超级电容器，又名电化学电容、双电层电容器、黄金电容、法拉电容，起始于上世纪七八十年代，是一种独特的电化学元件。这种元件主要依赖双电层和氧化还原赝电容电荷储存电能，其储能过程不涉及化学反应，因此是可逆的，这使得超级电容器可以反复充放电数十万次。
超级电容器的具体结构和使用方式因应用场景而异。由于制造商或特定应用的需求，所使用的材料可能略有不同。但所有超级电容器的共性是，它们都包含一个正极、一个负极以及这两个电极之间的隔膜，电解液填补由这两个电极和隔膜分离出来的两个的孔隙。超级电容器是由高比表面积的多孔化电极材料、多孔性电池隔膜及电解液组成。隔膜应满足具有尽可能高的离子电导和尽可能低的电子电导的条件，一般为纤维结构的电子绝缘材料，如聚丙烯膜。电解液的类型根据电极材料的性质进行选择。
根据储能机理的不同，超级电容器可以分为以下两类。
一类是双电层电容，在电极/溶液界面，通过电子或离子的定向排列形成电荷对峙。对于一个电极/溶液体系，会在电子导电的电极和离子导电的电解质溶液界面上形成双电层。当施加电场时，溶液中的阴、阳离子分别向正、负电极迁移，在电极表面形成双电层；撤消电场后，电极上的正负电荷与溶液中的相反电荷离子相吸引而使双电层稳定，在正负极间产生相对稳定的电位差。
这时对某一电极而言，会在一定距离内(分散层)产生与电极上的电荷等量的异性离子电荷，使其保持电中性；当将两极与外电路连通时，电极上的电荷迁移而在外电路中产生电流，溶液中的离子迁移到溶液中呈电中性，这便是双电层电容的充放电原理。
另一类是法拉第准电容，该理论模型是由Conway首先提出，是在电极表面和近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脱附和氧化还原反应，产生与电极充电电位有关的电容。对于法拉第准电容，其储存电荷的过程不仅包括双电层上的存储，而且包括电解液离子与电极活性物质发生的氧化还原反应。当电解液中的离子(如H+、OH-、K+或Li+)在外加电场的作用下由溶液中扩散到电极/溶液界面时，会通过界面上的氧化还原反应而进入到电极表面活性氧化物的体相中，从而使得大量的电荷被存储在电极中。
放电时，这些进入氧化物中的离子又会通过以上氧化还原反应的逆反应重新返回到电解液中，同时所存储的电荷通过外电路而释放出来，这就是法拉第准电容的充放电机理。
超级电容器的优势与局限
一、优势
容量巨大：超级电容器可以实现在极小的体积下达到法拉级的电容量，使得它成为便携式电子设备、电力储存和电力备份的理想选择。
充电快速：超级电容器无须特别的充电电路和控制放电电路，这使得它可以在短时间内完成充电。
长寿命：与电池相比，超级电容器过充、过放都不会对其寿命构成负面影响，这使得它具有更长的使用寿命。
绿色能源：从环保的角度考虑，超级电容器是一种绿色能源，有利于减少环境污染。
可靠性强：超级电容器可焊接，不存在像电池接触不牢固等问题，这使得它在各种环境下都能保持稳定的工作状态。
二、局限
电解质泄漏：如果使用不当，超级电容器可能会导致电解质泄漏，这需要在使用时注意正确的操作方法。
不适用于交流电路：和铝电解电容器相比，超级电容器的内阻较大，因此不推荐用于交流电路。
三、超级电容器命名原因
超级电容器之所以称之为“超级”，主要是因为它具有惊人的静电容量。这是由于其基于多孔炭材料的结构，允许其面积达到2000m2/g，通过一些措施可实现更大的表面积。此外，超级电容器电荷分离开的距离很小，这也是其与传统电容器相比具有惊人大的静电容量的原因。
四、放电控制
超级电容器的电阻阻碍其快速放电。完全给阻-容式电路放电大约需要5τ（时间常数τ在1~2s），这意味着如果短路放电大约需要5~10s（由于电极的特殊结构，它们实际上得花上数个小时才能将残留的电荷完全放干净）。虽然峰值电流仅受其内阻限制，但反复地以剧烈的速率放电将使电容器温度升高，最终导致断路。因此，放电的控制时间也是使用超级电容器时需要考虑的重要因素。
综上所述，超级电容器在能量储存、充电速度、使用寿命和可靠性等方面具有显著优势，但也存在一些局限。了解和使用超级电容器的关键在于正确操作、合理使用并注意控制其放电过程。
