在双电层电容器中,采用活性炭材料制成多孔电极,同时在相对的碳多孔电极之间充填电解质溶液。当在两端施加电压时,相对的多孔电极上分别聚集正负电子,而由于电场作用,电解质溶液中的正负离子将分别聚集到与正负极板相对的界面上,从而形成两个集电层,相当于两个电容器串联,如图2所示

由于活性碳材料具有大于等于1 200m2/g的超高比表面积(即获得了极大的电极面积A),而且电解液与多孔电极间的界面距离不到1nm(即获得了极小的介质厚度d),从式(1)可以看出,这种双电层电容器比传统物理电容器的容值要大很多,比容量可以提高100倍以上,从而使利用电容器进行大电量的储能成为可能。

2.2 技术特点

(1)纳米碳电极表面积可以做得很大(3 000 m2/g),而且很轻;(2)两电极间的距离很小,达1 nm;(3)电解质的分解电压:有机电解质为2.5~3 V,无机电解质为0.7~1 V;(4)能量密度相对小(5~12W·h/kg),但功率密度大(达10 kW /kg),且充电速度快;(5)充放电是纯物理过程———离子在电解质中的移动;(6)内阻非常小,便于实现高功率充放电;(7)充放电效率高,工作温度范围宽,环境适应性较强。

3 工作模式

在城市轨道系统中采用的超级电容主要有两种工作模式:一种是作为能量储存器,它吸收了车辆制动过程中产生的能量,直到后面有车辆处于加速状态时才将能量释放到供电系统中;一种是作为稳压器,它总是保持在高容量的状态,当供电系统的电压低于规定值时才开始放电。超级电容系统可以自动地转换这两种运行模式,以便完全适应变化的运行要求。