平衡聚合物本身电荷从而实现电荷存储，rubycon电解电容导电聚合物电极材料储能机理
平衡聚合物本身电荷从而实现电荷存储，rubycon电解电容导电聚合物电极材料储能机理
导电聚合物红宝石电容的储能机理与碳材料的储能机理不同，后者的能量储存主要是靠双电层储能实现的；而前者主要是在特定电压下由电极材料的快速法
拉第反应来完成，还伴有双电层作用，因此具有更高的比电容，也就是说，导电聚合物红宝石电容的电容一部分来自电极/溶液界面的双电层，在充/放电过
程中，电解液中的正/负离子会嵌入聚合物阵列，平衡聚合物本身电荷从而实现电荷存储，另一部分来自电极充/放电过程中的氧化/还原反应，当发生氧化
反应时，电解液中的离子进入聚合物骨架；当发生还原反应时，这些进入聚合物骨架的离子又被释放进入电解液，从而产生电流，这种氧化/还原反应不仅
发生在聚合物的表面，更贯穿于聚合物整个结构中，由于这种充/放电过程不涉及任何聚合物结构上的变化，因此这个过程具有高度的可逆性，在充/放电过
程中，电极内具有高电化学活性的导电聚合物进行可逆的n型或p型掺杂或去掺杂，使其储存了高密度的电荷，产生一定规模的法拉第电容，导电聚合物的p
型掺杂是指外电路从聚合物骨架中吸取电子，从而使聚合物分子链上分布正电荷，溶液中的阴离子就会聚集在聚合物骨架附近来保持电荷平衡（如聚苯胺、
聚吡咯及其衍生物），具体过程而导电聚合物的n型掺杂是指外电路传递大量电子分布在聚合物分子链上，使其具有丰富的负电荷，从而使电解液中的阳离
子聚集在聚合物骨架附近保持电荷平衡（如聚乙炔、聚噻吩及其衍生物），但能进行有效n型掺杂导电聚合物较少，主要是因为n型掺杂往往不稳定，自身的
膨胀和收缩功能可能导致循环过程中自身的降解，rubycon电解电容在长期循环中热稳定性和循环性能差，导电聚合物掺杂/去掺杂由于导电聚合物的掺杂形
式以及可掺杂导电聚合物的种类不同，使得导电聚合物在作为红宝石电容电极材料使用时可以有不同的组合方式，目前基于导电聚合物的红宝石电容主要有
以下三类，Ⅰ型（对称型）此类型的红宝石电容也被称为p-p型红宝石电容，两个电极均使用相同的p型掺杂的导电聚合物，当电容器充满电时，阴极上的聚
合物处于非掺杂状态，阳极上的聚合物处于全掺杂状态；放电过程，处于非掺杂状态的阴极发生氧化掺杂反应，而处于掺杂状态的阳极聚合物被还原（去掺
杂），当放电至两电极都处于半掺杂状态时，两极电压差为零，可见Ⅰ型电容器放电过程中所释放的电荷数量仅是满掺杂电荷的1/2，而且两极电位差较小
（1V左右），因此Ⅰ型红宝石电容操作电压较低，一般低于1.0V，限制了其能量密度，虽然Ⅰ型电容器存在一些缺陷，但由于大多数导电聚合物都可以进行
p型掺杂，且电极组装相对简单，所以人们对这类红宝石电容的研究至今仍在进行，Ⅱ型（不对称型）此类型的红宝石电容也被称为p-p型电容器，两个电极
分别由不同种类的可进行p型掺杂的导电聚合物组成，由于选取的两种导电聚合物电极发生掺杂的电位范围不同，使得电容器在完全充电状态下可以具有更
高的电压差（一般为1.5V），在放电过程中，阳极p型掺杂导电聚合物的去掺杂率大于50%，这使电极具有更大的放电容量，与Ⅰ型电容器相比，Ⅱ型电容器
的操作电压可增至1.5V，能量密度有所提高，Ⅲ型（对称型）此类型的红宝石电容也被称为n-p型红宝石电容，电容器的两个电极材料由既可以n型掺杂又可
以p型掺杂的同种导电聚合物构成，在充电状态下，电容器的阴极处于完全n型掺杂状态，而阳极处于完全p型掺杂状态，从而使两极间的电压差得到进一步
提高（3～3.2V），掺杂电荷可以在放电过程中全部释放，极大地提高了电容器的电容量，此类型的红宝石电容的电荷利用率较高，电位窗口可以高达3.0V
，rubycon电解电容充电时两电极均被掺杂，电荷储存量大、电导率高，因此Ⅲ型红宝石电容是目前最具发展潜力的一种能量储存装置。
