超级电容器简介.ppt

高等物理化学电子课件;超级电容器Supercapacitor

是介于电容器和电池之间的储能器件，它既具有电容器可以快速充放电的特点，又具有电池的储能特性。

超级电容〔supercapacitor〕，又叫双电层电容(ElectricalDoule-Layer〕、即通过外加电场极化电解质，使电解质中荷电离子分别在带有相反电荷的电极外表形成双电层，从而实现储能。其储能过程是物理过程，没有化学反响，且过程完全可逆，这与蓄电池电化学储能过程不同。;根据存储电荷的机理,超级电容器分为双电层电容器(ElectricalDoubleLayerCapacitor,EDLC)和准电容器(Pseudocapacitor赝电容器)。双电层电容器利用电极材料和电解质界面形成的电荷别离存储电荷,而赝电容器是利用电化学活性物质的二维或准二维空间发生的吸脱附或电化学氧化复原反响来存储电荷,从而,赝电容可以分为吸附赝电容和氧化复原赝电容(Faradicsupercapacitor)。;;双电层原理示意图;;;法拉第准(赝)电容原理那么是利用在电极外表及其附近发生在一定电位范围内发生高度可逆的化学吸附/脱附或氧化/复原反响来实现能量存储。这种法拉第反响与二次电池的氧化复原反响不同。

此时的放电和再充电行为更接近于电容器而不是原电池,如:

〔1〕电压与电极上施加或释放的电荷几乎成线性关系;

〔2〕设该系统电压随时间呈线性变化dV/dt=K,那么产生的电流为恒定或几乎恒定的容性充电电流I=CdV/dt=CK。;赝电容根据电极反响的不同,分为吸附电容和氧化复原赝电容

吸附赝电容是指电化学活性物质在基底电极上发生二维/准二维的电化学吸脱附,表现出电容性质。如H+在Pt电极外表的吸脱附反响

氧化复原赝电容即法拉第赝电容是指活性电极材料发生氧化复原反响表现出来的电容特性,主要包括过渡金属氧化物和导电聚合物。;?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外表积,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响的机率,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;;三、超级电容器的性能特点——介于电池与物理电容器之间;优点;四、超级电容器技术及电极材料的进展;法???第赝电容的电极材料主要包括过渡金属氧化物材料和导电聚合物材料，过渡金属氧化物电极的电容来源于氧化复原反响，比电容远高于双电层的比电容，过渡金属氧化物电极材料的导电性差，在过渡金属氧化物中例如MnO2和NiO等它们差的导电性阻碍了它们作为超级电容器电极材料的应用。

导电聚合物当氧化反响发生时，离子转移到聚合物骨架；当复原反响发生时，离子从聚合物骨架中转移到电解液中，导电聚合物的氧化复原反响在聚合物的整体中进行，不仅局限于外表。然而，导电聚合物存在循环稳定性差的问题，在长时间的循环测试中导电聚合物会发生收缩和溶胀，影响其循环寿命。

研究人员通过复合的方式在具有高比外表积和良好导电性以及多孔的碳材料外表负载过渡金属氧化物，制备了具有多层次结构的碳基复合材料。通过这种方式提高了赝电容电极材料的利用率，改善了复合材料的性能。;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。

处理炭外表官能团，提高性能;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15~20um

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;碳纳米管;2、准电容储能材料;a贵金属

贵金属RuO2电容性能研究

使用硫酸电解液；容量高，功率大，本钱高。

热分解氧化法380F/g

溶胶-凝胶法768F/g

添加W、Cr、Mo、V、Ti等的氧化物

降低本钱

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无定形钌膜到达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