超级电容器—科学原理及技术应用研究。主持国家自然科学基金面上项目1项，省部级项目2项，横向课题10余项，发表论文50余篇，其中sci收录论文20余篇。申请专利10余项。1.主持湖北省自然科学基金青年项目，“基于遗传算法的分布式智能系统研究”，经费50万元，2011年结题。2.主持湖北省教育厅人文社科重点研究基地重大项目，基于遗传算法的多智能体系统研究，经费30万元，2011年结题。
一：电化学超级电容器—科学原理及技术应用
超级电容的基本结构 “超级电容器”听起来是个很棒的家伙。超级电容器作为一种新型的电能存储元件，可以弥补目前锂离子电池功率密度的不足。目前已应用于军事、新能源汽车和各种机电设备，与锂离子电池形成“交叉火力”时，可大幅提升储能组件的技术指标，以满足近乎苛刻复杂的使用环境。
●超级电容器的基本结构
超级电容器也叫双电层电容器。结构上与电解电容器非常相似。简单来说，如果将两个电极插入电解液中并施加电压，那么电解液中的正负离子会在电场的作用下迅速向两极移动，最终在两个电极表面分别形成闭合的电荷层，即双电层。
电容取决于电极的表面积和两个电极之间的距离。传统电容器的电极表面积是导体的平坦面积。为了获得更大的容量，导体材料通常被轧制得很长，有时其表面积会因特殊的组织结构而增加。同时，传统电容器采用绝缘材料将其两个电极隔开，一般为塑料薄膜、纸张等。这些材料也要求尽可能薄。
超级电容器的电极表面积是基于多孔碳材料，由于其多孔结构而具有非常大的表面积。此外，超级电容器电极之间的距离由被吸引到带电电极的电解质离子的大小决定，这比传统电容器膜材料实现的距离小。这种巨大的表面积，加上极小的电极间距，使得超级电容相比传统电容具有惊人的静电存储能力，这也是它被称为“超级”的重要原因。
电容器的基本功能是充放电，但从基本充放电功能延伸出来的许多电路现象使电容器有了更丰富多彩的用途。在一般电子电路中，常用电容来实现旁路、耦合、滤波、振荡、相移和波形变换等。这些功能是充放电功能的演变。根据超级电容器的特性，它们在能源领域的应用更加广泛，通常用作电池。
●超级电容器的优缺点
与铅酸电池、镍镉电池和锂离子电池相比，超级电容器具有节能、寿命长、安全环保、温度范围宽、无需人工维护等优点。由于超级电容器采用物理 *** 储存能量，因此超级电容器最重要的特点之一就是功率密度高，可以理解为快速充放电和瞬间吸收或释放极高的能量，这是目前没有电池可以做到的。
或许一切都是不完美的，超级电容器也不例外。它相对致命的弱点之一是能量密度低。所谓能量密度，是指在某个空区间或质量物质中储存的能量大小。比如我们经常使用的5号充电电池，如果它的mAh比较大，就意味着它的能量密度比较高。可以说，与锂离子电池相比，超级电容器的能量密度较低，限制了其在许多领域的应用。
超级电容所应用的领域
●超级电容器的应用领域
了解了超级电容器的一些概况后，我们再来看看目前超级电容器的应用领域。首先，任何新技术的出现和发展往往都会首先应用到军事领域。超级电容器的研发初衷我们不太清楚，但超级电容器在复杂的战场环境中确实有着特殊的优势。前面提到的宽温度范围和高功率密度的特点，可以保证坦克、装甲车等大功率军用车辆的顺利启动，尤其是在寒冷的冬季，其高功率密度的特点也可以作为激光武器的脉冲能量。
在民用领域，超级电容器也发挥着巨大的作用。比如可以作为相机闪光灯的电源，可以使闪光灯达到连续使用的性能，从而提高相机的连拍能力。同时，超级电容器也可以用来控制相机快门。此外，随着电子和能源工业的发展，超级电容器在短期不间断电源系统和太阳能供电系统等免维护系统中发挥着不可替代的作用。
由于超级电容器可以大功率充放电，根据这一特性，超级电容器可以应用于一些车辆，存储列车或公交车的制动能量，并在加速时提供峰值功率输出。由于充放电速度快，在车辆停车上下车时，超级电容器能在短时间内瞬间充满电，足以运行到下一站。这样一来，车辆就不需要携带受电弓，也不再需要沿途架设高压线，无疑降低了建设成本。
由于超级电容器的能量密度远低于锂离子电池，因此在乘用车上单独作为储能装置使用比较困难，但可以与传统内燃机组合形成混合动力系统。 丰田 已经将超级电容器技术应用于其勒芒赛车。由于赛车在刹车瞬间的能量非常大，通过超级跑车高功率密度的特点，可以更高效地回收和储存能量。同时，当赛车需要超车等瞬时高功率时，超级跑车也能满足这样的要求。
目前，在主流的电池技术中，锂电池和超级电容器技术各有优缺点。锂离子电池储能密度高，超级电容器储能密度高。大量的研究工作集中在提高锂离子电池的功率密度或提高超级电容器的储能密度，但挑战是巨大的。但是当我们把两者结合起来，电池就变得越来越完美了。
特别是对于大型乘用车，由于制动瞬间会产生比小型车更多的能量，这部分能量可以被超级电容器很好的吸收。当汽车快速启动或加速时，这部分能量可以通过超级电容器快速释放，平时的低功率能量转换可以通过锂离子电池完成。因此，这种“混搭”电池技术突破了目前某型电池的技术瓶颈，堪称完美。
全文摘要:
尽管超级电容器具有各种优点，但其能量密度低的缺点仍然限制了其在新能源汽车领域的应用。从目前的技术发展水平来看，超级电容器和锂离子电池的结合可以取长补短，基本满足了人们对电池高能量密度和高功率密度的需求。个人认为，基于电容的基本物理结构，很难在能量密度上有所突破，但这并不妨碍其与内燃机形成混合动力系统，在其他领域发挥自身的优势和特长。
@2019
二：电化学超级电容器2000次循环图怎么画的
超级电容器发展简史
双电层电容器是建立在双电层理论基础之上的，1879年Helmholz发现了电化学界面的双电层电容性质；1957年，Becker申请了第一个由高比表面积活性炭作电极材料的电化学电容器方面的专利（提出可以将小型电化学电容器用做储能器件）；1962年标准石油公司（SOHIO）生产了一种6V的以活性碳（AC）作为电极材料，以 *** 水溶液作为电解质的超级电容器，1969年该公司首先实现了碳材料电化学电容器的商业化；1979年NEC公司开始生产超级电容器（Super Capacitor），开始了电化学电容器的大规模商业应用；随着材料与工艺关键技术的不断突破，产品质量和性能不断得到稳定和提高。
三：电化学超级电容器组装
超级电容器(supercapacitor,ultracapacitor)也有双电层电容器(Electrical Double-Layer Capacitor)、电化学电容器(Electrochemcial Capacitor, EC)、黄金电容、法拉电容等多种叫法。超级电容器是一种电化学原理的电元件，并且它的储能方式是通过极化电解质来完成的。
虽然称为电化学元件，但实际上它在工作和储能过程中是没有发生化学反应的。由于超级电容器不像传统电池使用时单方面的放能，相反的它不仅能放能，储能的过程也是可逆的。所以正常的超级电容器一般都会充放电非常久（甚至数十万次）。超级电容器的原理我们可以理解为它是由两个无反应活性的悬浮在电解质中的多孔电极板组成的，当电流到达多极板时，正极板吸引负离子，而负极板吸引正离子。最终在他们之间形成了一个容性的存储层，从而达到储存电量的目的。
那么为什么超级电容器比普通的电容器(电池)拥有更大的容量和使用寿命呢?
超级电容器的理论基础是德国物理学家亥姆霍兹提出双电层理论。在某种意义上，超级电容器是一种全新型的电容器。有一些物理和化学基础的人都应该知道，当电解质溶液中插入金属电极时，它的表面会产生相反的过剩电荷。如果我们接下来继续施加一个小于电解质的电压，那么电解液中的正负离子都会往两极迅速移动，这样会在电极表面形成一层紧密的电荷层，这就是我们所说的双电层。
它所形成的这种双电层和传统的中产生的极化电荷性质是相似的，所以也能够产生电容效应。并且和传统电容器不同的是，由于超级电容器的电荷层比传统的更加紧密，所以它能够存储的电量也更多，自然容量就大了。
我们所见的超级电容器大都长的和电池很相似，这是因为超级电容器和电池都有着一定的共性：电层的内阻比较大，无电阻的情况下都能够进行充电。但是超级电容器对传统电池也有着很大的先进性：超级电容器可以进行不限流充电，并且次数能达到10的6次方甚至更多，所以超级电容器不但有电容的特性，还有电池的特性。说它是“充放一体”电池是很形象的。
超级电容器作为目前很新型的储能装置，它的充电时间短、使用寿命长、温度调节情况好、绿色环保等优点注定了它在将来会有着大量的应用。在传统的化石能源短缺的现在，许多国家都已经开始在超级电容器这一新兴产业下了大工夫。