超级电容初始工作原理
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# 双电层电容原理
当电极插入电解液中时,电极表面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,这就是双电层。
以活性炭多孔电极和电解液组成的超级电容为例,当外部电源连接到超级电容器的两个电极上时,正极电极吸引电解液中的负离子,负极电极吸引正离子,导致电解质中的离子开始向电极移动,在电极表面形成双电层,产生一个电场用于存储电能。这个过程中,电解液中的离子在电极表面形成一个电荷层,就如同传统电容器中的电介质在电场作用下产生极化电荷一样。由于紧密的电荷层间距比普通电容器电荷层间的距离要小得多,因而超级电容具有比普通电容器更大的容量。当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时,电解液界面上电荷不会脱离电解液,超级电容器为正常运转状态(通常为3V以下)。当需要释放电能时,外部电路将电流连接到电容器的两个电极上,电荷开始从电极中流出,电解液中的离子重新回到均匀分布状态,完成放电过程。
# 法拉第赝电容原理
法拉第赝电容可通过两种方式来存储电荷。一种是通过双电层上的存储实现对电荷的存储;另一种是通过电解液中离子在电极活性物质中发生快速可逆的氧化还原反应而将电荷储存。当电解液中的离子(如H 、OH-、K 或Li )在外加电场的作用下由溶液中扩散到电极/溶液界面时,会通过界面上的氧化还原反应而进入到电极表面活性氧化物的体相中,从而使得大量的电荷被存储在电极中。放电时,这些进入氧化物中的离子又会通过以上氧化还原反应的逆反应重新返回到电解液中,同时所存储的电荷通过外电路而释放出来。