超级电容器结构原理

超级电容器也属于双电层电容器，它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种，其基本原理和其他种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。传统物理电容中储存的电能来源于电荷在两块极板上的分离，两块极板之间为真空（相对介电常数为 1 ）或一层介电物质（相对介电常数为 ε ）所隔离，电容值为：

　 C = ε· A / 3.6 π d · 10^-6 ( F)

其中 A 为极板面积， d 为介质厚度

所储存的能量为：

　 E = 1/2 C (Δ V )²

其中 C 为电容值， Δ V 为极板间的电压降。可见，若想获得较大的电容量、储存更多的能量，必须增大面积 A 或减少介质厚度 d 。

双电层电容器中，采用活性炭材料制作成多孔电极，同时在相对的碳多孔电极之间充填电解质溶液，当在两端施加电压时，相对的多孔电极上分别聚集正负电子，而电解质溶液中的正负离子将由于电场作用分别聚集到与正负极板相对的界面上，从而形成两个集电层，相当于两个电容器串联，如图所示：

由于活性碳材料具有 ≥ 1200m²/g 的超高比表面积（即获得了极大的电极面积 A ），而且电解液与多孔电极间的界面距离不到 1nm （即获得了极小的介质厚度 d ），根据前面的计算公式可以看出，这种双电层电容器比传统的物理电容的容值要大很多，比容量可以提高 100 倍以上，从而使利用电容器进行大电量的储能成为可能。

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