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一、超级电容器概述

超级电容器是一种独特的电能储存设备，作为化学电池的高效替代品。其基本构造由涂覆在多孔碳材料上的电极，这些电极间由电解质分隔，形成双电层电容器（EDLC）。不同于通过化学反应储存能量，超级电容器通过物理吸附和离子解吸机制迅速储存和释放能量，利用双电层结构储存能量，这使得其充电速度远快于传统电池。

现代技术进步使多孔碳材料的表面积显著增大，提高了电容密度，使得超级电容器在体积效率上远超小型硬币电池，尤其适合于物联网设备等小型设备的备用电源。其充电速度快，寿命理论上无限，对比锂电池的有限循环次数，具有明显优势。

在汽车行业中，超级电容器因其高可靠性在断电保护中扮演重要角色。汽车环境对电池性能构成挑战，而KEMET的超级电容器，如FMD0H334ZF和FU0H105ZF，使用独特的水性电解质，即便在高温高湿条件下仍保持优异性能。它们被设计为能在极端条件下工作，如85°C-85%RH的环境，且在汽车测试协议下表现出长时间的耐用性。

KEMET的小型超级电容器采用高强度封装和耐高温隔膜，确保了在恶劣环境下也能稳定运行。这些产品，如FMU0H334ZF，更是突破性地实现了在105°C的高温下长时间工作，展示了其在汽车、医疗、航空航天等领域的广泛应用潜力。

二、超级电容器的基本概念及类型?

超级电容器，这一前沿储能技术，以其独特的性能区别于传统电池，在多个领域展现出巨大的应用潜力。根据其工作原理，超级电容器主要分为双电层型和赝电容型两大类。

**双电层型超级电容器**

在双电层型超级电容器中，电极材料的选择丰富多样，包括活性炭、碳纤维、碳气凝胶和碳纳米管等。例如，活性炭电极利用其高比表面积实现优良的电荷存储能力，而碳纤维电极则通过增强材料的导电性来提升性能。

超级电容器的产品形式也各具特色：其中包括平板式超级电容器，这类设备常见于扣式体系，拥有平面或圆片状的电极。此外，还有多层叠片串联的高压超级电容器，例如Econd公司的高压产品，能够承受超过300V的工作电压。绕卷型超级电容器也是一类重要的产品，通过将电极材料涂覆在集流体上并进行绕制，它们不仅具有较高的电容量，还能提供良好的功率密度。

**赝电容型超级电容器**

赝电容型超级电容器则主要由金属氧化物（例如NiOx、MnO2、V2O5）和聚合物（如PPY、PTH等）电极构成，通常以活性炭作为负极。这类超级电容器以其高能量密度受到关注，尽管如此，除了NiOx型之外，大多数赝电容型超级电容器仍处于研发阶段，尚未实现商业化大规模生产。

**电解质类型**

电解质是超级电容器的核心组成部分，根据其化学组成，电解质可以分为水性电解质和有机电解质两大类。

水性电解质包括酸性（如36%H2SO4）、碱性（如KOH、NaOH）和中性（如KCl、NaCl）电解质，它们在超级电容器中得到广泛应用。

有机电解质则常用锂盐（如LiClO4）和季铵盐（如TEABF4）作为电解质成分，并与有机溶剂如PC、ACN等配合使用。

此外，超级电容器还可根据电解质的状态分为液体电解质和固体电解质。固体电解质，如凝胶电解质和PEO等，正在积极研究中，未来有望进一步优化超级电容器的性能。

超级电容器的分类及其储能原理的详细讲解

超级电容器的构造与锂离子电池相近，都是按照正极/隔膜/负极依次排列组装而成。其中正负极都是通过将活性物质涂覆在集流体上后经烘干并压实而成，隔离膜放置在正负极中间以避免正负极短路，电解液作为离子传输的载体。

随着超级电容器研究方向的跨学科化和应用场景的广泛化，超级电容器的种类日益增多。

按照储能原理来区分：双电层电容器、法拉第赝电容器和混合型电容器;按电极材料来区分：碳基电容器、金属氧化物电容器和导电聚合物电容器;按照电极材料是否为同一种电极材料区分：对称型电容器和混合型电容器;按照电解液种类来区分：有水系电解液电容器和非水系电解液电容器，其中水系电解液电容器又有酸性、中性和碱性水系电解液电容器之分。

不同于锂离子电池通过氧化还原反应让锂离子从正负极中反复嵌入与脱出来实现储存和释放能量，超级电容器储能机理的基础是双电层理论。

外电场促使电解液中的正负离子分别在电容器的的负极/正极的固液界面上定向排列，充电时电容器的正负极板表面集聚过剩电荷，电解液中的相反电荷就会在正负极的固液界面定向排列，形成双电层;放电时正负极板通过导通的外电路发生电荷转移，过剩电荷量减少，相应的固液界面的相反电荷回到电解液中，从而实现能量的储存和释放。

法拉第赝电容器的储能机理除了有双电层电容器的储能方式外，还有氧化还原储能方式，即离子被吸附到正负极板上活性物质的表面或嵌入活性物质内，与周围物质发生氧化还原反应来实现能量的存储，这种方式没有材料的相变，有别于锂离子电池中的锂离子在正负极间的嵌入与脱嵌。

基于以上原理，相比于传统可充电电池，超级电容器对于电极材料的需求有着自己独有的特点，主要包括高的比能量、高的比功率和长的循环寿命。

就材料本身特性来说，需要其具有高的比表面积以及好的导电性和吸附性能。而碳基电极材料恰恰具备以上优势，并且原料丰富廉价、制备工艺简单、孔隙状态易调，化学性质稳定、导热导电性能好，比表面积高、循环性能优异，并且可作为基底与金属氧化物和导电聚合物组成复合物，是目前应用最广泛和商业化最成熟的超级电容器电极材料。

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