伪电容

赝电容是电化学容器(Pseudocapacitor)中电的电化学存储。这种法拉第电荷转移源自于合适电极表面上一系列非常快速的可逆法拉第氧化还原、电吸附或嵌入过程。赝电容伴随着电解质和电极之间来自去溶剂化和吸附离子电子电荷转移。每个电荷单位涉及一个电子。吸附的离子与电极原子不发生化学反应(不产生化学键),因为只发生电荷转移。法拉第赝电容仅与静态双层电容一起出现。赝电容和双层电容对总电容值的贡献不可分割。赝电容的大小取决于电极的表面积、材料结构。对于相同的表面积,赝电容可能比双层电容贡献更多的电容100倍。存储在赝电容中的电荷量与施加的电压成线性比例。赝电容的单位是法拉。

赝电容的历史

  • 双层和赝电容模型的开发参见双层(界面)
  • 电化学元件的开发参见超级电容器

氧化还原反应

电容功能

在电容器端子处施加电压会使电解液中的极化离子或带电原子移动到相反的极化电极。在电极表面和相邻电解质之间形成双电层。电极表面上的一层离子和电解质中相邻的第二层极化和溶剂化离子移动到相反极化的电极。两个离子层被单层电解质分子隔开。在两层之间,会形成一个静电场,从而产生双层电容。伴随着双电层,一些去溶剂化的电解质离子遍布分离溶剂层并被电极表面原子吸附。它们被专门吸附并将其电荷传递到电极。换句话说,亥姆霍兹双层内电解质中的离子也充当电子供体并将电子转移到电极原子,从而产生法拉第电流。这种由电解质和电极表面之间的快速可逆氧化还原反应、电吸附或嵌入过程产生的法拉第电荷转移称为赝电容。根据电极的结构或表面材料,赝电容可以在特定吸附的离子遍布双层时产生,在几个单电子阶段进行。参与法拉第过程的电子被转移到电极的价电子态(轨道)或从电极转移出来,并通过外部电路流向对面的电极,在那里形成具有相等数量的相反电荷离子的第二个双层。电子保留在强电离和电极表面的电子饥饿过渡金属离子中,不会转移到吸附的离子上。这种赝电容在很窄的范围内具有线性函数,并且由吸附阴离子的表面覆盖的电位依赖性程度决定。产生赝电容的系统

  • 氧化还原系统:Ox+ze‾⇌Red
  • 插层体系:Li+inMa2
  • 金属吸附原子或H的电吸附、欠电位沉积:M++ze‾+S⇌SM或H++e‾+S⇌SH(S=表面晶格位点)

所有三种类型的电化学过程都出现在超级电容器中。当赝电容放电时,电荷转移发生逆转,离子或原子离开双层并扩散到整个电解质中。

赝电容的应用

赝电容是超级电容器的一个重要特性。

伪电容

文学

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