超级电容器讲义.ppt

超级电容器;超级电容器 Supercapacitor 与蓄电池相似而又不同的一类储能器件或储能装置;化学电容储能机制可分为： 双电层电容--电极表面与电解液间双电层储能。 准电容--电极表面快速的氧化-还原反应储能。 相应的两类电极—-—组成三种电容器 双电层电容器 正、负极——多孔炭 准电容器 正、负极——金属化合物、石墨、 导电聚合物。 寿命短、电压低 混合电容器 电压、能量密度高;双电层电容原理;双电层原理示意图;双电层电极、溶液界面结构示意图 Struture diagram of the interface between electrode and electrolyte;;双电层电容器放电状态电位分布曲线 Prifile of the potential across an electrochemical double-layer capacitor in the discharged condition;准电容原理;此时系统的充放电过程是动力学高度可逆的,与原电池及蓄电池不同,但与静电电容类似。这种电化学能量储存系统首先由Conway等与CraiyofContinental集团合作,于1975年开始并致力于这方面的研究工作,研制出采用这种充放电原理的名为超电容的电容器。这种充放电行为,Ru的氧化物(RuO2)表现最显著,但其最早的表现形式是H在Pt或Pb在Au上进行欠电位沉积,产生高度可逆的化学吸附、脱附。为与双电层电容及电极与电解液界面形成的真正的静电电容相区别,称这样得到的电容为法拉第准(赝)电容。 法拉第准(赝)电容不仅只在电极表面,而且可在整个电极内部产生,因而可获得比双电层电容更高的电容量和能量密度。在相同电极面积的情况下,法拉第准(赝)电容可以是双电层电容量的10～100倍。;　　超级电容器的大容量和高功率充放电就是由这2种原理产生的。充电时,依靠这2种原理储存电荷,实现能量的积累;放电时,又依靠这2原理,实现能量的释放。?　　因此,制备高性能的超级电容器有2个途径:一是增大电极材料比表面积,从而增大双电层电容量;二是提高电极材料的可逆法拉第反应的机率,从而提高准电容容量。但实际上对一种电极材料而言,这2种储能机理往往同时存在,只不过是以何者为主而已 ;2、性能特点--介于电池与物理电容器之间;3、超级电容器的优点;二、超级电容器 技术及电极材料的进展;1、多孔电容炭材料; 已研制的电容炭材料;活性炭; 含氧官能团越多，导电性越差。 羧基浓度越大，漏电电流越大，储存性能越差。 羧基浓度越高，静态电位越高，越易析氧，电极越不稳定。 处理炭表面官能团，提高性能; 增加电导率和密度， 减少表面官能团，也减小比表面、比容量 。 适宜的高温处理，可提高大电流下体积比容量。 进行二次活化可提高比表面--重量比容量。 ;活性炭纤维的研究新例;; 有机电解液电容炭性能比较;碳纳米管;碳气凝胶——电子导电性好;玻态炭 电导率高，机械性能好； 结构致密，慢升温制作难，价贵。 只能表层活化 多孔碳层 厚15~20 um 多孔碳层的电导率高， 多孔碳层比功率18kW/L 但电容器的比能量很低（0.07Wh/L）;纳米孔玻态炭与碳气凝胶性能比较 ;2、准电容储能材料;2、准电容储能材料; 添加W、Cr、Mo、V、Ti等的氧化物 降低成本 复合后性能高： WO3/RuO2比容量高达560F/g Ru1-yCryO2?xH2O比容量高达840F/g 活性炭上沉积0.4mm无定形钌膜达到900F/g ;b、廉价金属取代贵金属 MnO2材料 溶胶-凝胶法制得MnO2水合物在KOH溶液中比容量为689F/g。 NiO材料 溶胶-凝胶法制得多孔NiO比容量265F/g。 北航做纳米Ni(OH)2容量500F/g以上。 Ni(OH)2干凝胶容量900F/g。; 多孔V2O5水合物比容量350 F/g（在