赝电容

电化学概念

赝电容，也称法拉第准电容，是在电极表面或体相中的二维或准二维空间上，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸附，脱附或氧化，还原反应，产生和电极充电电位有关的电容。赝电容不仅在电极表面，而且可在整个电极内部产生，因而可获得比双电层电容更高的电容量和能量密度。在相同电极面积的情况下，赝电容可以是双电层电容量的10～100倍。

性质

赝电容是介于传统电容器和电池之间的一种中间状态，虽然电极活性物质因电子传递发生了法拉第反应，但其充放电行为更接近于电容器而非普通电池，因为其充放电行为存在以下特征：

(1) 电容器的电压随储存或释放的电荷量近似线性地变化。

(2) 当电容器的电压随时间线性变化时，所观察到的电流或电容接近于一个常数。

除此之外，赝电容最重要的一个特点是被吸附的离子不会与电极上的原子发生化学反应，而是发生电荷传递。溶液中的离子通过物理吸附的方式靠在电极表面，不产生也不断裂化学键。这个过程是可逆且非常迅速的，电极材料不发生任何相变。

在法拉第电容器中，同时存在着法拉第赝电容和双电层电容两种存储机制。其中法拉第准电容占据绝对主导地位，其功率密度大小由活性物质表面或体相中电解液离子的传输速率和电荷转移速率控制。在电极面积相同的情况下，法拉第准电容的比容量可以是双电层电容比容量的10~100倍。

法拉第赝电容材料的比容量除了与电极材料的微观结构（比表面积、孔隙率和孔径分布等）有关外，还与电极活性物质的种类（元素组成）、晶体结构等因素息息相关。由于法拉第赝电容的充放电速度在一定程度上受到电解液离子在活性物质表面或体相中二维准二维空间上迁移速度的限制，因此法拉第赝电容器的倍率性能与电极材料的晶体结构具有非常密切的关系。

储能机理

赝电容从电化学的角度可以分为三个类型：（1）欠电位沉积；（2）氧化还原赝电容；（3）插层式赝电容。欠电位沉积是溶液中金属离子在其氧化还原电位下，吸附在另一种金属表面形成单层金属层的过程。这一过程是发生在两种不同金属之间的，典型的例子就是利用欠电位沉积法在金电极表面沉积一层铅。氧化还原赝电容是指溶液中的离子电化学吸附到活性物质表面或者近表面，然后与传输来的电子发生氧化还原反应，将电子/离子转化为电荷储存起来的过程。插层式赝电容是针对隧道状或者层状材料的一种新型的赝电容形式。溶液中的离子插层到材料的孔或者层间，进而与周围的原子、传输过来的电子发生氧化还原反应。这种赝电容形式不同于锂电池的插层，不会发生材料的相变。三种类型的赝电容虽然具体的物理化学过程不尽相同，但是其氧化还原反应过程中电荷转移数量和反应电位的关系却遵循着同一公式：

其中，E是电位（V），R是理想气体常数（8.3 J/mol K），T是温度（K），n是电子数，F是法拉第常数（96485 C/mol），X是一个比例系数，代表着表面或者内部孔道结构占据的比例。因此，可以推导出电容的计算方法：

其中m是活性物质的分子质量。从公式中可以看出，E与X并不是完全的线性关系，因此电容并不是一个常数，与物理学的电容不同，所以将其命名为“赝”电容。

应用

截至2017年，赝电容电极材料主要为一些金属氧化物和导电聚合物。其对金属氧化物电极电化学电容器所用电极材料的研究，主要是一些过渡金属氧化物，如α-MnO2·nH2O、α-V2O5·nH2O、α-RuO2·nH2O、IrO2、NiO、H3PMo12O40·nH2O、WO3、PbO2、Co3O4、SrRuO3等，另外还有发展金属的氮化物y-M~N作电极材料。截至2017年，金属氧化物基电容器中，研究最为成功的电极材料主要是氧化钌。但贵金属的资源有限、价格过高等因素将限制对它的使用。对于金属氧化物电容器的研究主要在于降低材料的成本，寻找较廉价的材料。

全国各地天气预报查询

上海市

云南省

云南省

云南省

云南省

云南省