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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 化学化工区 » 电化学 » 化学电源 » 赝电容与锂电池的区别
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zhaocl

铁杆木虫 (职业作家)

【答案】应助回帖

★ ★ ★
kgl001: 金币+3 2015-12-23 07:13:22
超级电容器（supercapacitor,ultracapacitor），
原理
原理
又叫电化学电容器(Electrochemcial Capacitor, EC)、黄金电容、法拉电容，；包括双电层电容器(Electrostatic double-layer capacitor)和赝电容器（Electrochemical pseudocapacitor）,通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，实际上形成两个电容性存储层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近。
超级电容器是建立在德国物理学家亥姆霍兹提出的界面双电层理论基础上的一种全新的电容器。众所周知，插入电解质溶液中的金属电极表面与液面两侧会出现符号相反的过剩电荷，从而使相间产生电位差。那么，如果在电解液中同时插入两个电极，并在其间施加一个小于电解质溶液分解电压的电压，这时电解液中的正、负离子在电场的作用下会迅速向两极运动，并分别在两上电极的表面形成紧密的电荷层，即双电层。
它所形成的双电层和传统电容器中的电介质在电场作用下产生的极化电荷相似，从而产生电容效应，紧密的双电层近似于平板电容器，但是，由于紧密的电荷层间距比普通电容器电荷层间的距离要小得多，因而具有比普通电容器更大的容量。
双电层电容器与铝电解电容器相比内阻较大，因此，可在无负载电阻情况下直接充电，如果出现过电压充电的情况，双电层电容器将会开路而不致损坏器件，这一特点与铝电解电容器的过电压击穿不同。同时，双电层电容器与可充电电池相比，可进行不限流充电，且充电次数可达10^6次以上，因此双电层电容不但具有电容的特性，同时也具有电池特性，是一种介于电池和电容之间的新型特殊元器件。
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11楼2015-12-21 22:48:02
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zhaocl

铁杆木虫 (职业作家)

【答案】应助回帖

★ ★
kgl001: 金币+2 2015-12-23 07:13:11
赝电容，也称法拉第准电容，是在电极表面或体相中的二维或准二维空间上，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸附，脱附或氧化，还原反应，产生和电极充电电位有关的电容。赝电容不仅在电极表面，而且可在整个电极内部产生，因而可获得比双电层电容更高的电容量和能量密度。在相同电极面积的情况下，赝电容可以是双电层电容量的10～100倍。
目前赝电容电极材料主要为一些金属氧化物和导电聚合物。目前对金属氧化物电极电化学电容器所用电极材料的研究，主要是一些过渡金属氧化物， 如a—MnO2‘nH20、a—V205•nH20、a—RuO2•nH20、IrO2、Ni0 、H3PM ol2040‘nH20、W 03、Pb02、Co304、SrRuO3等，另外还有发展金属的氮化物y-M~N作电极材料。金属氧化物基电容器目前研究最为成功的电极材料主要是氧化钌， 由于贵金属的资源有限，价格过高将限制对它的使用，对于金属氧化物电容器的研究主要在于降低材料的成本，寻找较廉价的材料。
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12楼2015-12-21 22:49:42
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sword_xu

新虫 (初入文坛)
正好最近也在想这个问题，一些拙见。
赝电容和锂离子电池的储能都是法拉第过程，但其中最重要的区别在于其离子的扩散过程。锂离子电池的锂嵌入在电极材料内部，因此反应受到离子在固相中扩散的限制，而赝电容储能在电极表面或近表面，其离子扩散是属于表面扩散或是液相中的扩散，速度比在固相中快得多。
如果通过数学来描述的话，赝电容和锂电池都服从公式：I=aV^b，对于电容b=1，对于电池b=0.5。
其实最容易混淆的是赝电容中的嵌入电容（intercalation capacitance）和锂离子电池，储能机理表面上看起来都是离子的嵌入脱出，对于嵌入电容，其离子嵌入脱出过程中要求电极材料没有相变，而且材料必须提供利于离子扩散的二维通道。因此，传统石墨属于电池电极材料，而一些新型二维材料（如MXene，MoS2等）属于赝电容材料。

建议读一下：
[1] Patrice Simon et. al., Where Do Batteries And Supercapacitors Begin?, Science 2014, 343, 1210-1211
[2] Veronica Augustyn et. al., High-rate electrochemical energy storage through Li+ intercalation pseudocapacitance, Nat. Mater. 2013, 12, 518-522
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13楼2016-05-16 22:16:05
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