超级电容器又称电化学电容器、双电层电容器、金电容器、法拉电容器，是从上世纪80年代发展起来的一种通过极化电解液来储存能量的电化学元件。
不同于传统的化学电源，它是一种性能特殊的电源，介于传统的电容器和电池之间。它主要依靠双电层和氧化还原赝电容电荷来储存电能。但是储能过程中没有化学反应，这个储能过程是可逆的，正是因为这个超级电容器可以重复充放电几十万次。
超级电容器结构的具体细节取决于超级电容器的应用和用途。由于制造商或特定应用要求的不同，这些材料可能略有不同。所有超级电容器的共同点是，它们都包含一个正极、一个负极和两个电极之间的隔膜，电解质填充在由两个电极和隔膜隔开的两者的孔隙中。
超级电容器的结构如图，由高比表面积的多孔电极材料、多孔电池隔膜和电解液组成。隔膜要满足离子电导率尽可能高，电子电导率尽可能低的条件，一般是纤维结构的电子绝缘材料，比如聚丙烯薄膜。根据电极材料的性质选择电解质的类型。
根据储能机制的不同，它可以分为以下两类：
1、双电层电容：由电子或离子在电极/溶液界面定向排列引起的电荷对抗而产生。对于电极/溶液系统，在电子传导电极和离子传导电解质溶液之间的界面上将形成双电层。
当电场施加在两个电极上时，溶液中的阴离子和阳离子分别向正负电极迁移，在电极表面形成双电层。电场撤除后，电极上的正负电荷吸引溶液中带相反电荷的离子，使双电层稳定，在正负电极之间产生相对稳定的电位差。
此时，对于电极来说，在一定距离内(分散层)会产生与电极上电荷相等的相反离子电荷，使其保持电中性；当两极接入外电路时，电极上的电荷迁移在外电路中产生电流，溶液中的离子迁移到溶液中呈电中性，这就是双电层电容器的充放电原理。
2、法拉第准电容：其理论模型最早由Conway提出，即电活性物质在电极表面和近表面或体相的二维或准二维空间上发生欠电位沉积，产生高度可逆的化学脱附和氧化还原反应，产生与电极充电电位有关的电容。
对于法拉第准电容器来说，储存电荷的过程不仅包括双电层上的储存，还包括电解质离子与电极活性物质之间的氧化还原反应。
当电解液中的离子(如H、OH-、K或Li)在外加电场的作用下从溶液中扩散到电极/溶液界面时，它们会通过界面处的氧化还原反应进入电极表面的活性氧化物体相，从而在电极中储存大量电荷。
放电时，这些进入氧化物的离子会通过上述氧化还原反应的逆反应回到电解液中，储存的电荷通过外电路释放出来，这就是法拉第准电容的充放电机理。
01超级电容器的优点
1、在非常小的体积内达到法拉级别的电容；
2、不需要专门的充电电路和控制放电电路；
3、与电池相比，过充过放对其寿命没有负面影响；
4、从环保角度来说，是一种绿色能源；
5、超级电容可以焊接，所以不存在电池接触不良等问题。
02超级电容器的缺点
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1、超级电容器可以看作是悬浮在电解液中的两块不起反应的多孔电极板。当给极板通电时，正极板吸引电解液中的负离子，负极板吸引正离子，这实际上形成了两个电容存储层。分离出的正离子靠近负极板，负离子靠近正极板。
超级电容器将能量储存在分离的电荷中。储存电荷的面积越大，分离的电荷越密集，电容就越大。
3、传统电容器的面积是导体的平面面积。为了获得更大的容量，导体材料被卷得很长，有时通过特殊的结构来增加其表面积。传统电容器用绝缘材料，通常是塑料薄膜、纸等将两个极板隔开。这些材料通常要求尽可能薄。
4、超级电容器的面积是基于多孔碳材料，这种材料的多孔结构使得其面积可以达到2000m2/g，通过一些措施可以达到更大的表面积。超级电容器的电荷分离距离由吸引到带电电极的电解质离子的大小决定。距离(10)小于传统电容器薄膜材料可以实现的距离。
5、巨大的表面积和极小的电荷分离距离，使得超级电容器相比传统电容器具有惊人的大静电容量，这也是其“超级”的原因。
控制超级电容器的放电。
超级电容器的电阻阻碍了它的快速放电。超级电容器的时间常数为1~2s，阻容电路完全放电大约需要5，也就是说，如果短路的话，放电大约需要5~10s(由于电极的特殊结构，实际上剩余电荷完全放电需要几个小时)。
05控制放电时间
超级电容器可以快速充放电，峰值电流只受其内阻限制，即使短路也不致命。其实取决于电容单体的大小。匹配负载，小单体可以放10A，大单体可以放1000A。放电速率的另一个限制条件是热量。以剧烈的速率反复放电会使电容器的温度升高，最终导致开路。
审核编辑：李倩
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