双电层超级电容器体积电容的理论

双电层超级电容器是一类基于浸没在浓电解质或离子液体中的多孔电极的快速崛起的高功率储能器件。迄今为止，尚无微观理论来描述其令人惊讶的高达约 100 F/cm^3 的单位体积电容（体积电容），也未对体积电容的基本极限有充分理解。在本文中，我们提出了一种超级电容器体积电容的非平均场理论，该理论捕捉了离子的离散性质及其排斥作用被电极指数屏蔽的特征。我们通过解析方法和蒙特卡罗模拟研究了由良金属制成的电极的情况，并表明在这种情况下体积电容可以达到创纪录的值。我们还研究了当电极是由有限屏蔽半径表征的不完美金属时，电容如何减小。最后，我们论证了碳电极尽管具有相对较大的线性屏蔽半径，但由于其强烈的非线性屏蔽，可以近似为完美金属。这样，实验测得的约 100 F/cm^3 的电容值就可以被理解。