超級電容器的特點及其技術介紹

　　與傳統(tǒng)電容器相比，超級電容器具有更大的比電容、更高的能量密度、更長的使用壽命等特點，而與鋰離子電池相比，超級電容器又具有更高的功率密度、更長的使用壽命及綠色環(huán)保等優(yōu)點。超級電容器在未來儲能器件領域占有絕對的優(yōu)勢，在軍事、混合動力汽車、智能儀表等諸多領域具有廣泛的應用前景。

　　隨著社會的快速發(fā)展和人口的急劇增長，資源消耗日益增加，能源危機迫在眉睫，因此，尋找清潔高效的新能源與能源存儲技術及裝置已成為備受關注的研究課題。與傳統(tǒng)電容器相比，超級電容器具有更大的比電容、更高的能量密度、更長的使用壽命等特點，而與鋰離子電池相比，超級電容器又具有更高的功率密度、更長的使用壽命及綠色環(huán)保等優(yōu)點。超級電容器在未來儲能器件領域占有絕對的優(yōu)勢，在軍事、混合動力汽車、智能儀表等諸多領域具有廣泛的應用前景。

　　超級電容器是一種介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的新型儲能器件，通過在電極材料和電解質(zhì)界面快速的離子吸脫附或完全可逆的法拉第氧化還原反應來存儲能量，根據(jù)儲能與轉(zhuǎn)化機制的不同可將超級電容器分為雙電層電容器（Electric double layer capacitors，EDLC）和法拉第準電容器（又叫贗電容器，Pseudocapacitors）。雙電層電容器是建立在雙電層理論基礎之上的，1879年，Helmholz發(fā)現(xiàn)了電化學界面的雙電層電容性質(zhì);1957年，Becker申請了第一個由高比表面積活性炭作電極材料的電化學電容器方面的專利（提出可以將小型電化學電容器用做儲能器件）;1962年，標準石油公司（SOHIO）生產(chǎn)了一種6V的以活性碳（AC）作為電極材料、以硫酸水溶液作為電解質(zhì)的超級電容器，1969年，該公司首先實現(xiàn)了碳材料電化學電容器的商業(yè)化;1979年，NEC公司開始生產(chǎn)超級電容（Super CaPACitor），開始了電化學電容器的大規(guī)模商業(yè)應用。隨著材料與工藝關鍵技術的不斷突破，產(chǎn)品質(zhì)量和性能不斷得到穩(wěn)定和提升，到了九十年代末開始進入大容量高功率型超級電容器的全面產(chǎn)業(yè)化發(fā)展時期。超級電容器作為電化學能源存儲領域的前沿研究方向之一，近十年內(nèi)有多個突破性工作，其發(fā)展也向著小型化、柔性化、平面化等方向發(fā)展。

　　石墨烯在實驗室中是2004年被發(fā)現(xiàn)的，當時英國曼徹斯特大學的兩位科學家安德烈˙杰姆和克斯特亞˙諾沃消洛夫發(fā)現(xiàn)他們能用一種非常簡單的方法得到越來越薄的石墨薄片。石墨烯具有優(yōu)異的電導性、超高的比理論表面積、穩(wěn)定的物理化學特性等特點，因此石墨烯基超級電容器具有優(yōu)異的電化學性能，如高的比容量、極長的壽命、極小的阻力等。目前石墨烯基超級電容器研究成為儲能領域的一大熱點，石墨烯基電極材料有望全面超越傳統(tǒng)碳材料而得到廣泛應用。然而石墨烯團聚導致的低表面積和長離子傳輸路徑嚴重限制了石墨烯基電容器的應用價值，因此人們一直致力于制備大比表面積、短離子傳輸路徑的石墨烯基電極材料。

　　圖1 商業(yè)超級電容器實物圖（a， b），混合動力汽車中的超級電容器電源（c）