超级电容器的研究课件

超级电容器的研究目录一、概述二、分类三、有关碳材料的研究四、性能与碳材料结构的关系五、应用领域和发展趋势超级电容器(Supercapacitors)，又名电化学电容器(ElectrochemicalCapacitors)，双电层电容器(ElectricalDoule-LayerCapacitor)，是上世纪七、八十年代发展起来的一种新型的储能装置是一种具备高能量密度的电化学电容器。一、超级电容器的概述超级电容结构如图

1）双电层电容—基于电解液中离子和电极表面之间的静电吸引而产生的双电层电容，例如采用碳基材料作为电极材料。

2）法拉第赝电容—基于电极表面的活性物质发生的快速可逆氧化还原反应或者法拉第电荷转移反应而产生的法拉第赝电容,例如采用金属氧化物或者导电聚合物作为电极材料。1.超级电容器的储能机理

双电层原理示意图2.性能特点

—介于电池和物理电容器之间

性能

铅酸电池

超级电容器

普通电容器充电时间 1-5小时0.3-若干秒

10-3—10-6秒放电时间 0.3-3小时0.3-若干秒

10-3—10-6秒

比能Wh/kg

30-401-20

<0.1 循环寿命

300

>10000

>100000

比功率W/kg

<300>1000

<100000

充放电效率

0.7-0.850.85-0.98

>0.95

表1铅酸电池、超级电容器和普通电容器的性能对比二、超级电容器的分类1.按原理分：双电层型超级电容和赝电容型超级电容器。1)双电层型超级电容器包括：活性炭（粉、纤维）电极材料、碳气凝胶电极材料、碳纳米管电极材料、石墨烯电极材料超级电容器。

2)赝电容型超级电容器(1)金属氧化物材料贵金属氧化物材料—RuO2：无定型RuO2拥有更高的电导率，更高的比电容，更高的电化学可逆性。替代RuO2的廉价金属氧化物材料—MnO2和NiO。(2)导电聚合物材料

聚苯胺(PANI)、聚吡(PPy)和聚噻吩(PTh)他们的一些相关衍生物。优点：

价格低廉、对环境友好、高导电率、高度可逆以及活性可控。纳米尺寸导电聚合物1、活性炭（AC）电极材料性能特点：表面积较高，孔径可调，可批量生产，价格低廉。三、碳材料超级电容器的性能特点碳纤维2、碳气凝胶电极材料优点：比表面积高，密度变化范围广，结构可调。

制备方法如上图所示3、碳纳米管(CNT)电极材料：单壁纳米管和多壁纳米管特点：高导电率，比功率高，比表面积小，成本高。四、超级电容器性能与碳材料

结构的关系1、比表面积

理论上讲，比表面积越大，其容量也越大，但比表面积大，通常只会提高质量比容量，而更重要的体积比容量会降低，而且材料导电性也差。2、孔径分布

孔径越大，电化学吸附速度越快，即使在比表面积和总电容量相对低的情况下也可在大电流下传递更多的能量。3、表面官能团

主要通过两种途径：

1）改变表面的润湿性能

2）官能团自身发生可逆的氧化还原反应

从制备高容量、耐高压、稳定性好的电容器角度出发

,要求活性炭材料表面的官能团有一个合适的比例。4、微晶结构

对超级电容器来说,中孔比例大一些比较好中孔碳材料的方法主要有三种:1）催化活化法2）混合聚合物炭化法3）模板炭化法太阳能警示灯，航标灯等太阳能产品中代替充电电池。手摇发电手电筒等小型充电产品中代替充电电池。电动玩具电动机、语音IC、LED发光器等小功率电器的驱动电源。

2、发展历史：早在1879年，Helmholz

发现了双层电容性质，提出了双电层的概念。1957年Bcker首先提出了可以将较小的电容器用做储能器件,其具有接近于电池的比能量。1968年标准石油公司Sohio首先提出了利用高比表面积碳材料制作双层电容器的专利，并将该专利技术转让给NEC公司，NEC公司在1979年开始生产超级电容器用于电动汽车的启动系统。几乎同时，松下公司研究了以活性炭为电极材料，以有机溶液为电解质的超级电容器，此后超级电容器开始大规模的产业化。

3、发展趋势：提高性能、降低成本是超级电容器发展的主旋律。从超级电容器的发展历史来看，电容器虽然能够提供高功率，但电容器不能像电池一样提供高的重量能量比