越多，對環(huán)境保護意識越來越強。發(fā)展清潔能源迫在眉睫。這就迫使我們?nèi)パ邪l(fā)新的超級存儲器才能滿足我們?nèi)粘Ｉ詈凸I(yè)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(lǐng)域?qū)＠季纸庾x及技術(shù)發(fā)展態(tài)勢研究[J].山東理工大學(xué)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(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所清潔能源化學(xué)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(yīng)用研究進展[J].新疆應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)院石油與化學(xué)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(shù)態(tài)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(xué)儲能技術(shù)及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[M].北京：科學(xué)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(shù)，2015，39（6）：1139-1140.

[7]王文星，路進升.微電網(wǎng)儲能電源的選擇及混合應(yīng)用[J].電源技術(shù)，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.