超級電容器的電壓主要受幾個關鍵因素的影響，包括電解質的穩定性、電極材料的特性、電容器的設計以及工作條件等。以下是對這些因素的詳細分析：

1. 電解質的穩定性

電解質是超級電容器中離子的傳輸介質，其化學穩定性決定了電容器可以安全工作的最大電壓。電解質的分解電壓限制了超級電容器的最大工作電壓。例如，水作為電解質時，其分解電壓約為1.23V，這限制了以水為電解質的超級電容器的工作電壓窗口。使用有機溶劑如乙腈或碳酸丙烯酯可以拓寬電壓窗口至2.5-2.7V左右。

2. 電極材料的特性

電極材料的化學穩定性和電化學穩定性對其工作電壓有顯著影響。電極材料的氧化還原電位決定了其在電解質中的穩定電位窗口。例如，活性炭電極在碳酸丙烯酯中的氧化和表面含氧官能團的消除會限制其電壓上限。同時，電極材料中的微量水的分解和電解質的還原限制了電壓的下限。

3. 電容器的設計

超級電容器的設計，包括電極的質量比和電極表面的電荷密度，也會影響其工作電壓。調節電極質量比可以有效拓寬電壓窗口。例如，在構建非對稱的水系超級電容器時，調節電極質量比可以增加器件的電壓窗口。優化電極表面電荷密度，如通過電化學電荷注入技術，可以調節電極的開路電位，進而影響器件的輸出電壓。

4. 工作條件

超級電容器的工作條件，如溫度、充電電流和放電電流，也會影響其電壓特性。高溫會加速電解質的分解，降低電容器的性能和壽命。此外，超級電容器的漏電流和自放電特性也會影響其在無負載條件下的電壓保持能力。

結論

超級電容器的電壓是由多種因素共同決定的，包括電解質的穩定性、電極材料的特性、電容器的設計以及工作條件等。為了提高超級電容器的工作電壓和能量密度，研究人員正在探索新的電解質材料、改進電極材料和設計策略，以及優化工作條件。通過這些努力，超級電容器的性能將不斷提升，滿足更廣泛的應用需求。