超級電容電池的兩個(gè)電容形式

實(shí)踐過程中，人們?yōu)榱诉_(dá)到提高電容器的性能，降低成本的目的，經(jīng)常將贗電容電極材料和雙電層電容電極材料混合使用，制成所謂的混合電化學(xué)電容器。混合電化學(xué)電容器可分為兩類，一類是電容器的一個(gè)電極采用贗電容電極材料，另一個(gè)電極采用雙電層電容電極材料，制成不對稱電容器，這樣可以拓寬電容器的使用電壓范圍，提高能量密度；另一類是贗電容電極材料和雙電層電容電極材料混合組成復(fù)合電極，制備對稱電容器。

1、法拉第贗電容器

法拉第贗電容器也叫法拉第準(zhǔn)電容，是在電極表面活體相中的二維或三維空間上，電活性物質(zhì)進(jìn)行欠電位沉積，發(fā)生高度可逆的化學(xué)吸附或氧化還原反應(yīng)，出現(xiàn)與電極充電電位有關(guān)的電容。這種電極系統(tǒng)的電壓隨電荷轉(zhuǎn)移的量呈線性變化，表現(xiàn)出電容特點(diǎn)，故稱為準(zhǔn)電容，是作為雙電層型電容器的一種補(bǔ)充形式。

法拉第準(zhǔn)電池電容的充放電機(jī)理為：電解液中的離子(一般為H+或OH-)在外加電場的用途下向溶液中擴(kuò)散到電極/溶液界面，而后通過界面的電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)入到電極表面活性氧化物的體相中；若電極材料是具有較大比表面積的氧化物，就會有相當(dāng)多的這樣的電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，大量的電荷就被存儲在電極中。放電時(shí)這些進(jìn)入氧化物中的離子又會重新回到電解液中，同時(shí)所存儲的電荷通過外電路釋放出來。

2、雙電層電容器

一對浸在電解質(zhì)溶液中的固體電極在外加電場的用途下，在電極表面與電解質(zhì)接觸的界面電荷會重新分布、排列。作為補(bǔ)償，帶正電的正電極吸引電解液中的負(fù)離子，負(fù)極吸引電解液中的正離子，從而在電極表面形成緊密的雙電層，由此產(chǎn)塵的電容稱為雙電層電容。雙電層是由相距為原子尺寸的微小距離的兩個(gè)相反電荷層構(gòu)成，這兩個(gè)相對的電荷層就像平板電容器的兩個(gè)平板相同。Helmholtz首次提出此模型。

能量是以電荷的形式存儲在電極材料的界面。充電時(shí)，電子通過外加電源從正極流向負(fù)極，同時(shí)，正負(fù)離子從溶液體相中分離并分別移動到電極表面，形成雙電層；充電結(jié)束后，電極上的正負(fù)電荷與溶液中的相反電荷離子相吸引而使雙電層穩(wěn)定，在正負(fù)極間出現(xiàn)相對穩(wěn)定的電位差。在放電時(shí)，電子通過負(fù)載從負(fù)極流到正極，在外電路中出現(xiàn)電流，正負(fù)離子從電極表面被釋放進(jìn)入溶液體相呈電中性。