超级电容器又称双电层电容器、黄金电容、法拉第电容，是一种具有超级储电能力，可提供强大脉冲功率的物理二次电源。它是介于蓄电池和传统静电电容器之间的一种新型储能装置，如图2-5所示。

单体超级电容器主要由电极、电解质、集电极、隔离膜连线极柱、密封材料和排气阀等组成。电极一般有碳电极材料、金属氧化物及其水合物电极材料、导电聚合物电极材料，要求电极内阻小、电导率高、表面积大、尽量薄；电解质需有较高的导电性（内阻小）和足够的电化学稳定性（提高单体电压），电解质材料分为有机类和无机类，或分为液态类和固态类；集电极选用导电性能良好的金属和石墨等来充当，如泡沫镍、镍网（箔）、铝箔、钛网（箔）以及碳纤维等；隔离膜防止超级电容器相邻两电极短路，保证接触电阻较小，尽量薄，通常使用多孔隔离膜。有机电解质通常使用聚合物或纸作为隔离膜，水溶液电解质可采用玻璃纤维或陶瓷隔离膜。电极的材料、制造技术、电解质的组成和隔离膜质量对超级电容器的性能有较大影响。

超级电容器主要是利用电极、电解质界面电荷分离所形成的双电层或借助电极表面快速的氧化还原反应所产生的法拉第电容来实现电荷和能量的储存的。它是一种电化学元件，在电极与电解液接触面间具有极高的比电容和非常大的接触表面积，但其储能的过程并不发生化学反应，并且这种储能过程是可逆的，因此超级电容器可反复充放电数十万次。

图2-5　电动汽车用超级电容器

1.超级电容器的优点

（1）高功率密度。超级电容器的内阻小，输出功率密度高，是一般蓄电池的数十倍。

（2）循环寿命长。具有至少10万次以上的充电寿命，没有“记忆效应”。

（3）充电速度快。可以用大电流给超级电容器充电，充电10s～10min可达到其额定容量的95%以上。

（4）工作温度范围宽。能在 -40～60℃的环境温度中正常工作。

（5）简单方便。充放电线路简单，无须充电电池那样的充电电路，安全系数高，长期使用免维护；检测方便，剩余电量可直接读出。

（6）绿色环保。在生产超级电容器过程中不使用重金属和其他有害化学物质，因而在生产、使用、储存以及拆解过程中均没有污染，是一种新型的绿色环保电源。

2.超级电容器自身存在的缺点(www.daowen.com)

（1）线性放电。超级电容器线性放电的特性使它无法完全放电。

（2）低能量密度。目前超级电容器可储存的能量比化学电源少得多。

（3）低电压。超级电容器单体电压低，需要多个电容串联才能提升整体电压。

（4）高自放电。超级电容器的自放电速率比化学电源要高。

3.超级电容器的发展趋势

自超级电容器自面市以来，全球需求量快速增加，已成为化学电源领域内新的产业亮点。超级电容器诞生的时间不长，国际上对这项新技术的研究还处于探索阶段，关键性能指标还有待进一步提升。超级电容器在电动汽车、混合燃料汽车、特殊载重汽车、电力、铁路、通信、国防、消费性电子产品等众多领域有着巨大的应用价值和市场潜力，被世界各国广泛关注。

新能源汽车是超级电容器应用的重点领域，2006年8月28日，上海11路超级电容公交电车（图2-6），即“上海科技登山行动计划超级电容公交电车示范线”投入运营，在实际应用上走在了世界前列。该车采用上海奥威科技公司开发的具有完全自主知识产权的超级电容器。

图2-6　超级电容公交电车

超级电容公交电车不像传统的无轨电车或有轨电车，需要在线路上架构长长的供电线路，而是只需要在公交站点处架设短短的供电线路或供电端子。公交车进入站点停靠时，伸出电弓，快速升降，与专用充电车站上方的高压馈线碰触就可充电。超级电容公交电车起步迅速有力，满载时最高速度能达到50km/h，运行时清洁、经济、方便。中途充电30s即可，总站充电也不过90s。一次充电可行驶3.5～8km。一圈跑下来，充一两次电即可，甚至不充电也行，经济效益大大高于燃油客车。这种零排放且没有像铅酸蓄电池那样对环境造成二次污染的新能源客车，发展前景十分好。

为了解决电动汽车续驶里程与加速爬坡性能之间的矛盾，可以考虑采用两套能源系统，其中由主能源系统提供最佳的续驶里程，而由辅助能源系统在加速和爬坡时提供短时的辅助动力。辅助能源系统的能量可以直接取自主能源，也可以取自电动汽车制动或下坡时回收再生的动能。大功率的超级电容器对于电动汽车的启动、加速和上坡行驶具有极其重要的意义，超级电容器极低的比能量使得它不可能单独用作电动汽车能量源，但作为辅助能量源，其具有显著优点。在汽车启动和爬坡时快速提供大电流及大功率电流，在正常行驶时由主动力源快速充电，在制动时快速存储发电机产生的大电流，这可减少电动汽车对蓄电池大电流充电的限制，大大延长蓄电池的使用寿命，提高电动汽车的实用性，日本的本田和马自达公司已生产出了以超级电容器作辅助能源的混合动力燃料电池汽车。