超级电容器的原理及其特点分析综述
对于超级电容器，大家多少都有一些了解，当然大家了解更多的应该是电容器这种电子器件，它由两个平板电极组成，正负电荷在两个极板上聚集累积，这一过电量累积的过程中，电压逐渐增加，直到极板间的介质被击穿，通常电容器器件的电压是很高的，但由于比表面积比较小，存储或者说累积的电荷量不大，因此它的能量储存能力比较小，即电容值比较小。本篇文主要介绍研究的是超级电容器，那么接下来就浅谈它在哪些方面有超级的特性。
首先我们知道电容的决定式为，其中比表面积是一个非常重要的参数，相较于传统电容器，他的一大突破就是电极的材料的选取，由于选用了活性炭这一具有采比表面积超大的材料，其比表面积约为2K㎡/g，甚至有的更高，因此电荷存储能力有了大幅度的提高。其次，它具有超大的功率密度。通常电池电超级电容器可以达到10kw/kg以上，这是普通电池所不能比拟的。主要是因为超级电容器使用多孔碳材料做电极的时候，储存能量的过程都不存在化学反应，而属于纯粹的物理过程，电荷的吸附或脱附特别快这时可以理解为它的充放电速度特别快，而且可以输入输出大电流。他的一个电极就可以成为一个电容器，也真是因为这个缘故，故此超级电容器实际是由两组电容器所组成的储能器件，又称之为双电层超级电容器。另外超级电容器具有超长的寿命，科技人员所研究的多孔碳材料循环10万次容量基本不衰减，我们有依据可估算它的寿命可以达到100万次甚至更长，这是电池不能比的。
自2007年至今，新能源电动车类型越来越多。用超级电容器作为启动电源，同时在爬坡时作为动力电源，刹车时高效回收能源，电池负责长程续航，这种组合是一种非常合理的搭配，以上这些属于超级电容器具有良好的应用前景。而现实则不然，现在很多工作都还集中在材料研究的方面。目前超级电容器具有主要两种，一种是前面提到的双电层超级电容器，它的两极都是多孔碳但由于双电层超级电容器的能量密度非常低，在水系电解液中其能量密度不高于10wh/kg不适合作为移动式电源单独使用。为了提高电容器能量密度，目前有较多工作都集中于另一种类型的超级电容器——赝电容超级电容器的研究，它的一极使用多孔碳，另外一极使用过渡金属化合物，通过化学反应来提高电荷存储量。
此外，许多被制成的混合动力超级电容器、电容器组等装置，是将电池材料和超级电容器材料结合，依靠氧化还原反应提高电容器的能量密度。那么研究超级电容器电极材料的重点是什么？对于双电层超级电容器用的多孔碳，主要是调控比表面积，孔径分布，导电性和表面元素掺杂，以便引入赝电容以增加其能量密度。对于赝电容超级电容器电极材料目前主要的研究方向和目标是研制电容量大循环性能好结构稳定性好的赝电容材料以实现超级电容器的超长运行。
1.1超级电容器的工作原理
十九世纪末，Helmhotz等双电层理论，在相应的模型中认为，溶液中存在的不规则分配离子会被金属表面的净电荷吸引，在电极一定距离外，被吸引的离子会排列形成一个界面层，在这一过程中，界面层中的电荷与电极表面电荷数量相同符号相反，会形成双电层。双电层电容器结构组成如图1.1
其构成是电极溶液界面内聚集的所有电荷，其电位施加范围内不产生法拉第反应。
这里极化过程包括两种:
（1）电荷传递极化
（2）欧姆电阻极化。
充放电原理是：对溶液施加电场后，其中存在的离子会进行迁移，正负电极分别聚集阴阳离子，此时形成双电层；当施加的电场被撤销，正负电荷会与相反电荷离子相互吸引，由此产生电位差。而电流的产生则是源于外电路与两极连通时发生的电荷迁移，溶液中的离子迁移并呈电中性。
这一充放电过程是一个纯物理过程，因此可以实现更高的充放电效率的同时其循环寿命也要更长一些，这些优点都有利于其在新能源汽车中的应用。
未充电时电位（b）充电时电位（c）超级电容器的内部结构
图1.1双电层电容器的结构和工作原理
1.2超级电容器的特点
超级电容器是新型储能元件，定位在传统电容器与电池之间，他提供的比能量相较前者更高，提供的比功率相较后者更高，除此之外，它还拥有比两者更长的循环寿命。
1.2.1优点
（1）可以容纳的能量很高。同体积超级电容器的容量是电解电容器的2K～6K倍。
（2）功率密度高。相较于电池，可提供瞬间大电流，电流强度可达上百甚至上千安培，且功率密度达到10×10W/kg，是电池的十到一百倍。
（3）更快的充电速度，时间短。相较于需要耗费三到五小时时间进行充电的化学电池，超级电容是三秒到15分钟，这对比非常大。
（4）寿命长且充放电效率高。通常而言，在使用过程中，材料结构不会因充放电受到影响，因此其使用寿命的长短也不会受循环次数影响。
（5）使用温度范围宽，达－40～+80℃。电极材料反应速率对温度高低改变所造成的影响不太敏感，比如大卡车低温启动。
（6）绿色环保能源。它具有节能环保的特