氮掺杂石墨烯负载硫化镍纳米材料的制备与表征(2)
图表1-1：双电层电容器充放电过程
作为一种新型的储能容器，电化学电容器具有以下的特点。首先它拥有普通电容器没有的高功率密度，比普通的电池高了一个数量级，这个特性决定了它可以在较短的时间内输出很大的电流，可以满足需要短时间输出大电流的场合。其次是能量密度较高，一般来说电化学电容器能量密度能比普通的电容器大一到两个数量级，最高可以达到十瓦时每千克。第三，电化学电容器具有较高的使用寿命，因为其是通过氧化还原反应或者是双电层反应进行储存电能，而这些反应拥有很好的可逆性，反应本身不会影响储电物质的存在，因此理论上其寿命近乎无限，实际中可以达到十万次循环以上，比传统的储电设备要高一到两个数量级。第四，电化学电容器具有很好的环境适应性，在苛刻温度条件下任然不影响其内部的反应，因此也不影响其对于电能的储存，所以较宽温度范围下仍然具有良好的电化学储能能力，而这也决定了它电性能随温度的衰减很小。第五，电化学电容器与普通的储电器具不同，它可以使用大电流充电，而在大电流下，其充电时间大大缩短，远远低于普通的电池。最后，只要内部活性物质不分解，其保质期近乎无限，而其内部物质相对于电池也更加的环保。这些性质决定了电化学电容器在未来的广阔前景。
图表1-2：电化学电容器结构示意图
根据使用的电极的不同，超级电容器分为：碳电极电容器；贵金属氧化物电极电容器以及导电聚合物电容器。按照储电机理不同，超级电容器分为两类，一是双电层电容器，通过电极和电解液上电荷的分离而产生双电层电容，比如碳电极电容器；另一种为赝电容，由贵金属以及其氧化物电极组成，其通过电活性离子在其贵金属电极表面上发生的欠电位沉积而产生电容，或其在体相中和贵金属氧化物电极表面发生的氧化还原反应而产生的吸附电容[9]。与双电层电容不同的是该类电容的产生机制伴随着电荷传递过程的发生，通常具有较前者更大的比电容。
从储电的方式上来说，双电层电容器与静电电容器是相似的，因为双电层电容器储电的实质是在于两个电层之间数量相同的异种电荷之间相互的静态平衡，而因为两个电层之间的厚度很小，远远小于介质的厚度，而一般来说我们使用比表面积很大的材料来构成介质，而因此产生的巨大储电表面使得双电层电容器可以储存很大的电量。而理论上对于双电层电容器而言，还有另一个渠道可以提高其储电量，那就是提高充电的电压，但是因为电压太大时会使得电解质分解从而导致电容器的崩溃，所以事实上这种方法是有极限的，充电电压最多只能达到4V。因此需要找到比表面积更大的材料来提高双电层电容器的储电能力。
图表1-3：EDLC原理以及电极和电解液界面电位特性
而另一种电容器为赝电容器，在二文电化学反应过程中，在活性物质上产生反应，而随之产生电荷转移，在电极材料上产生电吸附或者是产生电脱附，当这些过程发生时，在外在就表现为电容器性能。另外，当氧化还原反应发生时，电极上的物质呈现还原态或者是氧化态，而电荷自然因为价态的变化在电极之间来回转移，这在外在也表现为电容器性能。在相同的电极面积下，赝电容器的比电容比双电层电容器要高出一到两个数量级。因此近年来赝电极成为了热门的研究对象。
图表1-4：赝电容器原理图
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