超级电容器

超级电容器（Supercapacitor）是可在短时间内快速充放电的电化学装置。相较于电池来说，超级电容器有着更高的功率密度和更长的循环寿命，故超级电容器可在某些应用领域替代电池，以此使设备获得更高的功率和更快的充放电速度。^[1]

超级电容器是20世纪60年代发展起来的一种新型储能元件。1962年，标准石油公司(SOHIO)生产出工作电压6V，电极材料为碳材料的电容器；该项技术之后被转让给NEC公司后，NEC公司自1979年开始生产超级电容器，并在1983年率先投入市场销售。此后，超级电容器因其若干优点而引起了广大科研工作者的极大兴趣，围绕超级电容器电极材料所开展的相关科学研究也有了诸多进展。^[2]

超级电容器是一种介于传统介电电容器和可充电电池之间的新型的储能装置，它主要依靠在电极/溶液界面产生的双电层电容或者是电活性物质在其界面处进行欠电位沉积，发生高度可逆的氧化还原反应产生赝电容来贮存能量。^[3]

超级电容器按照储能机理可以分为双电层电容器和法拉第准电容器^[2]

双电层电容器的原理是利用电极和电解质间形成的界面双电层来存储能量，双电层是电极和电解液接触时由于库仑力、分子间作用力的作用，而在固液界面出现的稳定的符号相反的两层电荷。双电层电容器通过电解质溶液的电化学极化来储能，未发生电化学反应，此类储能过程是可逆的。^[2]

法拉第准电容器的原理是在电极的二维或二维空间上发生电活性物质的欠电位沉积，产生高度的化学吸附或氧化还原反应，产生有电极充电电位相关的电容。其存储电荷的过程既包括双电层中的存储，也包括电解液中离子在电化学活性物质中的氧化还原过程产生的电荷存储。

此外，根据电解液组成不同，超级电容器可分为液态电解质电容器和固态电解质电容器；根据电极材料是否相同可分为对称型和非对称型电容器。^[3]

近年来，随着全球范围内不可再生能源的日益消耗及环保要求，油电混合汽车与新能源汽车需求量不断增加。超级电容器可作为新能源汽车的辅助电源，在汽车启动、减速、爬坡等对功率有较高要求的场景下使用，提升功率性能的同时能够平衡二次电池的载荷并延长其使用寿命。^[4]

电源是电子产品不可或缺的一部分，超级电容器可集成到电子产品中作为备用电源以保护设备及存储内容。而对于柔性可穿戴电子产品来说，可开发高性能、轻量化、柔性超级电容器，未来柔性电子产品或将对超级电容器有更多的需求。^[5]

在光能供能的系统中，由于太阳辐射及负载的波动不确定，系统通常会经历许多快速和短期的能量流入和流出电网。这会对电网系统的稳定性产生负面影响，并降低可再生能源系统的自耗和效率。超级电容器可用作短期的备用电源和电网稳定设备，从而提高设备寿命，减少能源浪费。^[6]