超電容與柱型電池 (II)

超電容與電池的差異性

設備和充放電過程

I. 介電電容器 Dielectric capacitor

其電流為電子電流,位在兩極之間,電子流動方式。

一般來說,電容器應為對稱的,因此兩極中的任何一個皆可根據電流方向極化為正極或負極

圖 2:對稱介電電容器的充放電圖示

II. 電解型電容器與(電)雙層型電容器 Electrolytic capacitors and EDLCs

以電解質分離兩個電極為其特色,且電解質中含有帶電離子

圖 3:對稱電解型電容器與 EDLCs 的充放電圖示

電解型電容器與 EDLCs 的最大差異為:

既定質量的累積電荷量與工作電壓的有無,以及能量、電能儲存的多寡

III. 電池 Batteries

藉由上一篇圖 1 可得知:

電池中的帶電離子可藉由內部電解質擴散、氧化還原反應從電極表面移動至另一側電極,以形成電流

電池並非對稱體,故只有固定一個正極 + 一個負極

還原反應過後,帶正電的離子會在電極內擴散,直到集電器內充滿正離子,

此過程稱之為同向輸入 (direct insertion)/同向擴散限制 (directrestricted diffusion)

圖 4:電池的充放電圖示
Figure 4: Depiction of the charging process of an insertion battery.

若電池內部有多種材質(三電極)或是顆粒薄膜電極頭,

擴散作用會以不同模式/方向緩慢進行,

多電極可確保大量原子進出並轉換成大量電能,

但擴散過程較為複雜且電極材質較厚,因此電子很難儲存在集電器當中

在此情況下,由於擴散進入電池的電量有限,電池本體的能量擴散為半無限狀態

資料來源:BioLogic Learning Center – Supercapacitors and insertion batteries: what are the differences?

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