什么是雙電層電容？

作者：黑金剛電容    發(fā)布時(shí)間：2023-02-01 20:11:12  訪問量：4431  來源：超級(jí)電容組

什么是雙電層電容？

每個(gè)電化學(xué)電容器都有兩個(gè)電極，由隔板機(jī)械分離，它們通過電解質(zhì)相互離子連接。電解質(zhì)是溶解在溶劑(如水)中的正離子和負(fù)離子的混合物。在兩個(gè)電極表面中的每一個(gè)處產(chǎn)生液體電解質(zhì)接觸電極的導(dǎo)電金屬表面的區(qū)域。該界面在物質(zhì)的兩個(gè)不同相之間形成了共同的邊界，例如不溶性固體電極表面和相鄰的液體電解質(zhì)。在這個(gè)界面上出現(xiàn)了一種很特殊的雙層效應(yīng)現(xiàn)象。

向電化學(xué)電容器施加電壓會(huì)導(dǎo)致電容器中的兩個(gè)電極產(chǎn)生雙電層。這些雙層由兩層電荷組成：一層電子層位于電極的表面晶格結(jié)構(gòu)中，另一層具有相反的極性，來自電解質(zhì)中溶解和溶劑化的離子。這兩層由單層溶劑分子隔開，例如，對(duì)于水作為溶劑的水分子，稱為內(nèi)亥姆霍茲平面(IHP)。溶劑分子通過物理吸附附著在電極表面，將極性相反的離子相互分離，可以理想化為分子電介質(zhì)。在這個(gè)過程中，電極和電解質(zhì)之間沒有電荷轉(zhuǎn)移，所以引起粘附的力不是化學(xué)鍵，而是物理力，例如，靜電力。吸附的分子被極化，但由于電解質(zhì)和電極之間缺乏電荷轉(zhuǎn)移，因此沒有發(fā)生化學(xué)變化。

電極中的電荷量與外部亥姆霍茲平面 (OHP) 中的反電荷量相匹配。這種雙層現(xiàn)象像在傳統(tǒng)電容器中一樣存儲(chǔ)電荷。雙層電荷在 IHP 中溶劑分子的分子層中形成一個(gè)靜電場(chǎng)，該靜電場(chǎng)對(duì)應(yīng)于所施加電壓的強(qiáng)度。

因此，電容 C 在由具有高介電常數(shù) ε、大電極板表面積 A 和小板間距離 d 的材料制成的電容器中xxx。因此，雙層電容器具有比傳統(tǒng)電容器高得多的電容值，這是由于活性炭電極的極大表面積和極薄的雙層距離約為幾埃(0.3-0.8 nm)，德拜長(zhǎng)度的順序。

雙層 SCs 碳電極的主要缺點(diǎn)是與離子空間電荷電容串聯(lián)作用的量子電容值較小。因此，SCs中電容密度的進(jìn)一步增加可以與碳電極納米結(jié)構(gòu)的量子電容的增加有關(guān)。

電化學(xué)電容器中每單位電壓存儲(chǔ)的電荷量主要是電極尺寸的函數(shù)。雙層中的靜電能量?jī)?chǔ)存與儲(chǔ)存的電荷呈線性關(guān)系，并對(duì)應(yīng)于吸附離子的濃度。此外，雖然傳統(tǒng)電容器中的電荷通過電子轉(zhuǎn)移，但雙層電容器中的電容與電解質(zhì)中離子的有限移動(dòng)速度和電極的電阻多孔結(jié)構(gòu)有關(guān)。由于在電極或電解液中不發(fā)生化學(xué)變化，所以充電和放電雙電層原則上是不受限制的。真正的超級(jí)電容器壽命僅受電解質(zhì)蒸發(fā)效應(yīng)的限制。

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