非对称超级电容器综述
摘要
本文简要介绍了超级电容器的概况、分类、工作原理、电极材料，重点介绍了非对称超级电容器的研究进展。
关键词：非对称超级电容器 电极材料 工作原理
1引言
为了创造可持续的能量运转系统，能源产品的生产和消费正在发生着急速的变化，提高电化学储能是实现这些变化、充分发挥高效率、环境效益和经济优势所需的核心技术之一。二次电池非常适合储存能量，但许多应用需要更高的功率。超级电容器(ECS)是一种用液体电解质代替固体介质的电容器，适用于大功率应用，可以解决这一问题，但它也存在能量密度较低的缺陷[1,2]。为了提高能量密度，可以通过由一个类似电池的法拉第正极(CO3O4，NiO，Ni(OH)2，PANI等)以及类似电容器的负极(多孔碳)[3]组成的不对称配置形成非对称超级电容器(ASC)，从而有效地扩大工作电压窗口，使能量密度显著提高。
2 工作原理
超级电容器通常由正极、负极两个电极，电解液（水溶液或有机物）、集流体、外壳、引线和保持电绝缘的同时能够转移离子的隔离物成。根据能量存储机制的不同将超级电容器分为双电层电容器和赝电容器[4]。双电层电容器的能量存储机制是充电过程中电解液中的离子由于静电吸引会在电极表面吸附从而存储电荷，也就是通过电荷在电极表面的分离来进行能量存储的，进而在溶液/电极界面形成双电层，双电层的厚度取决于溶液中离子浓度和离子半径。赝电容器通过在电极的表面或体相的二维空间上发生快速可逆的化学吸附/脱附或氧化还原反应产生电容来储能的，其特点是有法拉第电流的产生，其具有较高的电容量，但通常是由于法拉第反应过程中活性物质降解导致其循环寿命较差[5]。
为了同时获得较高的能量密度和功率密度,人们开始设计新型的非对称型电化学超级电容器,即电容器的一极是双电层电极,另一极为法拉第准电容电极。非对称型电化学超级电容器综合了两类电化学电容器的优点,可更好地满足实际应用中负载对电源系统的能量密度和功率密度的整体要求。另外,人们开始尝试用二次电池的电极材料取代传统电化学电容器的一极, 制成电池型电容器,适宜在短时间大电流放电的情况下工作,可作为电动车辆的启动、制动电源[6]。电极材料是决定非对称型电化学超级电容器性能的关键因素之一。电容器电容值的高低与电极材料的比表面积有密切的关系,制备具有高比表面积的纳米级微孔材料成为一种改善电极材料电容性能的新思路[8,9]。目前研究的非对称型超级电容器体系主要有:炭材料/氧化物体系、聚合物/炭材料体系、锂钛氧化合物/活性炭(AC)体系等[10]。
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