Суперконденсатор (СК) — это конденсатор, накопление электрической энергии в котором происходит за счет формирования двойного электрического слоя на поверхности раздела анод/электролит и катод/электролит.
Основное применение СК находят при реализации автономного питания различных устройств связи и сбора информации, а также в электротранспорте.
СК обладают рядом преимуществ по сравнению с аккумуляторами и электрическими конденсаторами [1]:
1. Широкий температурный диапазон;
2. Большая электрическая емкость;
3. Низкие токи утечки;
4. Длительный срок службы;
5. Отсутствие необходимости контроля процесса зарядки.
К недостаткам СК можно отнести:
1. Низкое рабочее напряжение (1–3 В);
2. Значительное, по сравнению с классическими конденсаторами, внутреннее сопротивление (0,1–100 Ом).
В отличие от обычных электрических конденсаторов, имеющих диэлектрик, электрическая энергия в СК запасается при формировании двойного электрического слоя (ДЭС), который работает аналогично заряженному диэлектрику. Процесс зарядки/ разрядки происходит в слое ионов, сформированных на поверхности положительного и отрицательного электродов, например из активированного угля, погруженных в раствор электролита (рис. 1). Под действием приложенного напряжения анионы и катионы движутся к соответствующему электроду и накапливаются на поверхности электрода, образуя ДЭС [1].
В настоящее время существует два типа электролитов, применяемых для создания СК:
1. Водорастворимый;
2. Органический (не водорастворимый).
В данном случае следует иметь в виду, что ДЭС ведет себя как изолятор, не позволяя протекать сквозному электрическому току. При определенном уровне напряжения, прикладываемого к ячейке СК, за счет электрохимических процессов начнет протекать электрический ток. Данный процесс называется электролизом, а приложенное напряжение — напряжением разложения электролита. При дальнейшем увеличении напряжения процесс электролиза ускоряется, что приводит к выходу из строя СК. Для водных электролитов напряжение разложения равно 1 В, а для органических — может достигать 3 В [1]. К недостаткам органических электролитов можно отнести то, что они обладают более высоким удельным сопротивлением. По сравнению с концентрированным водным электролитом сопротивление органического электролита увеличивается по меньшей мере в 20 раз. Более высокое сопротивление электролита также влияет на эквивалентное распределенное сопротивление пористого слоя и, следовательно, снижает максимальную полезную мощность [5].