超级电容器的特点及其技术介绍

　　与传统电容器相比，超级电容器具有更大的比电容、更高的能量密度、更长的使用寿命等特点，而与锂离子电池相比，超级电容器又具有更高的功率密度、更长的使用寿命及绿色环保等优点。超级电容器在未来储能器件领域占有绝对的优势，在军事、混合动力汽车、智能仪表等诸多领域具有广泛的应用前景。

　　随着社会的快速发展和人口的急剧增长，资源消耗日益增加，能源危机迫在眉睫，因此，寻找清洁高效的新能源与能源存储技术及装置已成为备受关注的研究课题。与传统电容器相比，超级电容器具有更大的比电容、更高的能量密度、更长的使用寿命等特点，而与锂离子电池相比，超级电容器又具有更高的功率密度、更长的使用寿命及绿色环保等优点。超级电容器在未来储能器件领域占有绝对的优势，在军事、混合动力汽车、智能仪表等诸多领域具有广泛的应用前景。

　　超级电容器是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能器件，通过在电极材料和电解质界面快速的离子吸脱附或完全可逆的法拉第氧化还原反应来存储能量，根据储能与转化机制的不同可将超级电容器分为双电层电容器（Electric double layer capacitors，EDLC）和法拉第准电容器（又叫赝电容器，Pseudocapacitors）。双电层电容器是建立在双电层理论基础之上的，1879年，Helmholz发现了电化学界面的双电层电容性质;1957年，Becker申请了第一个由高比表面积活性炭作电极材料的电化学电容器方面的专利（提出可以将小型电化学电容器用做储能器件）;1962年，标准石油公司（SOHIO）生产了一种6V的以活性碳（AC）作为电极材料、以硫酸水溶液作为电解质的超级电容器，1969年，该公司首先实现了碳材料电化学电容器的商业化;1979年，NEC公司开始生产超级电容（Super CaPACitor），开始了电化学电容器的大规模商业应用。随着材料与工艺关键技术的不断突破，产品质量和性能不断得到稳定和提升，到了九十年代末开始进入大容量高功率型超级电容器的全面产业化发展时期。超级电容器作为电化学能源存储领域的前沿研究方向之一，近十年内有多个突破性工作，其发展也向着小型化、柔性化、平面化等方向发展。

　　石墨烯在实验室中是2004年被发现的，当时英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈˙杰姆和克斯特亚˙诺沃消洛夫发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。石墨烯具有优异的电导性、超高的比理论表面积、稳定的物理化学特性等特点，因此石墨烯基超级电容器具有优异的电化学性能，如高的比容量、极长的寿命、极小的阻力等。目前石墨烯基超级电容器研究成为储能领域的一大热点，石墨烯基电极材料有望全面超越传统碳材料而得到广泛应用。然而石墨烯团聚导致的低表面积和长离子传输路径严重限制了石墨烯基电容器的应用价值，因此人们一直致力于制备大比表面积、短离子传输路径的石墨烯基电极材料。

　　图1 商业超级电容器实物图（a， b），混合动力汽车中的超级电容器电源（c）