发布时间:2024-11-24编辑:超级电容厂家浏览:0次
超级电容器的内部构造主要包括电极、电解液、隔膜、集流体和封装外壳等部分组成,其工作原理根据储能机理的不同可分为双电层电容和法拉第赝电容两种,以下是其结构拆解及工作原理介绍:
1. 超级电容器内部构造:
- 电极:是超级电容器存储电荷的关键部分,通常由活性炭、碳纤维、碳纳米管、金属氧化物等具有高比表面积的材料制成,以增加电荷存储容量 。
- 电解液:为离子提供传输介质,一般是含有高锂盐浓度的有机溶液或离子液体,它能使离子在电极之间移动,实现电荷的存储和释放 。
- 隔膜:位于两个电极之间,是一种多孔的绝缘材料,如纸质隔板、聚合物薄膜等,其作用是防止正负极直接接触导致短路,同时允许离子通过 。
- 集流体:通常为铝箔或铜箔,与电极紧密相连,用于收集和传导电极上的电流,将电荷引出到外部电路 。
- 封装外壳:一般采用铝壳、塑料壳等材质,对内部元件起到保护作用,防止外界环境对其造成损坏,同时也有助于保持电容器的结构完整性 。
2. 超级电容器工作原理:
- 双电层电容:这是超级电容器最主要的储能机理。当电极插入电解液中时,电极表面上的净电荷会从溶液中吸引部分不规则分配的带异种电荷的离子,使它们在电极-溶液界面的溶液一侧离电极一定距离排列,形成一个电荷数量与电极表面剩余电荷数量相等而符号相反的界面层,即双电层。当在两端施加电压时,电解液中的正负离子会分别聚集到两个电极的表面,形成双电层,从而实现电荷的存储。放电时,随着两极板间的电位差降低,正负离子电荷返回到电解液中,电子流入外电路的负载,从而实现能量的释放。
- 法拉第赝电容:在电极表面或体相中的二维或准二维空间上,电极活性物质会进行欠电位沉积,发生高度可逆的化学吸附脱附或氧化还原反应,产生与电极充电电位有关的电容。其储能过程可分为表面吸脱附储能和体相嵌入脱出储能两种方式。表面吸脱附储能是指在外加电场的作用下,电解液中的阳离子从电解液中扩散到溶液/电极的界面上,在电极表面上实现离子的吸附,从而存储电荷;撤掉电场后,电极表面上吸附的离子发生脱附,电荷被释放出来。体相嵌入脱出储能是指溶液中的阳离子通过界面进入到电极活性物质的体相,发生氧化还原反应,从而表现出氧化还原赝电容。
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