超级电容器在结构上与可充电电池相类似，也是由电极、隔膜、电解液、外壳等几部分构成。超级电容器按电极材料和储能机理分为两种：一种是双电层电容器，主要是利用电极与电解液界面的双电层进行储能，电活性材料主要以碳基为主；另一种是涉及快速氧化还原反应来储能的，称为氧化还原电容器，以金属氧化物和导电聚合物为电活性材料。碳电极超级电容器出现的最早，技术也最为成熟；金属氧化物超级电容器依靠法拉弟准电容储能，导电聚合物超级电容器是利用导电聚合物电极上快速发生P型和N型掺杂，从而产生法拉弟准电容来储能，这种电容器仍处于研制阶段。
基于双电层结构并采用多孔碳材料为电极的EDLC超级电容器的电容量可以做到数千法，在结构上与电解电容器非常相似，它们之间的主要区别在于电极材料，如下图所示。
超级电容器的工作原理与传统充电电池和静电电容器都有很大的不同。镍电池和铅酸蓄电池及锂电池能量储存和释放都与化学反应有关，而超级电容器跳开了化学反应的范围。克服了传统电池（蓄电池）寿命短和对环境污染大等缺点。
超级电容器的主要特点和优势
超级电容器不是基于传统电池化学反应的原理，而是依靠双电层原理或法拉第准电容原理储存能量，故兼有电解电容器和充电电池双重特性。超级电容器的能量密度和功率密度比电解电容器都高，储存电荷的能力比普通电容器大。超级电容器的阻抗非常小，充放电速度快，效率高，循环寿命长，使用温度范围宽，安全性好，对环境基本不存在污染问题。
充电电池和电解电容及超级电容的能量密度和功率密度用比能量和比功率来表示。所谓比能量是指毹量与质量之比；单位为Wh/kg；所谓比功率是指功率与质量之比，单位为W/kg。下表列示了EDLC超级电容器与电解电容器及充电电池（镍电池、锂电池和铅酸电池等）性能比较。
超级电容器发展状况
目前在超级电容器的技术水平方面，美国、日本、欧洲、韩国等国家和地区较高；在产业化方面，美国Maxwell公司、ELNA公司、日本NEC公司、日本电气公司、松下公司、村四公司、俄罗斯ELIT公司、EMSA公司、法国SAFT公司、韩国Starcap公司等技术较为先进，占据了超级电容器市场的绝大部分份额。下表列示了国外主要公司超级电容器的技术和产业化发展状况。
超级电容器已成为许多国家和地区研究的热点。美国超级电容器研讨会制定的近期目标是：比能量为5Wh/kg，比功率为500W/kg，循环寿命10万次，充放电效率为95%：远期目标是：能量密度为15Wh/kg，功率密度为1500W/kg。在日本制定的“新阳光计划中”，将超级电容器列为核心项目。1996年初欧盟开始实施的超级电容器研发计划，由SAFT公司领导，其目标为：质量比能量6Wh/kg，体积比能量8Wh/L，质量比功率1500W/kg，体积比功率真2000W/L，循环寿命超过10万次。
我国对超级电容器的研究工作起步较晚，近几年开始活跃起来。我国早在“十五”期间，就将电动车用超级电容器重大专项攻关项目列入“863”计划。目前开始超级电容器研究工作的有八院811所、解放军防化院、北京有色金属研究总院、清华大学、北京理工大学等科研院所。上海奥威公司、哈尔滨世容公司、北京集星公司和锦州锦容公司等企业，已经在民用超级电容器方面实现了初步产业化。
10年前，超级电容器的销售量很少，价格昂贵，大约1～2美元/法。现在，超级电容器已经作为标准产品大批量供应市场，价位大大降低，仅为0.01～0.02美元/法。
超级电容器的应用
超级电容器填补了电解电容器和充电电池之间元器件的空白，具有功率和能量密度大、循环寿命长、充放电迅速、使用温度范围宽和安全性与可靠高等优点，非常适合用于空间和军事领域中一些新型装备和新概念武器中，用作大功率储能电源。超级电容器在新型装备和新概念武器中的具体应用主要有各种SAR系列卫星、新型运载火箭、战略导弹、高能激光武器、电磁轨道炮/电磁线圈炮、高能微波武器、有源干扰系统、电磁装甲等等。超级电容器在消费类电子、工业、交通运输业等领域中，也有广阔的显在和潜在市场。
超级电容器可在照相手机LED闪光灯电路中用作储能元件，如下图所示。图中低成本电流型电荷泵给超级电容Cl和C2充电到5.5V后，便可启动电流开关，送出大电流脉冲使LED闪光。LED获得的能量和功率来自超级电容器，而不是电池和电荷泵。R1与R2为平衡电阻，Cl和C2选用0.55F、50MΩ的CAP=XXGS206，LED为lumileds公司生产的LX-CL-PWF1，其正向电压降为3.75V(最大为4.2V额定电流为900mA。闪光脉冲持续时间约160ms，闪光拍照之间再充电时间一般约2s。
超级电容器在太阳能灯具系统中可作为蓄电池使用，如上图所示。用超级电容器蓄电具有几乎没有充放电次数限制（＞105次）、免维护、无记忆效应、温度范围宽（-40℃～-70℃）、充电速度快（晴天为th，雨天为8h）和环保等优点。图4所示为超级电容器工作电路简图。图4所示太阳能LED灯可用作路灯、装饰灯、草坪灯、庭院灯和指示灯等。如果下图所示电路中DC/DC升压变换器最低输入电压为1V，要求工作8h，LED电流为5mA，LED闪烁发光（亮1Ds暗2s）。超级电容器容量应为50F(2.75V)；如果负载是2只LED相串联，应选择100F/2.75V的超级电容器。
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