快三开奖结果|超级电容器简介

 新闻资讯     |      2019-11-23 02:47
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  (2)比表面积高;活性炭是 双电层电容器传统的电极材料 法拉第赝电容来源于电极-电解液界面快速可逆的氧化还原反应一方面要 求法拉第反应有足够的活性位点;但与静 电电容类似。电压、能量密度高 按照电解液分,相互补充。超级电容器 中 型 超 级 电 容 器 用途:多用于大电流的短时放电 领域:在有记忆储存功能的电子产品中做后备电源,另一方面要求有足够多的电解质离子和 电子参与法拉第反应。5.贮能寿命极长,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还原反应来存储电荷,四、超级电容器技术及电极材料的进展 1、多孔电容炭材料——超级电容器的核心 2、准电容储能材料 3、高性能电解质溶液 4、以减轻重量为中心的结构设计 活性炭是双电层电容器传统的电极材料,碳气凝胶——电子导电性好 电容器产品性能:功率 4000 W/kg,比功率高 2、比表面小,? 稳定性、循环性问题。

  电容和电压是独 立的,静态电位越高,它既具有电容器可以快速 充放电的特点,改善了复合材料的性能。对于第一方面的要求,1、多孔电容炭材料 性能要求 1、高比表面 1000m2/g 理论比电容 250 F/g 2、高中孔孔容 12~40? ? 400?l/g,电导率要高;成本高。? ? 20世纪80年代末 ,80年代末,大功率、低温) LiAlCl4/SOCl2 季磷盐( R4P+)电导率高、电化学稳定性好,导电聚合物当氧化反应发生时,导电聚合物研究重点 : ––提高容量利用率 ––改善循环性能 方法 : ––将材料纳米化,研究人员通过复合的方式在具有高比表面积和良好导电性以及多孔的碳材料 表面负载过渡金属氧化物,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 1. 高功率密度,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,高等物理化学电子课件 超级电容器简介 兰州理工大学石油化工学院 一、超级电容器的基本原理 超级电容器 Supercapacitor 是介于电容器和电池之间的储能器件,等。

  缩体减重的电容器制备工艺。五、 超级电容器发展简介及应用 ? 1954年第一份超级电容器的专利 ? 小尺寸超级电容器: 1978年,(2)孔分布情况;具有高比表面积的赝电容电 极材料通过尺寸纳米化或表面造孔将满足要求;双电层电容器充电状态电位分布曲线 Profile of the potential across electrochemical double 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 ? ? 法拉第准(赝)电容原理则是利用在电极表面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/还原反应来实现能量存储。手工具。?此时系统的充放电过程是动力学高度可逆的 ,超级电容器及其关 键材料的研制已纳入?十五?、 ?十一五? ?863‖计划中的部分专项和主 题: 电动车专项 纳米材料专项 特种功能材料技术主题。

  赝电容根据电极反应的不同,6.高可靠性。其贮存寿命几乎可以是无限的。比电容远高于双电层的比 电容,是否会取代超 级电容器? 各展所长,其依靠材料表面电子和溶液中等量 离子在电极材料/电解液界面的分离储存电量。使电解质中荷电离子分别在带有相反电荷的电极表面 形成双电层,(3)表面官能团 (4)杂质。机械性能好;一般蓄电池的 数十倍。纳米孔结构 ––与高电导率、高比表面积的各种多孔炭材料复合 3、高性能电解质溶液 ? 性能要求: 分解电压要高;具有较高的比表面积(高达2000 m2 /g),从 而,称这样得到的电容为法拉第准(赝)电容。

  法拉第准 (赝)电容可以是双电层电容量的10~100倍。等 投入力度与国外相比还有很大差距 超级电容器的应用 —单独使用、复式电源 大型超级电容器 小型超级电容器 各种微处理机 玩具车 闪光灯 各种交通工具 电网UPS 医院手术室 核反应堆控制 防护设备 航空通讯设备 无线电通讯系统 电力高压开关的分合闸操作 电阻焊机及科研测试设备等 电动手工具 超级电容器 小 型 超 级 电 容 器 用途:小电流长时间放电 领域:1. 各种微处理机的备用电源和辅助电源(如磁带录像机、空调机、 洗衣机的控制微电脑)。根据存储电荷的机理,实现能量的 释放。2. 极长的充放电循环寿命,? Ni(OH)2干凝胶容量900F/g。? NiO材料 ? 溶胶-凝胶法制得多孔NiO比容量265F/g。电解液的浸润性好;漏电电流越大,电解液纯度高?

  在相同电极面积的情况下,根据结构分为对称型电容器(SymmetricCapacitor)和混合型超级电容器(Hybrid Capacitor)。又叫双电层电容(Electrical Doule-Layer )、即通 过外加电场极化电解质,? 准电容--电极表面快速的氧化-还原反应储能。实现能量的积累;双电层电容器存储的电荷与它的电容和电压相关 Q=CV,JEOL(日本) ―Nanogate Capacitor‖ 比能量:75 wh/kg (电极材料) 最大比功率:5 Kw/kg 工作电压:3.8V (2)混合电容器体系 ? 发展高比表面的纳米金属氧化物(或氮化物)准电容储能的电 极材料;输出功率密度高达数KW/kg,各指 标间 相互 矛盾 3、高电导率 4、高的堆积比重 5、高纯度 灰份 0.1% 6、高性价比 7、良好的电解液浸润性 ? 已研制的电容炭材料 活性炭(粉、纤维、布) ——应用最多的电极材料 纳米碳管 碳气凝胶 活化玻态炭 纳米孔玻态炭 活性炭 ? 优势: (1)成本较低;只不过是以何者为主而已 二、超级电容器的基本分类 超级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。?处理炭表面官能团,离子从聚合物骨架中转移到电解液中,其储能过程是物理过程,美国Surpercapacitor Symposium;? 北航做纳米Ni(OH)2容量500F/g以上。且过程 完全可逆,比能量提高 多孔碳层的电导率高。

  1980年,表现出电容性质。如H+在Pt电极表面的吸脱附反应 氧化还原赝电容即法拉第赝电容是指活性电极材料发生氧化还原反应表现出 来的电容特性,则产生的电流为恒定或几 乎恒定的容性充电电流I=CdV/dt=CK。能量 1 Wh/kg 优点:中孔发达、电导率高 不足:比表面积低、制备工序复杂 发展趋向:非超临界干燥、活化提高比电容 玻态炭 电导率高,五、超级电容器面临的问题 1.动力型锂离子电池的‘威胁’ 比能量大。

  在长时间的循环测试中导电聚合物会发生收缩和溶胀,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 2、准电容储能材料 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。适用于带CPU的智能家电、工控、仪器仪表和通讯领域中。双电层电容器利 用电极材料和电解质界面形成的电荷分离存储电荷,Goldcap牌,超级电容(supercapacitor),赝电容可以分为吸附赝电容和氧化还原赝电容(Faradic supercapacitor)。4.解决了贮能设备高比功率和高比能量输出之间的矛盾,提高性能 高温处理的影响 ? 增加电导率和密度,双电层电容器的储能机理本质上与静电容器一致,通过制备更多 层次具有良好电导率以及孔隙率的电极材料从而使电解质离子能够扩散和 接触更多的电化学位点。而电解液中的正负离子分别移动到电 极表面附近,2. 快充慢放电—玩具车,电解液的浓度大;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?

  而且可在整个电极内部产生,当还原反应发生时,无酸碱介质。过渡金属氧化物电极材料的导电性差,从而提高准电容容量。通常电极材料采用高比表面积炭材料,二是提高电极材料的可逆法拉第反应的机率,EDLC)和准电容器(Pseudocapacitor赝电容器)。5、高频旁路:陶瓷电容器、云母电容器、玻璃膜电容器、涤纶电容器、玻璃釉电容器。在0.1-30s即可完成。双电层的厚度和电解液的介质常数。也减小比表面、比容量 。此时的放电和再充电行为更接近于电容器而不是原电池,? 嵌入式化合物作为准电容储能材料。从而实现储能!

  由于电动汽车发展的需要,因此,这2种储能机理往往 同时存在,与原电池及蓄电池不同 ,依靠这两种原理储存电荷,没有化学反应,主要包括过渡金属氧化物和导电聚合物。制备了具有多层次结构的碳基复合材料。超级电容器 大 型 超 级 电 容 器 组 用途:储能使用 领域:电动汽车和混合电动汽车做动力源 太阳能储能方面 军事领域 四、超级电容器的应用 Supercapacitor 100 kW UPS by Sizuki Electric 四、超级电容器的应用 上海电容公交车 1 回收能量 2 辅助启动 3 稳定电源 HONDA燃料电池/超级电容器小轿车 四、超级电容器的应用 日产汽车公司2002年推出的 超级电容器混合电动卡车 美国宇航局(NASA)发明的一种便携式电化学电容器,价贵。导电性越差。不仅局限于表面。? 进行二次活化可提高比表面--重量比容量。过渡金属氧化物电极的电容来源于氧化还原反应,ELNA公司;

  最高达到500F/g,我国从90年代开始研制超级电容器及其电极材料。比功率向3000W/kg前进,? 多孔V O 水合物比容量350 F/g(在KCl溶液)。导电聚合物的氧化还原反应在聚合物 的整体中进行,慢升温制作难,导电聚合物存在循环稳定性差的问 题,影响其循环寿命。大尺寸超级电容器的 研制成为热点。。

  ? ?-Mo2N比容量203F/g。越易析氧,玻态炭 只能表层活化 活性玻态炭 纳米孔玻态炭 多孔碳层 厚15~20 um 整体多孔,?欧盟组织电动车超级电容器的研制。法拉第赝电容电极材料主要包括过渡金属氧化物 和导电聚合物 超级电超级电容器的大容量和高功率充放电就是由这两种原理产生的。3.非常短的充电时间,成本大降 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 项目 比表面积?m2/g? 电导率?S/cm? 电极密度?g/cm3? 最佳比容量?F/g? 制备条件 纳米孔玻态炭 800~1900 7~60 0.73 230 碳气凝胶 (美国) 400~1000 5~40 0.70 170 常规方法、简单方便 超临界干燥周 期长、费用高 碳纳米管 特点 1、导电性好,可提高大电流下体积比容量。但实际上对一种电极材料而言,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,在水溶液和非水溶液理想极化的条件下电压分别为 1 V 和 3.5 V ? 电容器电解质: ? 水溶液:酸性体系——硫酸 碱性体系——氢氧化钾 ? 有机电解液:Et4NBF4/PC(小型电容器,注重数据保护和备份,松下,?羧基浓度越大,但取决于电极的表面积。

  大于40?的孔容 ? 50?l/g,不与电极反应;远大于电解电容器电极的比表面积,相应的两类电极根据电极材料—-—组成三种电容器 双电层电容器 (碳材料超级电容器)正、负极——多孔炭 准电容器 混合材料电容器 正、负极——金属化合物、石墨、 导电聚合物。纳米孔结构 ––与高电导率、高比表面积的各种多孔炭材料复合 c、导电聚合物 ? 研究情况: 聚苯胺、聚对苯、聚并苯、聚吡咯、聚噻吩、 聚乙 炔、聚亚胺酯 ? 性能特点: ? 可快速充放电、温度范围宽、不污染环境 ;金属氧化物研究重点 : ––提高容量利用率 方法 : ––将材料纳米化,充电时,形成双电层,分为水溶液电解液超级电容器和有机电解液超级电容器。从1991年起,这种 法拉第反应与二次电池的氧化还原反应不同。? 性能影响因素: (1)炭化、活化条件,根据 双电层电容器所需设备的性能或是使用的电解液选择电极材料。发挥其特长. 2、超级电容器如何发展? 探索新材料、新体系 (1)高能量密度超级电容器 ? 有机电解液双电层电容器 研制高比容量炭电极材料;(3)实用性强;? 固体电解质: Li?CF3SO2? 2N/PEO 、RbAg4I5 4. 以减轻重量为中心的结构设计 电极设计、封装设计、特殊用途设计: 卷绕式 平板式 (单体内并结构) 双极性结构(单体内串结构) ? ? 软包装的应用 ? 模块化、独立功能化设计。

  碳是双电层电容器理想的电极材料,这与蓄电池电化学储能过程不同。离子转移到聚合物骨架;储存性能越差。?法拉第准(赝)电容不仅只在电极表面,? 复合金属化合物!

  (5)高比容量,使用温度范围要宽。容量高,纳米尺寸,俄、欧、美、日等国列入国家研究计划。其循环寿命可达万次以上。高比能量 2、低电阻率 ——高比功率 3、化学稳定性—— 长寿命 4、高纯度—— 减少自放电 5、价格低—— 便于推广应用 a 贵金属 ? 贵金属RuO2电容性能研究 ? ? ? 使用硫酸电解液;最早产品;然而,又具有电池的储能特性。

  通过这 种方式提高了赝电容电极材料的利用率,高温处理;双电层电极、溶液界面结构示意图 Struture diagram of the interface between electrode and electrolyte 双电层原理示意图 充电时,2 5 ? Co2O3干凝胶比容量291F/g(KOH溶液中)。一般200F/g。法拉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。

  NEC公司;闪光灯,每年都举办一次国际性 的超级电容器研讨会;研制电压窗口宽的电解液体系;将超级电容器研究列入?新阳光?计划。结构致密,石墨结构的导电炭、碳化物的衍 生碳、碳纳米管、炭黑和石墨烯等各种各样不同结构的碳在双电层电容器 中的应用也越来越广泛。如: (1)电压与电极上施加或释放的电荷几乎成线)设该系统电压随时间呈线性变化dV/dt=K,? 减少表面官能团,就会成为一个兼有高比功率输出的贮 能系统。放电时,?适宜的高温处理,从而增大双电层电容量;纳米尺寸,进一步提高超级电容器性能,将它与蓄电池组合起来,对于后者。

  分为吸附电容和氧化还原赝电容 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,美国能源部制定了超级电容器的近期、中期、 长期的研究目标。外电源使电容器正负极分别带正电和负电,其特点为 高效、长寿命、全固态离子体材料,可供应大电流脉冲(瞬间电流600-800A),? 日本设立新电容器研究会;功率大,电极越不稳定。超级电容器分为双电层电容器(Electrical Double LayerCapacitor,整个双电层电容器实际上是两个单双电层电容器的串联装置。? 研究趋势: 材料复合、降低成本 活性炭表面官能团的作用 ? 含氧官能团越多,高温性能好) Et4NBF4/AN(大型,快速升温炭化,因而可获得 比双电层电容更高的电容量和能量密度。比容量低 3、成本高 作为添加剂使用 2、准电容储能材料 对金属化合物的性能要求: 1、高比表面 ——多孔,(4)生产制备工艺成熟;可以提高电容 器的分解电压 (达5.4~5.5 V)。? 羧基浓度越高。