随着社会经济的发展，人们对于绿色能源和生态环境越来越关注，超级电容器作为一种新型的储能器件因为其无可替代的优越性，受到广大科研工作者的重视。众所周知，化学电池是通过电化学反应，产生法拉第电荷转移来储存电荷的，而超级电容器的电荷储存发生在电极\电解质的形成的双电层上以及在电极表面进行欠电位沉积、电化学吸附、脱附和氧化还原产生的电荷的迁移。与传统的电容器和二次电池相比，超级电容器的比功率是电池的10倍以上 ，储存电荷的能力比普通电容器高 ，并具有充放电速度快、对环境无污染、循环寿命长、使用的温限范围宽等特点，是本世纪最具有希望的一种新型绿色能源。
表一 三种储能器件的比较
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普通电容器 |
超级电容器 |
二次电池 |
| 功率密度（ wh/kg ） |
104 ～10 6 |
102 ～ 104 |
＜ 500 |
| 能量密度 (w/kg) |
＜ 0.2 |
0.2 ～ 20.0 |
20 ～ 200 |
| 循环寿命 |
＞ 105 |
＞ 105 |
＜ 103 |
| 充电时间 |
10-3 ～ 10-6 s |
0.3 ～ 30 s |
1 ～ 5h |
| 放电时间 |
10-3 ～ 10-6 s |
0.3 ～ 30 s |
0.3 ～ 3h |
| 充放电效率 |
＞ 95% |
85% ～ 98% |
70% ～ 85% |
超级电容器具有广泛的用途。它与蓄电池组成的混合动力系统可用来满足汽车在加速、启动、爬坡时的高功率要求，以保护蓄电池系统，并且在汽车紧急刹车是可以瞬间回收能量，从而减少能源浪费，节省能源。超级电容器也用于其它系统中，如用作燃料电池的启动动力、作移动通讯和计算机的备用电源等。
根据储能机理,可以将超级电容器分为双电层电容器和法拉第准电容器两大类。双电层电容器是建立在双电层理论基础上。充电时，电解质发生离解，阴阳离子分别向着正负极运动并吸附在电极表面，形成双电层，电荷储存在双电层中。放电时，电子通过外负载运动到正极，与正极的阳离子发生了电中和，同时电极表面的阴阳离子发生了解吸，重新回到电解质主体中。法拉第准电容在法拉第电荷转移的电化学变化过程中产生。H或一些碱金属 (Pb，Bi，Cu)在Pt或Au上发生单层欠电势沉积或多孔过渡金属氧化物 (如RuO2、IrO2)发生氧化还原反应时，电荷发生了迁移和存储。法拉第准电容不仅发生在电极表面，而且可深入电极内部 ，因而可获得比双电层电容更高的电容量和能量密度。
一个完整的超级电容器包含双电极、电解质、集流体、隔离物四个部件。其中，电极材料的研究是目前的研究的热点。目前研究的超级电容器的电极材料主要在四个方面：碳电极材料，金属氧化物及其水合物电极材料，导电聚合物电极材料，以及混合超级电容器。碳电极材料比表面极大，原料低廉，有利于实现工业化大生产，但是比容量相对比较低。金属氧化物及其水合物电极材料的比容量较高，但是其昂贵的成本以及对环境存在的安全隐患限制了它们的工业化规模。导电聚合物电极材料的工作电压高，从而可以提高能量存储的能力。但是，这一类材料在有机电解质中浸泡后容易发生膨胀，造成稳定性差。混合超级电容，对电极采用不同的材料体系组成，可以提高其存储的能量密度，但是其循环的稳定性比较差。
电解质需要具有很高的导电性和足够的电化学稳定性，以便超级电容器可以在尽可能高的电压下工作。现有的电解质材料主要由固体电解质、有机物电解质和水溶液电解质。有机物电解质的分解电压高，一般都高于2.5V，但导电性比较差；水溶液电解质主要是KOH和H2SO4，它们的分解电压受到水的分解电位的限制，只有1.23V，但是其导电性是有机电解质的4倍以上。
隔膜的适当使用也是十分关键的。有机电解质通常使用聚合物（特别是PP）或者纸作为隔膜，水溶液电解质，可以采用玻璃纤维或者陶瓷隔膜。隔膜允许带电离子通过，阻止电子通过。
集流体则通常是选用导电性能良好的金属和石墨等来充当。
一个性能良好的超级电容器，需要以上的四个部件达到最佳优化。电解质和隔膜的离子电导高、隔膜具有高的电子隔离阻力，电极电子电导高、比表面积大 ，隔膜和电极尽量薄。其中，电极材料和电解质的选择对电容量影响最大。
超级电容器由于具有其他储能器件所不可比拟的优越性，因而具有广泛的应用领域。
通用汽车公司采用超级电容器组成并联电源系统和串联电源系统用在货车和汽车上。与相应的蓄电池组比起来，超级电容器贮能装置重量只有前者的1/3，体积只有前者的一半。将蓄电池与超级电容器组合起来，它们的优点可以互补，成为一个极佳的贮能系统，它在大电流以及高低温条件下工作，都会有很长的寿命。
由于它具有由于它具有快速充电的特性，对于像电动工具和玩具这种需要快速充电的设备来说，超级电容器无疑也是一个很理想的电源。现有超级电容器产品，它不仅已经用作光电功能电子手表和计算机存贮器等小型装置的电源，而且还可用于固定电站。
现有的UPS系统大多使用铅蓄电池作为应急电源。在频繁停电情况下使用，会因长期充电不足而使电池硫酸盐化，从而缩短使用寿命。而超级电容器，由于可以在数分钟之内充足电，就完全不会受到频繁停电的影响。另外，在某些特殊情况下，超级电容器的高功率密度输出特性，会使它成为很好的应急电源。
美国军方对超级电容器用于重型卡车、装甲运兵车以及坦克很感兴趣。Maxwell公司正在向oshkosh汽车公司提供Power Cache超级电容器，为美国军方制造HEMTT LMS概念车，所用的动力就是该公司生产的ProNlse混合电力推进系统。
超极电容器以其足够的优势在现有的储能器件中占有重要的地位。目前，关于超极电容器电极材料的研究也正方兴未艾。如何制备一种综合性能优异的电极材料，在全世界范围都是一个新课题，对于该课题的研究具有广泛的实用性和创新性。 |
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