导电高分子超级电容器电极性能测试方法研究(2)
3.3.2 模型电容器充放电效率 16
3.4 恒流充放电能量及功率比较 17
3.4.1 恒流充放电能量比较 17
3.4.2 恒流充放电功率比较 18
3.5 三种体系比较 19
结论 20
致谢 21
参考文献 22
1 绪论
电化学超级电容器是一种新型贮能装置，有快速贮存和释放能量的特点，超级电容器的电容性能主要取决于电极的材料，因此，好的电极材料的研究与开发很有必要。有机导电高分子，比如聚苯胺具有原料易于得到，合成简单，稳定性好，能进行可逆氧化还原反应以及储存电荷密度高等优点，是比较理想的超级电容器电极材料[1]。
1.1 超级电容器
超级电容器是一种比能介于电池与电容器之间，通过快速充电来实现储能的装置。超级电容器（supercapacitor,ultracapacitor）， 又叫双电层电容器(Electrical Double-Layer Capacitor)、电化学电容器(Electrochemcial Capacitor, EC), 黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。
超级电容器具有电容量大，比容高，充放电寿命长，可提供很高的放电电流，可以数十秒到数分钟内快速充电，工作温度范围大等特点[2-3]，所以今年来超级电容器的研究已经是一个热门课题。超级电容器的特点具体有：
(1)超高电容量(0. 1～50000 F)。比同体积钽、铝电解电容器电容量大2000～50000倍。
(2)漏电流极小，具有电压记忆功能，电压保持时间长。
(3)功率密度高，可作为功率辅助器，供给大电流。
(4)充放电效率高, 具有超长自身寿命和循环寿命，即使几年不用仍可留原有的性能指标，充放电次数大于10万次。
(5)对过充放电有一定的承受能力，短时过压不会产生严重影响，能反复地稳定充电。
(6)温度范围宽- 40 度～+ 70 度，一般电池是- 20 度 ～ + 60度。且免文护, 环境友善。
1.1.1 超级电容器工作原理
根据储能机理的不同，可以将电化学电容器分为双电层电容器和法拉第赝电容器。根据采用的电极材料不同, 电化学电容器可分为碳电极电容器、金属氧化物电极电容器和导电聚合物电容器。根据采用的电解质体系的不同，电化学电容器可分为水溶液电解质电容器和有机电解质电容器。根据电化学电容器的结构及电极上发生反应的不同，又可分为对称型和非对称型。如果两个电极的组成相同且电极反应相同，反应方向相反，则被称为对称型，反之则被称为非对称型。非对称型电容器具有比常规电容器更高的比能量和比二次电池更高的比功率。
超级电容器是利用双电层原理的电容器[4]，原理示意图如图1.1。当外加电压加到超级电容器的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大。
当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上电荷不会脱离电解液，超级电容器为正常工作状态（通常为3V以下），如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时，电解液将分解，为非正常状态。由于随着超级电容器放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液的界面上的电荷响应减少。由此可以看出：超级电容器的充放电过程始终是物理过程，没有化学反学性能是稳定的，与利用化学反应的蓄电池是不同的。