超级电容器描述.ppt

超级电容器 双电层电容原理 双电层电容原理是指由于正负离子在固体电极与电解液之间的表面上分别吸附,造成两固体电极之间的电势差,从而实现能量的存储。这种储能原理允许大电流快速充放电,其容量大小随所选电极材料的有效比表面积的增大而增大。 充电时 ,在固体电极上电荷引力的作用下 ,电解液中阴阳离子分别聚集两个固体电极的表面 ;放电时 ,阴阳离子离开固体电极的表面 ,返回电解液本体。双电层的厚度取决于电解液的浓度和离子大小。  准电容原理 准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快速可逆法拉第反应来实现能量存储。这种法拉第反应与二次电池的氧化还原反应不同。 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,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。 3、超级电容器的优点 1. 高功率密度，输出功率密度高达数KW/kg，一般蓄电池的数十倍。 2. 极长的充放电循环寿命，其循环寿命可达万次以上。 3．非常短的充电时间，在0.1-30s即可完成。 4．解决了贮能设备高比功率和高比能量输出之间的矛盾，将它与蓄电池组合起来，就会成为一个兼有高比功率输出的贮能系统。 5．贮能寿命极长，其贮存寿命几乎可以是无限的。 6．高可靠性。 活性炭 优势： （1）成本较低； （2）比表面积高； （3）实用性强； （4）生产制备工艺成熟； （5）高比容量，最高达到500F/g，一般200F/g。 性能影响因素： （1）炭化、活化条件，高温处理； （2）孔分布情况； （3）表面官能团 （4）杂质。 研究趋势： 材料复合、降低成本 活性炭纤维的研究新例 纺丝原料的“掺杂” 1、过渡金属螯合物 —活化催化剂 2、低分解点、低残炭量共聚物 3、纳米材料 — 炭黑等 酚醛树脂纤维和布 炭化、活化 碳纳米管 碳气凝胶——电子导电性好 R+F以Na2CO3催化热凝 凝胶 丙酮置换 无水凝胶 液体CO2置换 超临界干燥 RF-气凝胶 炭化 碳气凝胶 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 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，成本高。 热分解氧化法380F/g 溶胶-凝胶法 768F/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KCl溶液）。 Co2O3干凝胶比容量291F/g（KOH溶液中）。 ?-Mo2N比容量203F/g。 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 ； 稳定性、循环性问题。 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