詳解超級電容器分類和儲能原理

超級電容器的構造與鋰離子電池相近， 都是按照正極/隔膜/負極依次排列組裝而成。 其中正負極都是通過將活性物質涂覆在集流體上后經烘干并壓實而成， 隔離膜放置在正負極中間以避免正負極短路， 電解液作為離子傳輸的載體。

隨著超級電容器研究方向的跨學科化和應用場景的廣泛化， 超級電容器的種類日益增多。

按照儲能原理來區分：雙電層電容器、法拉第贗電容器和混合型電容器;按電極材料來區分：碳基電容器、金屬氧化物電容器和導電聚合物電容器;按照電極材料是否為同一種電極材料區分：對稱型電容器和混合型電容器;按照電解液種類來區分：有水系電解液電容器和非水系電解液電容器， 其中水系電解液電容器又有酸性、 中性和堿性水系電解液電容器之分。

不同于鋰離子電池通過氧化還原反應讓鋰離子從正負極中反復嵌入與脫出來實現儲存和釋放能量， 超級電容器儲能機理的基礎是雙電層理論。

外電場促使電解液中的正負離子分別在電容器的的負極/正極的固液界面上定向排列， 充電時電容器的正負極板表面集聚過剩電荷， 電解液中的相反電荷就會在正負極的固液界面定向排列，形成雙電層; 放電時正負極板通過導通的外電路發生電荷轉移， 過剩電荷量減少， 相應的固液界面的相反電荷回到電解液中， 從而實現能量的儲存和釋放。

法拉第贗電容器的儲能機理除了有雙電層電容器的儲能方式外， 還有氧化還原儲能方式， 即離子被吸附到正負極板上活性物質的表面或嵌入活性物質內， 與周圍物質發生氧化還原反應來實現能量的存儲， 這種方式沒有材料的相變， 有別于鋰離子電池中的鋰離子在正負極間的嵌入與脫嵌。

基于以上原理， 相比于傳統可充電電池， 超級電容器對于電極材料的需求有著自己獨有的特點，主要包括高的比能量、 高的比功率和長的循環壽命。

就材料本身特性來說， 需要其具有高的比表面積以及好的導電性和吸附性能。而碳基電極材料恰恰具備以上優勢， 并且原料豐富廉價、 制備工藝簡單、 孔隙狀態易調， 化學性質穩定、 導熱導電性能好， 比表面積高、 循環性能優異， 并且可作為基底與金屬氧化物和導電聚合物組成復合物， 是目前應用最廣 泛和商業化最成熟的超級電容器電極材料。

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