工程师可以在电池、超级电容器或“两全其美”的混合超级电容器之间进行选择，以用于操作和备用电源以及能量存储。
许多系统使用可用的线路供电或可更换电池供电。然而，在其他情况下，许多系统需要不断地捕获、存储和输送能量来为系统供电中国机械网okmao.com。功率量可以从通过物联网和远程监控设备（如智能电表）的能量收集到大规模电网级系统的微量可用。情况是，在产生或捕获能量时立即“实时”利用来自各种来源的能量是一回事。尽管如此，在实际应用中，通常需要有一个能量存储子系统，可以存储任何捕获的能量以备后用。
这种可补充的能量储存通常是通过使用可充电电池（正式称为二次电池，与原电池、不可充电电池相反）或通过使用超级电容器来实现的。在简要介绍了电池之后，本文将重点介绍超级电容器。
从电池开始
众所周知，电池是提供能量存储的电化学装置，并且已经存在了数百年。多年来，有两种最广泛使用的常见电池“化学物质”：主要的碳锌装置和可充电铅酸，随着 1920 年左右汽车电启动器的发展，这两种电池真正脱颖而出。
除了这两种化学物质外，还有数十种原电池和二次电池材料和化学品在使用。其中每一个都提供了不同的参数特性，例如端电压、能量容量、按重量和体积计算的能量密度、安全考虑、主动放电率、自放电、工作温度、保质期和成本，仅举几例。还有一些与最佳充电电流和充电/放电循环次数（通常称为使用寿命）相关的因素。
对于大多数较小的工程设计和许多较大的工程设计，例如电动汽车，首选的可充电电池基于锂化学。在这个广泛的类别中有许多变体，每个变体都提供不同的性能属性和权衡。
然而，所有可充电化学品的一个共同点是它们的可用充电/放电循环次数有限，大约为一到几千次这样的循环，具体取决于它们充电的充分程度和放电的深度。这成为反复充电和放电产品的负面因素，这在能量收集和日常循环情况中很常见，因此最终限制了它们的实用性。
进入超级电容器
超级电容器是一个很好的例子，说明为什么在技术进步方面你应该“永不言败”。如果您查看大约 1960 年代甚至 1970 年代有关电容器的教科书或学术论文，就会对电容器的容量限制和物理尺寸有明确的说明。通常，在解释电容器的物理特性及其能量容量 E 之后：
E = ½ CV 2
其中 C 是以法拉 (F) 为单位的电容，V 是电压，有人会说，一法拉 (F) 数量级的电容器会大得不切实际，可能与文件柜或小书柜一样大。
但是对材料和表面技术的研究导致了新的结构和制造技术，并最终被称为超级电容器，在尺寸与其他基本无源元件相当的封装中提供数十甚至数百法拉。超级电容器，也称为超级电容器，正式称为双电层电容器 (EDLC)。
一个经典的电容器有两个分开的导电板（没有物理接触），它们之间有一个电介质；这种电介质的范围可以从真空到空气，再到不导电的聚合物。
超级电容器的结构看起来很简单，但更复杂。超级电容器使用碳纳米管技术以极小的间隔距离产生非常大的表面积（图 1）。它们没有传统的介电材料（如陶瓷、聚合物薄膜或氧化铝）来分隔电极，而是具有由活性炭制成的物理屏障，这样当向材料施加电荷时，就会产生双电场它充当电介质。
图 1：双电层电容器 (EDLC) 或超级电容器以独特的配置使用复杂的材料来实现几十年前被认为“不可能”的电容体积密度。（图片：Kamcapower – 锦州凯美电源有限公司）
这个双电层的厚度和分子一样薄。相比之下，活性炭层的表面积非常大，高达每克几千平方米。大表面积支持大量离子的吸收。因此，在活性炭电极上形成的离子吸收层中发生充电/放电。双电层效应发生在电子导体和离子导体之间的界面处，这几乎存在于所有电化学储能系统中，并涉及所谓的亥姆霍兹层。
本文的下一部分将更详细地介绍超级电容器，然后更详细地探讨混合动力（电池加超级电容器）。