儲能電容也稱電化學(xué)電容或者超級電容,與傳統(tǒng)靜電電容器不同,主要表現(xiàn)在儲存能量的多少上。作為能量的儲存或輸出裝置,其儲能的多少表現(xiàn)為電容量的大小。根據(jù)儲能電容器儲能的機(jī)理,其原理有兩種,都是很多科學(xué)家前赴后繼的研究得出來的。下面就來說說:
1.在電極P 溶液界面通過電子和離子或偶極子的定向排列所產(chǎn)生的雙電層電容器。
此原理的指導(dǎo)思想就是19 世紀(jì)末H elm h otz 等提出的雙電層理論。關(guān)于雙電層的代表理論和模型有好幾種,其中以H elm h otz 模型最為簡單且能夠充分說明雙電層電容器的工作原理。該模型認(rèn)為金屬表面上的靜電荷將從溶液中吸收部分不規(guī)則的分配離子,使它們在電極P 溶液界面的溶液一側(cè),離電極一定距離排成一排,形成一個電荷數(shù)量與電極表面剩余電荷數(shù)量相等而符號相反的界面層。于是,在電極上和溶液中就形成了兩個電荷層,這就是我們通常所講的雙電層。雙電層有儲存電能量的作用,儲能電容器的容量可以利用公式來計算,最后我們可以得到結(jié)論,就是雙電層電容器的容量與電極電勢和材料本身的屬性有關(guān)。通常為了形成穩(wěn)定的雙電層,一般采用導(dǎo)電性能良好的極化電極。
還有第二種原理就是在電極表面或體相中的二維與準(zhǔn)二維空間,電活性物質(zhì)進(jìn)行欠電位沉積,發(fā)生高度可逆的化學(xué)吸附、脫附或氧化還原反應(yīng),產(chǎn)生與電極充電電位有關(guān)的法拉第準(zhǔn)電容器。
在電活性物質(zhì)中,隨著存在于法拉第電荷傳遞化學(xué)變化的電化學(xué)過程的進(jìn)行,極化電極上發(fā)生欠電位沉積或發(fā)生氧化還原反應(yīng),充放電行為類似于電容器,而不同于二次電池,不同之處為:
(1)極化電極上的電壓與電量幾乎呈線性關(guān)系;
?。?)當(dāng)電壓與時間成線性關(guān)系d V/d t=K時,電容器的充放電電流為一恒定值I=Cd V/d t=CK.此過程為動力學(xué)可逆過程,與二次電池不同但與靜電類似。法拉第電容和雙電層電容的區(qū)別在于:雙電層電容在充電過程中需要消耗電解液,而法拉第電容在整個充放電過程中電解液的濃度保持相對穩(wěn)定。
法拉第準(zhǔn)電容不僅在電極表面產(chǎn)生,而且還可以在電極內(nèi)部產(chǎn)生,其最大充放電能力由電活性物質(zhì)表面的離子取向和電荷轉(zhuǎn)移速度控制,因此可以在短時間內(nèi)進(jìn)行電荷轉(zhuǎn)移,即可以獲得更高的比功率(比功率大于500W /kg )。
說到這里,想必大家已經(jīng)都了解儲能電容的工作原理了吧。
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