水热法制备纳米复合金属氧化物的工艺研究(3)
1.2.1 双电层电容器
早在1897年, 德国人Helmholtz就提出了基于超级电容器的双电层理论。当金属插入电
解液中时,金属表面上的净电荷将从溶液中吸引部分不规则分布的带异种电荷的离子,使
它们在电极-溶液界面的溶液一侧离电极一定距离处排成一排, 形成一个电荷数量与电极
表面剩余电荷数量相等而符号相反的界面层。该界面由两个电荷层组成,一层在电极上,
一层在溶液中,因此称作双电层。由于界面上存在一个位垒,因而两层电荷都不能越过边界
而中和,按照电容器原理而形成一平板电容器。由于其距离非常小,一般在0. 5 nm以下,加
之采用特殊电极材料后使其表面积成万倍地增加,从而产生了极大的电容量。
“双电层原理”是超级电容器的核心，这是由该装置的双电层结构决定的。超级电容
器是利用双电层原理的电容器。当外加电压作用于普通电容器的两个极板时，装置存储电
荷的原理是一样的，即正电极与正电荷对应、负电极与负电荷对应。而超级电容器除了这
些功能外，若其受到电场作用则会在电解液、电极之间产生相反的电荷，此时正电荷、负
电荷分别处于不同的接触面，这种条件下的负荷分布则属于“双电层”，原理如图1。因
电容器结构组合上的改进，超级电容器的电容储存量极大。此外，如果超级电容器两极板
间电势小于电解液的标准电位时，超级电容器则是正常的工作状态，相反则不正常。根据
超级电容器原理，其在运用过程中并没有出现化学反应，仅仅是在物理性质上的变化，因
而超级电容器的稳定性更加可靠[3]
1.2.2 电化学电容器
电化学电容器按电极材料的不同可分为金属氧化物电化学电容器和导电性高分子聚
合物电化学电容器,即法拉第准电容。对于电化学电容器,其存储电荷的过程不仅包括双电
层上的存储,而且包括电解液中离子在电极活性物质中由于氧化还原反应导致的电荷在电
极中的储存。与双电层超级电容器的静电容量相比,相同表面积下的电化学电容器的容量
要大10~100倍。
1.3 超级电容器的应用及其发展
1.3.1 超级电容器的市场需求及发展动力
1. 市场需求。21 世纪，随着全球气候变暖、资源匮乏等问题的凸显，尤其由于电能
和燃油紧缺的影响，人们开始寻找更多的替代能源。而超级电容器具有绿色环保、寿命长、
充电速度快、充放电效率高、免文修等优势，理所当然成为本世纪重点发展的新型储能产
品之一，正在被越来越多的国家和企业研制生产。
2. 市场发展动力。超级电容器兴起的时间虽短，但由于它顺应世界对绿色新能源的
需求，因而在短时间内的发展极其迅猛。究其原因，主要有以下几点。
(1) 人们节能环保意识增强。目前，由于世界环境破坏严重、资源严重匮乏等问题的
出现，人们越来越深切意识到节能环保的重要性。超级电容器因其安全可靠、适用范围广、
绿色环保、易文护等特点，成为新形势下改善和解决电能动力应用的理想元器件。
(2) 超级电容器性价比逐步提高。随着科学技术的不断发展，超级电容器不再像前些
年那么昂贵。目前，超级电容器的使用寿命是蓄电池的4~5 倍，而价格仅是其3 倍左右，
体现出了更具竞争优势的性价比。
(3) 市场需求增大。由于超级电容器市场前景看好，世界各地的电容器生产商为赢得
丰厚利润，纷纷加入超级电容器项目的研制开发，使得其产品更全面，产能也在节节攀升。