电动汽车用动力电池主要有铅酸蓄电池、金属氢化物镍蓄电池、锂离子蓄电池、锌空气电池、超级电容器等。
一、铅酸蓄电池
铅酸蓄电池是指正极活性物质使用二氧化铅，负极活性物质使用海绵状铅，并以硫酸溶液为电解液的蓄电池。铅酸蓄电池主要用在低速电动汽车上。
1.铅酸蓄电池的分类
铅酸蓄电池分为免维护铅酸蓄电池和阀控密封式铅酸蓄电池。
（1）免维护铅酸蓄电池 免维护铅酸蓄电池由于自身结构上的优势，电解液的消耗量非常小，在使用寿命内基本不需要补充蒸馏水。它具有耐振、耐高温、体积小、自放电小的特点。使用寿命一般为普通铅酸蓄电池的2倍。市场上的免维护铅酸蓄电池也有两种：第一种在购买时一次性加电解液以后使用中不需要添加补充液；另一种是电池本身出厂时就已经加好电解液并封死，用户根本就不能加补充液。
（2）阀控密封式铅酸蓄电池 阀控密封式铅酸蓄电池在使用期间不用加酸加水维护，电池为密封结构，不会漏酸，也不会排酸雾，电池盖子上设有溢气阀（也叫安全阀），其作用是当电池内部气体量超过一定值，即当电池内部气压升高到一定值时，溢气阀自动打开，排出气体，然后自动关闭，防止空气进入电池内部。
阀控密封式铅酸蓄电池分为玻璃纤维（AGM）和胶体（GEL）电池两种。AGM电池采用吸附式玻璃纤维棉作隔膜，电解液吸附在极板和隔膜中，电池内无流动的电解液，电池可以立放工作，也可以卧放工作；GEL电池以二氧化硅（SiO2）作凝固剂，电解液吸附在极板和胶体内，一般立放工作。无特殊说明，皆指AGM电池。
电动汽车使用的动力电池一般是阀控密封式铅酸蓄电池。
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铅酸蓄电池的基本结构如图1-21所示。它由正负极板、隔板、电解液、溢气阀、外壳等部分组成。极板是铅酸蓄电池的核心部件，正极板上的活性物质是二氧化铅，负极板上的活性物质为海绵状纯铅；隔板是隔离正、负极板，防止短路，作为电解液的载体，能够吸收大量的电解液，起到促进离子良好扩散的作用；电解液由蒸馏水和纯硫酸按一定比例配制而成，主要作用是参与电化学反应，是铅酸蓄电池的活性物质之一；溢气阀位于蓄电池顶部，起到安全、密封、防爆等作用。
图1-21 铅酸蓄电池的基本结构
3.铅酸蓄电池的工作原理
使用铅酸蓄电池时，把化学能转换为电能的过程叫放电。在使用后，借助于直流电在电池内进行化学反应，把电能转变为化学能而储蓄起来，这种蓄电过程叫作充电。铅酸蓄电池是酸性蓄电池，其化学反应式为
PbO+H2SO4PbSO4+H2O
充电时，把铅板分别和直流电源的正、负极相连，进行充电电解，阴极的还原反应为
阳极的氧化反应为
充电时的总反应为
2PbSO4+2H2OPb+PbO2+2H2SO4
随着电流的通过，PbSO4在阴极上变成蓬松的金属铅，在阳极上变成黑褐色的二氧化铅，溶液中有H2SO4生成，如图1-22所示。
图1-22 铅酸蓄电池放电示意图
放电时蓄电池阴极的氧化反应为
PbPb2++2e-
由于硫酸的存在，Pb2+立即生成难溶解的PbSO4。
阳极的还原反应为
PbO2+4H++2e-Pb2++2H2O
同样，由于硫酸的存在，Pb2+也立即生成PbSO4。
放电时总的反应为
Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O
蓄电池充电的时候，随着电池端电压的升高，水开始被电解，当单体电池电压达到约2.39V时，水的电解不可忽视。水电解时阳极和阴极的化学反应式分别为
2H++2e-H2
阳极给出电子，阴极得到电子，从而形成了回路电流。端电压越高，电解水也越激烈，此时充入的大部分电荷参加水电解，形成的活性物质很少。
4.对铅酸蓄电池的要求
电动汽车对铅酸蓄电池有以下要求。
（1）外观 用目测法检测蓄电池外观时，外壳不得有变形及裂纹，表面干燥、无酸液，且标志清晰、正确。
（2）极性 用电压表检查蓄电池极性时，电池极性应与标志的极性符号一致。
（3）外形尺寸及质量 蓄电池外形尺寸、质量应符合相关标准。
（4）端子 端子的位置以及端子的外观、结构等具体要求由用户与厂家协商决定。
（5）3h率额定容量 蓄电池按规定试验时，第一次容量应不低于额定值的90％；蓄电池应在第10次容量试验或之前达到额定值，且最终放电容量不应高于企业提供额定值的％。
（6）大电流放电 完全充电的蓄电池在温度为20℃±5℃的环境中静止5h，然后以3I3（A）的电流恒电流放电到单体蓄电池电压为1.5V终止，放电时间应不少于40min；完全充电的蓄电池在温度为20℃±5℃的环境中静止5h，然后以9I3（A）的电流恒电流放电3min，单体蓄电池电压应不低于1.4V。
（7）快速充电能力 蓄电池按规定方法放电时，充电容量应不小于额定值的70％。
（8）-20℃低温放电 完全充电的蓄电池在温度为-20℃±2℃环境中搁置20h，并在该环境中以6I3（A）的电流连续放电至单体蓄电池电压为1.4V，放电时间应不少于5min；完全充电的蓄电池在温度为-20℃±2℃环境中搁置20h，并在该环境中以I3（A）的电流连续放电至单体蓄电池电压为1.4V，容量应不低于额定值的55％。
（9）安全性 蓄电池按规定方法完全充电后，以0.7I3（A）的电流连续充电5h，然后目视检查蓄电池外观，外壳不得出现漏液、破裂等异常现象。
（10）密封反应效率 对于阀控密封式铅酸蓄电池，按规定方法试验时，其密封反应效率应不低于90％。
（11）水损耗 对于免维护铅酸蓄电池，按规定方法试验时，按额定容量计算，其水损耗应不大于3g/（A·h）。
（12）荷电保持能力 蓄电池按规定方法试验时，其常温容量应不低于储存前容量的85％；高温容量应不低于储存前容量的70％。
（13）循环耐久能力 蓄电池按规定方法试验时，当蓄电池容量降至额定值的80％时，循环次数应不少于次。
（14）耐振动性能 蓄电池按规定方法进行试验，试验期间，蓄电池放电电压应无异常；试验后，检查蓄电池应机械损伤，无电解液渗漏。
具体试验方法参照QC/T—《电动汽车用铅酸蓄电池》。
二、金属氢化物镍蓄电池
金属氢化物镍蓄电池也称镍氢蓄电池，是指正极使用镍氧化物、负极使用可吸收释放氢的储氢合金、以氢氧化钾为电解质的蓄电池。金属氢化物镍蓄电池在混合动力电动汽车上应用较多。
电动汽车用金属氢化物镍蓄电池可分为方形和圆柱形两种。
1.金属氢化物镍蓄电池的结构
圆柱形金属氢化物镍蓄电池结构如图1-23所示，主要由正极、负极、分离层、外壳、电解液等组成。金属氢化物镍蓄电池正极是活性物质氢氧化镍，负极是储氢合金，分离层是隔膜纸，用氢氧化钾作为电解质，在正、负极之间有分离层，共同组成金属氢化物镍单体电池。在金属铂的催化作用下，完成充电和放电的可逆反应。在圆柱形电池中，正、负极用隔膜纸分开卷绕在一起，然后密封在金属外壳中。在方形电池中，正负极由隔膜纸分开后叠成层状密封在外壳中。
图1-23 圆柱形金属氢化物镍蓄电池的基本结构
电动汽车用金属氢化物镍蓄电池的基本单元是单体电池，按使用要求组合成不同电压和不同电荷量的金属氢化物镍蓄电池总成，如图1-24所示。
图1-24 电动汽车用金属氢化物镍蓄电池总成
2.金属氢化物镍蓄电池的工作原理
金属氢化物镍蓄电池是将物质的化学反应产生的能量直接转化成电能的一种装置。金属氢化物镍蓄电池的性能特点主要取决于本身体系的电极反应。
充电时正、负极的电化学反应为
Ni（OH）2-e-+OH-NiOOH+H2O
2MH+2e-2M-+H2
放电时正、负极的电化学反应为
NiOOH+H2O+e-Ni（OH）2+OH-
2M-+H22MH+2e-
3.金属氢化物镍蓄电池的规格和外形尺寸
金属氢化物镍蓄电池结构示意图如图1-25所示。
图1-25 金属氢化物镍蓄电池结构示意图
金属氢化物镍蓄电池最大外形尺寸见表1-6。
表1-6 金属氢化物镍蓄电池最大外形尺寸
4.金属氢化物镍蓄电池的要求
金属氢化物镍蓄电池的要求分为单体蓄电池的要求和蓄电池模块的要求。单体蓄电池是构成蓄电池的最小单元，一般由正极、负极及电解质等组成，其标称电压为电化学偶的标称电压；蓄电池模块是指一组相连的单体蓄电池的组合。
对金属氢化物镍单体蓄电池具有以下要求。
（1）外观 在良好的光线条件下，用目测法检查单体蓄电池的外观，外壳不得有变形及裂纹，表面平整、干燥、无碱痕、无污物，且标志清晰。
（2）极性 用电压表检查蓄电池的极性时，电池极性应与标志的极性符号一致。
（3）外形尺寸及质量 单体蓄电池的外形尺寸及质量应符合生产企业提供的技术条件。
（4）室温放电容量 单体蓄电池按规定方法进行试验时，其放电容量应不低于额定容量，并且不超过额定容量的％，同时所有测试对象初始容量极差不大于初始容量平均值的5％。
对金属氢化物镍蓄电池模块具有以下要求。
（1）外观 在良好的光线条件下，用目测法检查蓄电池模块的外观，外观不得有变形及裂纹，表面平整干燥、无外伤，且排列整齐、连接可靠、标志清晰等。
（2）极性 用电压表检查蓄电池模块的极性时，蓄电池极性应与标志的极性符号一致。
（3）外形尺寸及质量 蓄电池模块的外形尺寸及质量应符合生产企业提供的技术条件。
（4）室温放电容量 蓄电池模块按规定方法进行试验时，其放电容量应不低于额定值，并且不超过额定容量的％，同时所有测试对象初始容量极差不大于初始容量平均值的7％。
（5）室温倍率放电容量 按照厂家提供电池类型分别进行试验，高能量蓄电池模块按规定方法进行试验时，其放电容量应不低于初始容量的90％；高功率蓄电池模块按规定方法进行试验时，其放电容量应不低于初始容量的80％。
（6）室温倍率充电性能 蓄电池模块按规定方法试验时，其放电容量应不低于初始容量的80％。
（7）低温放电容量 蓄电池模块按规定方法试验时，其放电容量应不低于初始容量的80％。
（8）高温放电容量 蓄电池模块按规定方法试验时，其放电容量应不低于初始容量的90％。
（9）荷电保持与容量恢复能力 蓄电池模块按规定方法试验时，其室温荷电保持率应不低于初始容量的85％，高温荷电保持率应不低于初始容量的70％，容量恢复应不低于初始容量的95％。
（10）耐振动性 蓄电池模块按规定方法进行耐振动性试验时，不允许出现放电电流锐变、电压异常、蓄电池壳变形、电解液溢出等现象，并保持连接可靠、结构完好。
（11）储存 蓄电池模块按规定方法试验时，容量恢复应不低于初始容量的90％。
（12）安全性 蓄电池模块按规定方法进行短路、过放电、过充电、加热、针刺、挤压等试验时，应不爆震、不起火、不漏液。
具体试验方法参照GB/T—《电动汽车动力蓄电池电性能要求及试验方法》和GB/T—《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》。
三、锂离子蓄电池
锂离子蓄电池是用锰酸锂、磷酸锂或钴酸锂等锂的化合物作正极，用可嵌入锂离子的碳材料作负极，使用有机电解质的蓄电池。目前纯电动汽车上应用的储能装置主要是锂离子蓄电池。
1.锂离子蓄电池的分类
按照锂离子蓄电池的外形，可以分为方形锂离子蓄电池和圆形锂离子蓄电池，如图1-26所示。
图1-26 锂离子蓄电池的实物
按照锂离子蓄电池正极的材料不同，汽车用锂离子蓄电池主要分为锰酸锂离子蓄电池、磷酸铁锂离子蓄电池、钴酸锂离子蓄电池、镍钴锰锂离子蓄电池等。
（1）锰酸锂离子蓄电池 锰酸锂离子蓄电池是指正极使用锰酸锂材料的电池，其标称电压达到3.7V，以成本低、安全性好被广泛使用。锰酸锂（LiMn2O4）具有尖晶石结构，其理论容量为mA·h/g，实际容量为90～mA·h/g，工作电压范围为3～4V。主要优点是锰资源丰富、价格便宜、安全性高、比较容易制备。缺点是理论容量不高；材料在电解质中会缓慢溶解，即与电解质的相容性不太好；在深度充放电的过程中，材料容易发生晶格畸变，造成电池容量迅速衰减，特别是在较高温度下使用时更是如此。
（2）磷酸铁锂离子蓄电池 磷酸铁锂离子蓄电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子蓄电池。磷酸铁锂（LiFePO4）具有橄榄石晶体结构，其理论容量为mA·h/g，在没有掺杂改性时其实际容量已高达mA·h/g。通过对磷酸铁锂进行表面修饰，其实际容量可高达mA·h/g，已经非常接近理论容量，工作电压为3.4V左右。磷酸铁锂具有高稳定性、更安全可靠、更环保并且价格低廉的特性。磷酸铁锂正极材料被认为是最有发展前途的动力电池正极材料。其缺点是电阻率较大，电极材料利用率低。
目前，正极材料广泛采用碳复合磷酸铁锂。碳复合磷酸铁锂正极材料按照充放电特性和使用要求分为能量型和功率型。
（3）钴酸锂离子蓄电池 钴酸锂离子蓄电池是指用钴酸锂作为正极材料的锂离子蓄电池。钴酸锂离子蓄电池电化学性能优越，易加工，性能稳定，一致性好，比容量高，综合性能突出；但是安全性较差，而且成本高。
（4）镍钴锰锂离子蓄电池 镍钴锰锂离子蓄电池是指用镍钴锰三元材料作为正极的锂离子蓄电池。镍钴锰锂离子蓄电池能量密度大，功率密度高，循环寿命长，易加工，且安全性较好。
几种正极材料的比较见表1-7。
表1-7 几种正极材料的比较
2.锂离子蓄电池的结构
锂离子蓄电池主要由正极、负极、隔膜板、电解液和安全阀等组成。圆形锂离子蓄电池的基本结构如图1-27所示。
图1-27 圆形锂离子蓄电池的基本结构
（1）正极 正极物质由含锂的过渡金属氧化物组成，在锰酸锂离子蓄电池中以锰酸锂为主要原料，在磷酸铁锂离子蓄电池中以磷酸铁锂为主要原料，在镍钴锂离子蓄电池中以镍钴锂为主要材料，在镍钴锰锂离子蓄电池中以镍钴锰锂为主要材料。在正极活性物质中再加入导电剂、树脂黏合剂，并涂覆在铝基体上，呈细薄层分布。
（2）负极 负极活性物质是由碳材料与黏合剂的混合物再加上有机溶剂调和制成糊状，并涂覆在铜基上，呈薄层状分布。
（3）隔膜板 隔膜板的功能是关闭或阻断通道，一般使用聚乙烯或聚丙烯材料的微多孔膜。所谓关闭或阻断功能是指电池出现异常温度上升时，阻塞或阻断作为离子通道的细孔，使蓄电池停止充放电反应。隔膜板可以有效防止因外部短路等引起的过大电流而使电池产生异常发热现象。这种现象即使产生一次，电池也不能正常使用。
（4）电解液 电解液是以混合溶剂为主体的有机电解液。为了使主要电解质成分的锂盐溶解，必须具有高电容率，并且具有与锂离子相容性好的溶剂，即不阻碍离子移动的低黏度的有机溶液为宜，而且在锂离子蓄电池的工作温度范围内，必须呈液体状态，凝固点低，沸点高。电解液对于活性物质具有化学稳定性，必须良好适应充放电反应过程中发生的剧烈的氧化还原反应。又由于使用单一溶剂很难满足上述严酷条件，因此电解液一般混合不同性质的几种溶剂使用。
（5）安全阀 为了保证锂离子蓄电池的使用安全性，一般通过对外部电路的控制或者在蓄电池内部设有异常电流切断的安全装置。即使这样，在使用过程中也有可能其他原因引起蓄电池内压异常上升，这样，安全阀释放气体，以防止蓄电池破裂。安全阀实际上是一次性非修复式的破裂膜，一旦进入工作状态，便保护蓄电池使其停止工作，因此是蓄电池的最后保护手段。
3.锂离子蓄电池的工作原理
锂离子蓄电池的正极材料必须有能够接纳锂离子的位置和扩散路径，目前应用性能较好的正极材料是具有高插入电位的层状结构的过渡金属氧化物和锂的化合物，如锂化合物LiCoO2、LiNiO2或尖晶石结构的LiMn2O4，这些正极材料的插锂电位都可以达到4V以上；负极材料一般采用锂碳层间化合物LixC6；电解液一般采用溶解有锂盐LiPF6、LiAsF6的有机溶液。
如图1-28所示为锂离子蓄电池的工作原理，充电时，锂离子在正极脱嵌，通过电解质进入负极，同时由于隔膜的作用，电子只能通过外电路从正极流向负极，形成充电电流，保持正、负极电荷平衡。同理，放电时锂离子在负极脱嵌，流向正极，电子在外电路形成放电电流。
图1-28 锂离子蓄电池的工作原理
锂离子蓄电池的正、负极的电化学反应为
总反应为
式中，M表示Co、Ni、Fe、W等。
例如，以LiCoO2为正极材料、石墨为负极材料的锂离子蓄电池，正、负极的电化学反应为
总反应为
电池反应过程中既没有消耗电解液，也不产生气体，只是锂离子在正负极间移动，所以锂离子蓄电池的结构可以做成完全封闭的。此外，正常条件下，电池充放电过程中没有其他副反应，所以锂离子蓄电池充电效率很高，甚至达到％。
4.锂离子蓄电池的规格和外形尺寸
锂离子蓄电池单体结构示意图如图1-29所示。
图1-29 锂离子蓄电池单体结构示意图
锂离子蓄电池最大外形尺寸见表1-8。
表1-8 锂离子蓄电池最大外形尺寸
5.锂离子蓄电池的要求
锂离子蓄电池的要求分为单体蓄电池的要求、蓄电池模块的要求以及蓄电池总成的要求。其中对锂离子单体蓄电池的要求和对金属氢化物镍单体蓄电池的要求是一样的；对锂离子蓄电池模块的要求与对金属氢化物蓄电池模块的要求相比，只有低温放电容量、荷电保持与容量恢复能力不同，其他是一样的。
锂离子蓄电池模块低温放电容量要求是，锂离子蓄电池模块按规定方法进行试验时，其放电容量应不低于初始容量的70％；锂离子蓄电池模块荷电保持与容量恢复能力要求是，锂离子蓄电池模块按规定方法进行试验时，其室温及高温荷电保持率应不低于初始容量的85％，容量恢复应不低于初始容量的90％。
锂离子蓄电池总成是指由一个或若干个锂离子蓄电池模块、电路设备（保护电路、锂离子蓄电池管理系统、电路和通信接口）等组成的，用来为用电装置提供电能的电源系统。对锂离子蓄电池总成主要有以下技术要求。
（1）锂离子蓄电池的一致性 锂离子蓄电池的一致性是指组成锂离子蓄电池模块和总成的单体蓄电池性能的一致性特性。这些性能主要包括实际电能、阻抗、电极的电气特性、电气连接、温度特性差异、衰变速度等多种复杂因素。这些因素的差异，将直接影响运行过程中输出电参数的差异。组成锂离子蓄电池模块和总成的蓄电池的一致性特性应在规定的负荷条件和荷电状态下进行试验。锂离子蓄电池的一致性特性分为充电状态一致性特性和放电状态一致性特性。若没有具体规定，应以放电状态测试的一致性特性为锂离子蓄电池模块或总成的一致性特性。
锂离子蓄电池的一致性划分为5个等级，见表1-9。一致性指数超过5级的为不合格产品。
表1-9 锂离子蓄电池一致性等级和规范
（2）正极和负极输出连接 组成锂离子蓄电池总成的锂离子蓄电池模块正极和负极连接可采用螺栓连接方式或可插拔连接器连接方式。正极和负极连接处应有清晰的极性标志。正极采用红色标志和红色电缆，负极采用黑色标志和黑色电缆。
（3）接口和协议 组成锂离子蓄电池总成的蓄电池管理系统的接口和协议包括电路接口和接口协议、通信接口和通信协议。其中电路接口和接口协议包括充电控制导引接口和接口协议、单体蓄电池电压监测电路接口和接口协议、充放电控制电路接口和接口协议、I/O充放电接口电路和接口协议；通信接口和通信协议包括内部通信接口和通信协议、充放电通信接口和通信协议、用户通信接口和通信协议。蓄电池总成接口和通信协议应符合JB/T—《锂离子蓄电池总成接口和通信协议》的规定。
（4）额定电能 当采用标称电压相同的锂离子蓄电池模块组成锂离子蓄电池总成时，蓄电池总成的额定电能值等于组成动力锂电池总成中电能最小的蓄电池模块的电能与模块数量的乘积。当采用不同标称电压的蓄电池模块组成蓄电池总成时，蓄电池总成的额定电能等于由蓄电池模块的额定电能除以蓄电池模块标称电压最小值与蓄电池总成标称电压的乘积。
（5）电源功率消耗 特指组成锂离子蓄电池总成的蓄电池管理系统电路消耗的峰值功率，应符合制造厂商提供的产品技术文件的规定。
（6）标称电压 采用锂离子蓄电池模块组成的锂离子蓄电池总成的标称电压见表1-10。
表1-10 采用锂离子蓄电池模块组成的锂离子蓄电池总成的标称电压
（7）使用寿命 锂离子蓄电池总成的使用寿命分为标准循环使用寿命和工况循环使用寿命。磷酸亚铁锂蓄电池标准循环使用寿命大于或等于0次；锰酸锂蓄电池标准循环使用寿命应大于或等于次。电动汽车用锂离子蓄电池总成的工况循环使用寿命可采用行驶里程数来表示。
四、锌空气电池
锌空气电池是以空气中的氧作为正极活性物质的一种高效环保型电池，理论上锌空气电池的质量比能量为W·h/kg，体积比能量为W·h/L，这是现在所有化学电源中最高的，实际比能量也是最高的，锌空气电池放电电压平稳，放电持续时间长，无环境污染，成本低，原材料易得，制作工艺简单，被誉为面向21世纪的环保型新能源，在电动公交车上有应用。
1.锌空气电池的结构
锌空气电池的基本结构如图1-30所示，主要由阳极、阴极、隔离层、绝缘和密封层、电解液和外壳等组成。阳极是起催化作用的炭从空气中吸收氧；阴极是锌粉和电解液的混合物，呈糊状；隔离层用于隔离两极间固体粉粒的移动；绝缘和密封层是尼龙材料；电解液是高浓度的氢氧化钾水溶液；外壳是镍金属，具有良好的防腐性的导体。
图1-30 锌空气电池的基本结构
2.锌空气电池的工作原理
锌空气电池是以空气中的氧气为正极活性物质，金属锌为负极活性物质的一种新型化学电源。锌空气电池是一种半蓄电池半燃料电池。首先，负极活性物质同锌锰、铅酸等蓄电池一样封装在电池内部，具有蓄电池的特点；其次，正极活性物质来自电池外部的空气中所含的氧，理论上有无限容量，是燃料电池的典型特征。
锌空气电池放电时阳极和阴极发生的电化学反应为
Zn+2OH-ZnO+H2O+2e-
O2+2H2O+4e-4OH-
总的电化学反应为
2Zn+O22ZnO
由于锌空气电池要在接触空气后才开始产生电能，一个新的锌空气电池，只要不撕掉它的密封胶带，它就不会开始工作，因此，锌空气电池保存时间很长。
如图1-31所示为锌空气电池纯电动公交车。
图1-31 纯电动公交车所用的锌空气电池
五、超级电容器
超级电容器是一种具有超级储电能力、可提供强大脉冲功率的物理二次电源。它是介于蓄电池和传统静电电容器之间的一种新型储能装置。超级电容器主要是利用电极/电解质界面电荷分离所形成的双电层，或借助电极表面快速的氧化还原反应所产生的法拉第准电容来实现电荷和能量的储存的。超级电容器又称双电层电容器、黄金电容器、法拉第电容器，它是一种电化学元件，在电极与电解液接触面间具有极高的比电容和非常大的接触表面积，但其储能的过程并不发生化学反应，并且这种储能过程是可逆的，因此超级电容器可反复充放电数十万次。超级电容可以作为城市公交的储能装置，也可以作为电动汽车的辅助储能装置。
1.超级电容器的分类
超级电容器可以按不同的方式进行分类。
（1）按照储能原理分类 因电荷分离而产生的双电层电容器，欠电位沉积或吸附电容而产生的法拉第准电容器，还有双电层与准电容混合型电容器。
（2）按照结构形式分类 两电极组成相同且电极反应相同，但反应方向相反，称为对称型；两电极组成不同或反应不同，称为非对称型。
（3）按照电极材料分类 以活性炭粉末、活性炭纤维、炭气凝胶、纳米炭管、网络结构活性炭为电极材料的超级电容；以贵金属二氧化钌、氧化镍、二氧化锰为电极材料的超级电容；以聚吡咯、聚苯胺、聚对苯等聚合有机物为电极的超级电容。
（4）按照电解液不同分类 水溶液体系超级电容器，这种电容器电导率高、成本低、分解电压低（1.2V）；有机体系超级电容器，这种电容器电导率低、成本高、分解电压高（3.5V）；固体物电解质超级电容器，这种电容器可靠性高、电导率低、无泄漏、高比能量、薄型化。
（5）按形状分类 超级电容器有圆形和方形之分，如图1-32所示。
图1-32 超级电容器实物
2.超级电容器的结构原理
超级电容器的结构原理如图1-33所示，主要由电极、电解液、隔膜、壳体等组成。超级电容器使用的电极材料多为活性炭材料，同时在相对的活性炭电极之间填充电解质溶液，当两个电极接上电压后，相对的多孔电极上聚集极性相反的电子，根据双电层理论，电解液中靠近两个电极的离子，由于电场作用聚集到两个电极附近，这些离子分别与极板所带电子极性相反，从而形成双电层电容。多孔活性炭的比面积非常高，高达0～m2/g，于是电容器获得了很大的极板面积，又因为电解质与多孔电极之间的界面距离很小，仅为几个电解质分子，达纳米级，从而使电容器获得了极小的极间距离，可得到超大容量的电容器，可以储存很大的静电能量。
图1-33 超级电容器的结构原理
超级电容器中的能量以电子的形式储存在电解液界面的双电层内部和电极表面，充电时，电子从正极传到负极，同时，电解液中的正负离子分开，分别向负极、正极移动到电解液表面；放电时，电子通过负载经过负极传到正极，正负离子则从电极表面释放而返回到电解液中。因此，超级电容器的充放电过程是物理过程，不涉及化学反应，性能稳定，具有高度的循环使用能力。超级电容器中电解液的分解电压决定了超级电容器的最大工作电压。当两电极间的电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上的电荷不会脱离电解液，超级电容器工作在正常状态；当电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时，电解液分解，超级电容器为非正常状态，从而决定了超级电容器的额定电压很低，通常在3V以下。
金彭骏驰电动四轮车新能源汽车电动汽车五门四座接送孩子家用代步SUV时尚出行标准版京东￥购买已下架如图1-34所示是超级电容城市客车，车辆进站后，利用乘客上下车的时间，车顶的充电设备会自动升起，搭到充电站的电缆上充电，补充能源。
图1-34 超级电容城市客车