超级电容器综述

超级电容器综述

摘要：电化学超级电容器是介于传统电容器和蓄电池之间的一种新型储能装置，以其独特的大容量、高功率密度、高的循环使用寿命、免维护、经济环保等特点，受到了世人的青睐，致使许多新型的电化学超级电容器电板材料相继被发现和应用。本文综述了超级电容器的原理、电极材料的分类、隔膜、电解液等，介绍了超级电容器的主要应用领域与发展趋势。

关键词：超级电容器原理电极材料综述

Reviews of supercapacitors

Abstract：As a new kind of energy storage device, supercapacitors has large capacity, large discharge power, longer cycle service life, free-maintenance, economic and environmental protection, which is between traditional capacitors and chemical batteries. For these advantages, supercapacitors has become extremely popular with researchers, therefore more and more supercapacitor materials have been found and applied. The paper reviews supercapacitors’ principle, the classification of electrode materials, diaphragm, electrolyte, and includes the main field of application, trend of development.

Keywords: supercapacitors; principle; electrode materials; review

1引言

电容器是一种能储蓄电能的设备与器件．由于它的使用能避免电子仪器与设备因电源瞬间切断或电压偶尔降低而产生的错误动作，所以它作为备用电源被广泛应用于声频一视频设备：调协器，电话机、传真机及计算机等通讯设备和家用电器中．电容器的研究是从30年代开始的，随着电子工业的发展．先后经历了电解电容器、瓷介电容器、有机薄膜电容器、铝电解电容器、钽电解电容器和双电层电容器的发展．其中双电层电容器．又叫电化学电容器．是一种相对新型的电容器，它的出现使得电容器的上限容量骤然跃升了3—4个数量级，达到了法拉第级(F)的大容量，正缘于此，它享有“超级电容器”之称。

超级电容器是介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，其容量可达几百至上千法拉。与传统电容器相比，它具有较大的容量、较高的能量、较宽的工作温度范围和极长的循环使用寿命；而与蓄电池相比，它又具有较高的比功率，且对环境无污染。因此可以说，超级电容器是一种高效、实用、环保的能量存储装置。

随着电化学超级电容器(electrochemical supercapacitors ESC)在移动通讯、信息技术、交通运输、航空航天和国防科技等领域的不断应用，超级电容器越来越受到人们的关注，各国纷纷制定出ESC的发展计划，将其列为国家重点的战略研究对象，特别是环保汽车一电动汽车的出现，大功率的超级电容器更显示了其前所未有的应用前景：在汽车启动和爬坡时，快速提供大电流和大功率电流；在汽车正常行驶时，由蓄电池快速充电；在汽车刹车时快速储存汽车产生的大电流，这样可减少电动汽车对蓄电池大电流放电的限制，大大延长蓄电池的使用寿命，提高电动汽车的实用性．所以，近年来ESC呈现出空前的研究热潮。

2 基本原理

根据存储电能的机理不同，超级电容器可分为双电层电容器(Electric doublelayercapacitor,EDLC)和假电容器(Pseudocapacitor)。

2.1双电层电容器原理

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，使固液界面出现稳定的、符号相反的双层电荷，从而造成两个固体电极之间的电势差，实现能量的储存。这种储能原理，允许大电流快速的充放电，其容量的大小随所选电极材料的有效比表面积的增大而增大。由于其距离非常小，一般在0．5 nm 以下，加之采用特殊电极材料后使其表面积成万倍地增加，从而产生了极大的电容量。

双电层电容器的电容公式为：

r 0=A C d

εε 其中，r ε为电极的介电常数，0ε为真空介电常数，d 是双电层有效厚度，A

是电极表面积。

2.2赝电容器原理

法拉第赝电容器是与电极充电电位有关的电容器，其原理是电活性物质在电极材料表面活体相中的二维或准二维空间上进行欠电位沉积，从而发生可逆的化学吸附、脱附或氧化还原反应。当电极在外加电场作用下时，电解液中离子发生迁移，扩散到电极与电解液界面处，发生电化学反应，从而进入到电极表面的活性氧化物体相中，实现电荷存储，放电时，离子又回到电解液，释放存储的电荷，如此反复实现充放电。赝电容有一个最大的好处就是它能产生很大的容量，是双电层电容容量的10～100倍。

3 超级电容器材料的种类

电极材料是超级电容器实现电荷存储并直接影响电容器的性能和生产成本的重要部分，其导电性和比表面积是重要参数，大的比表面积可以吸附更多的电解液离子，能够存储或者释放更多的电荷。因此，对超级电容器的研究重点就放在了高比表面积、低成本和高导电率的电极材料上。

3.1碳材料系列

超级电容器使用的碳材料主要是多孔碳材料，有活性炭(活性炭粉末、活性炭纤维)、碳气凝胶、碳纳米管、石墨烯等。从碳材料的发展趋势来看，主要是基于双电层储能原理，向着提高有效比表面积和可控微孔孔径(>2nm)的方向发展。之所以提出可控微孔孔径的概念，是因为一般要2nm 及以上的空间才能形成双电层，才能进行有效的能量储存。而制备的碳材料往往存在微孔<2nm 的不足，致使比表面积的利用率不高。所以，这个系列的发展方向就主要是可控微孔孔径，提高有效比表面积。但不是孔隙率越高，电容器的容量越大。保持电极材料孔径大小2-50nm 之间提高孔隙率才能提高材料的有效比表面积，从而提高双电层电容。

3.1.1活性炭

活性炭材料由于具有稳定的使用寿命、低廉的价格及大规模的工业化生产基础，已在商品化超级电容器的生产中被广泛采用．1957年，Becker 申请了第一

个关于活性炭材料电化学电容器的专利．他将具有高比表面积的活性炭涂覆在金属基底上，然后浸渍在硫酸溶液中，借助在活性炭孔道界面形成的双电层结构来存贮电荷。

制备活性炭的原料来源非常丰富，石油、煤、木材、坚果壳、树脂等都可用来制备活性炭粉．原料经调制后进行活化，活化方法分物理活化和化学活化两种。物理活化通常是指在水蒸气、二氧化碳和空气等氧化性气氛中，在700－1200℃的高温下，对碳材料前体（即原料）进行处理。化学活化是在400－700℃的温

度下，采用磷酸、氢氧化钾、氢氧化钠和氯化锌等作为活化剂，采用活化工艺制备的活性炭孔结构通常具有一个孔径尺寸跨度较宽的孔分布，包括微孔(<2nm)，介孔（2—50nm）和大孔（>50nm）。值得注意的是，当比表面积高达3000ｍ２/ｇ时，也只能获得相对较小的比电容（<10μF/cm2），小于其理论双电层比电容的

值（15—25μF/cm2），这表明并非所有的孔结构都具备有效的电荷积累。虽然比表面积是双电层电容器性能的一个重要参数，但孔分布、孔的形状和结构、导电率和表面官能化修饰等也会影响活性炭材料的电化学性能。过度活化会导致大的孔隙率，同时也会降低材料的堆积密度和导电性，从而减小活性炭材料的体积能量密度。另外，活性炭表面残存的一些活性基团和悬挂键会使其同电解液之间的反应活性增加，也会造成电极材料性能的衰减。因此，设计具有窄的孔分布和相互交联的孔道结构、短的离子传输距离以及可控的表面化学性质的活性炭材料，将有助于提高超级电容器的能量密度，同时又不影响功率密度和循环寿命。目前商品化超级电容器电极材料的首选仍然是活性炭，不过随着其他新型碳材料如碳纳米管、石墨烯等的不断发展，将来有可能替代活性炭材料。

3.1.2碳纳米管

碳纳米管是20世纪90年代初发现的一种纳米尺寸管状结构的炭材料，是由单层或多层石墨烯片卷曲而成的无缝一维中空管，具有良好的导电性、大比表面积、好的化学稳定性、适合电解质离子迁移的孔隙，以及交互缠绕可形成纳米尺度的网状结构，因而曾被认为是高功率超级电容器理想的电极材料．Niu等人最早报道了将碳纳米管用作超级电容器电极材料的研究工作．他们将烃类催化热解法获得的多壁碳纳米管制成薄膜电极，在质量分数为38%的硫酸电解液中以及在0.001—100HZ的不同频率下，比电容达到49—113F/g，其功率密度超过了8KW/kg。但是，自由生长的碳纳米管取向杂乱，形态各异，甚至与非晶态碳夹杂伴生，难以纯化，这就极大地影响了其实际应用。近年来，高度有序碳纳米管阵列的研究再次引起人们的关注，这种在集流体上直接生长的碳纳米管阵列，不仅减小了活性物质与集流体间的接触电阻，而且还简化了电极的制备工艺。

3.1.3石墨烯

石墨烯（Grapheme）是由碳原子组成的单层石墨片,是英国科学家Geim等人于2004年发现的。石墨烯的问世激起了全世界的研究热潮，Gemi等人还因此而获得了2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯不仅是已知材料中最薄的一种，而且还非常牢固坚硬；作为单质，它在室温下传输电子的速度比已知导体都快。

碳纳米管和石墨烯分别作为一维和二维纳米材料的代表，二者在结构和性能上具有互补性。从目前来看，石墨烯具有更加优异的特性，例如具有高电导率和热导率（5000W/m·K）、高载流子迁移率（200000cm２/V·ｓ）、自由的电子移动空间、高强度和刚度（杨氏模量为～1.0TPa）、高理论比表面积（2600ｍ２/ｇ）。因此石墨烯在室温弹道场效应管、单电子器件、超灵敏传感器、电极材料（包括透明电极）、有机太阳能电池的受体材料和阳极材料、非线性光学材料、场发射

材料、复合功能材料以及药物载体等领域具有广阔的应用前景，这也是Geim等人获得诺贝尔奖的主要原因。利用石墨烯材料的高比表面积和高导电率等独特优点，可望获得一种价格低廉和性能优越的下一代高性能超级电容器电极材料。

袁美蓉等采用改良的Hummers法制备了氧化石墨，然后以水合肼还原得到石

墨烯。,制备的石墨烯电极超级电容器在有机Et

4NBF

4

/PC电解液体系中表现出良

好的双电层性能,其比电容为60F/g,比原料天然石墨制备的电容器(34F/g)几乎

大1倍。随着充放电电流密度由200mA/g增大到1000mA/g,石墨烯电容器的比电容由53.2F/g下降到32.5F/g,容量保持率为62%；在电流密度为200mA/g,电压

区间为1.25-2.5V下循环888次后比电容保持在45.5F/g,容量保持率在85.5%。表明石墨烯材料制备的电容器具有较好的充放电循环性能。

Ruoff研究组率先采用水合肼还原法制备出化学改性的石墨烯，其导电率

达到2×10２S/m（与本体石墨相当），比表面积也达705m２/ｇ。他们还研究了基于石墨烯超级电容器的电化学性能（电容器结构模型如图1所示），在水系电解液和有机电解液中的比电容分别为135F/ｇ和99F/ｇ，同时具有较好的倍率特性。Rao等人研究了采用3种不同方法制备石墨烯材料的电容特性。发现在1mol/L

硫酸电解液中，采用氧化石墨热膨胀剥离和纳米金刚石转化法合成的石墨烯比电容较高，达117F/ｇ；而采用离子液体作为电解液时，虽然电压窗口可达3.5V，但比电容仅为75F/ｇ

图1 电容器测试模型图2 真空低温膨胀剥离法制备石墨烯示意2009年，Lv等人采用氧化石墨真空低温膨胀剥离法制备了石墨烯材料（见图2），其中单层石墨烯含量占60%，比表面积为382m２/ｇ。相应地，这种石墨烯的电容特性，在30wt%KOH电解液中，比电容可高达279F/ｇ；在三乙基甲基铵四

氟硼酸盐(MeEt3NBF4）的乙腈电解液中,比电容仍可达122F/g。这些结果表明，采用这种方法具有过程简单、能耗低、产量高且电化学性能优越等优点。

2009年，张熊等首次采用对苯二胺还原法，在有机溶剂中制备出高分散性和高稳定性的石墨烯材料，并通过电泳沉积法在导电玻璃和泡沫镍基底上制备出高导电性的石墨烯薄膜，其面电导率可达150S/cm．值得一提的是，在泡沫镍基底上沉积得到的石墨烯薄膜，在6mol/L的KOH电解液中，当扫描速度为10mV/s 时，其比电容为164F/ｇ；当扫描速度增加到100ｍV/ｓ时，其比电容仍可达97F/ｇ。这项研究对石墨烯薄膜电极材料的实用化具有重要意义。

表1给出了国内外文献所报道的石墨烯性能的比较，可以看出，石墨烯的制备方法对其比电容的影响非常显著，这主要是由于石墨烯的表面官能基团、导电率和比表面积等与工艺环节紧密相关的原因所导致。此外，目前石墨烯材料的比电容在200F/ｇ左右，与一些金属氧化物和导电聚合物相比仍然偏低．这是由于石墨烯容易发生不可逆团聚，使可利用的活性表面大大减少。所以提高石墨烯的比电容可从以下方面进行：一是对石墨烯表面化学官能集团修饰（包括含氧或

者含氮等官能集团），增加法拉第赝电容；二是将石墨烯与金属氧化物或导电聚合物复合，利用石墨烯高的比表面积和导电率、以及金属氧化物或导电聚合物具有大的法拉第赝电容等优点，来提高复合材料的电化学性能。

表1：各种方法制备的石墨烯及其比电容比较

3.2过渡金属氧化物

金属氧化物超级电容器所用的电极材料主要是一些过渡金属氧化物，如：Mn0

2

、

V 20

5

、Ru0

2

、Ir0

2

、NiO、H

3

PMo

l2

40

、W0

3

、Pb0

2、

CoO

2

和C0

3

4

等。这个系列的储能主

要是通过电极活性物质在电极表面及近表面发了快速的可逆法拉第反应。为此，这个系列的发展方向是除尽量找到易发生可逆法拉第反应且反应吸收和放出的能量要高的电极材料外，便是努力提高材料本身的利用率。

3.2.1 氧化钌材料

氧化钌材料具有比电容高，导电性好，以及在电解液中非常稳定等优点，是目前性能最好的超级电容器电极材料。被用作ESC电极材料的二氧化钌，通常是由溶胶一凝胶法制得前驱体，然后经高温(300～800℃)热处理而得到．实验发现Ru02的假电容来自于Ru02的表面反应且随比表面积的增大而增大．这预示着增加容量的最直接的方式是增大比表面积，从而达到有足够的微孔来满足电解液的扩散。为了达到提高容量，增大比表面积的目的，采取的方法有：将RuO2薄膜沉积在有粗糙表面基底上；将RuO2涂在有高比表面积的材料(如乙炔黑、碳纤维

等)上；将几种金属氧化物混合做成电极(因混合金属氧化物会增大比表面积)和在室温下制备电极等．但所报道的Ru02的最高比容量为380F／g(水电解液)(此时的比表面积约为～120m2/g)

后来经T.R. JOW等人的研究发现：制备二氧化钉的前驱体在150℃热处理时，可以得到无定形态的水合二氧化钌Ru02·xH20，用它作超级电容器电极材料时具有比晶体结构的Ru02更高的比容量，在0.5mol/L硫酸介质中，单位比容量可达到768F/g(是Ru02·xH20法拉第理论容量900F／g的85％)，是至今为止发现的比容量最高的超级电容器电极材料而其比表面积只有25～95m2/g。

JOW等人给出的解释是Ru02·xH20由于是无定形态。电解液容易进入电极材料，由它作电极时，是材料整体参加反应，即材料的利用率可达到100％；而Ru02作电极材料时，由于是晶体结构，电解液不易进入电极材料内部，只在材料的表面发生反应．所以虽然RuO2的比表面积大，但实际比容量却比Ru02·xH20小得多．由此可见，无定型态结构比晶体结构更适合作ESC电极材料。

但是钌资源有限、价格十分昂贵，难以普遍应用。为了进一步提高性能和降低成本，国内外均在积极寻找其他价格较为低廉的金属氧化物电极材料。研究表明，二氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化铁和氧化钒等具有与氧化钌类似的电化学性能，其中氧化锰为目前研究较多的电极材料之一。

3.2.2氧化锰材料

二氧化锰材料具有价格低廉、对环境友好以及电化学工作窗口宽（在水溶液体系中达到1V以上，与氧化钌电极材料相当）等显著优点．更重要的是，二氧

化锰基超级电容器可采用中性电解质溶液（如Na

２SO

４

，KCl的水溶液等）而不像

其他金属氧化物或碳基超级电容器必须采用强酸或强碱电解质，这就使二氧化锰基超级电容器的组装及使用更加安全和方便。此外，将纳米技术应用于超级电容器电极材料领域，利用纳米二氧化锰电极材料高的比表面积、短的离子扩散和电子输运距离，还可以大大提高其电化学活性。

Pang等人采用溶胶－凝胶法制备了无定型二氧化锰薄膜，初始比电容高达698F/g，显示出可与氧化钌电极材料相当的比电容特性，但在充放电过程中电化学性能迅速降低，这是由于在充放电循环过程中二氧化锰结构不稳定所致。他们对二氧化锰纳米材料的可控制备及其电容特性也展开了一系列的研究工作，例如采用高价金属离子水热矿化法制备出不同晶型和形貌的三维纳米结构的二氧化

锰电极材料，其中包括海胆状的α－MnO

２空心球、α－MnO

２

纳米棒团簇和绒线球

状ε－MnO

２实心球（见图3）．研究发现MnO

２

晶型和形貌对其电化学的影响显著，

其中绒线球状ε－MnO

２

电极具有最大的比电容（120F/ｇ），交流阻抗谱也显示ε

－MnO

２

电极具有最小的法拉第电荷转移阻力。这种方法过程简单，合成产物粒径均一，形貌可控，为规模化制备纳米二氧化锰电极材料提供了新思路。

图3 α－MnO

２空心球（（a）和(b)）、ε－MnO

２

空心球（（c）和（d））、α－MnO

２

纳米棒团簇（（e）和（f））的TEM 照片

3.3 导电聚合物

导电有机聚合物作ESC电极材料，可以用有机电解质和水电解质作电解液，其储能也主要是依靠法拉第假电容原理来实现．其最大的优点是可以在高电压下工作(3.0～3.2V)，可弥补过渡金属氧化物系列工作电压不高的缺点，代表着ESC 电极材料的一个发展方向.

一般将共轭聚合物的电导性与掺杂半导体进行比较，采用术语“P掺杂”和“n掺杂”分别用于描述电化学氧化和还原的结果。导电聚合物借助于电化学氧化和还原反应在电子共轭聚合物链上引入正电荷和负电荷中心，正、负电荷中心的充电程度取决于电极电势。目前仅有有限的导电聚合物可以在较高的还原电位下稳定地进行电化学n型掺杂，如聚乙炔、聚毗咯、聚苯胺、聚噻吩等。现阶段的研究工作主要集中在寻找具有优良的掺杂性能的导电聚合物，提高聚合物电极的充放电性能、循环寿命和热稳定性等方面。

3.4 复合材料

复合电极材料作为一种新型的超级电容器电极材料,不但可以利用炭材料的双电层电容,还可以利用金属氧化物或导电聚合物准法拉第电容,具有单一电极材料所不具备的优良性能,应用前景十分广阔。

3.4.1碳/金属氧化物

Kim等采用电沉积法获得了炭/钌氧化物复合材料.在CNT薄膜基底上电沉积具有三维多孔结构的纳米尺度钌氧化物。作为比较,在Pt片和炭纸基底上制备了钌氧化物。扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)的结果表明,在MWCNT上电沉积厚度为3 nm钌氧化物层.与Pt片和炭纸基底上沉积的钌氧化物相比,在CNT薄膜上沉积的钌氧化物不仅有1170 F/g的较高比电容,还有更好的倍率性能,这是由于其电极构件中包含一层薄的具有三维纳米孔的CNT基底上的电活性材料。Lee等报道了MWCNT和钌氧化物形成的复合薄膜的超电容特性。RuO2涂饰的MWCNT三维纳米孔结构,促进了MWCNT薄膜的电子和离子传递.测试了负载不同RuO2含量的RuO2/MWCNT复合材料,其比电容最大值为628 F/g,比MWCNT的能量密度高出约3倍。

Chen等将MWCNT先浸在沸腾的硫酸(H

2SO

4

)中分散、搅拌的同时加入KMnO4

粉末后,H2SO4在水溶液中形成沉淀,在MWCNT上生长了单晶α-MnO2纳米棒.其平均粒径为15 nm,能够非常密集地附着于MWCNT。MWCNTs/α-MnO2纳米棒机械混合的超级电容器有更好改性。Li等采用化学共沉淀法,将炭气凝胶先加到KMnO4

中,之后,再加Mn(CH

3COO)

2

·4H

2

O制得MnO

2

·xH

2

O/CRF复合物。研究结果表明

明,MnO

2·xH

2

O/CRF复合材料有良好的电化学性能,高度的可逆性以及良好的充放

电性能。MnO

2·xH

2

O负载量为60%时,复合材料的比电容达226.3 F/g,而单纯的

炭气凝胶的比电容仅为112F/g。另外,还有其他的制备锰氧化物/炭复合材料的方法。

Qian 等利用室温沉淀法制得了 MnO2/GE 复合材料，这种制备方法操作工艺简单、原料充足。制得的复合材料有良好的循环稳定性，并测得其在硫酸钠电解液中具有 324 F/g 的比电容。但是，XRD 测试发现，金属氧化物结晶度较差，复合物之间的结合力较弱、协同效应差，未能有效防止 GE 的团聚，比表面积不是很大。Chen 等采用电化学沉积的方法在 GE表面负载 MnO2纳米粒子，制得的复合材料具有较高的比电容( 328 F/g) 和比功率( 25.8×103W/kg) 。

3.4.2炭/导电聚合物

通过微波聚合、原位化学聚合、界面聚合、电化学聚合、电沉积和原位沉积等方法可以制得炭/聚苯胺（PAn）复合材料。MWCNT/ PAn的复合较为多见,该复合材料有较好的倍率性能,电容的保持性较好。Mi等通过微波辅助聚合快速制备了MWCNT/ PAn复合物.TEM显示这种复合材料是一种复合核壳结构的聚苯胺层(50~70nm) .能量密度为22 W·h/kg时的比电容为322 F/g,比单纯的MWCNTs高出12倍。Dong等通过原位化学氧化聚合法制备了MWCNT/ PAn复合物,并作为一种新型的电极材料，复合物的比电容高达328F/g。

戴晓军等通过抽滤方法制备了柔性的石墨烯自支撑薄膜，然后在石墨烯薄膜表面原位生长聚苯胺纳米线阵列，得到了石墨烯／聚苯胺纳米线阵列柔性复合薄

膜，基于该柔性薄膜组装出三明治结构的柔性超级电容器，其在H

２SO

４

（1Mol/L）

溶液中的比电容达278F/g，并且具有良好的循环稳定性。Zhang等制备了石墨烯

/聚苯胺复合材料超级电容器，其比电容达480F/g。石墨烯/氧化聚苯胺纳米复合材料超级电容器也获得了很高的比电容（115～233F/g）。Stoller等将化学改性的石墨烯与粘结剂复合制成超级电容器，其在水系和有机系电解液中的比电容分别达135F/g和99F/g。

Ham等通过吡咯单体的原位聚合在SWCNT上包覆聚吡咯（PPy）。CNT表面部分被PPy覆盖。聚吡咯包覆的纳米管用LiClO

4

掺杂并与Kynar FLEX2801粘接剂相混合来制成超级电容器复合电极.复合电极的比电容高于PPy/粘接剂/炭黑.这是由于其比表面积大,而且SWCNT的光表面具有较高电导率。

3.4.3 金属氧化物/导电聚合物

超级电容器还有金属氧化物/导电聚合物复合材料。Sharma等在抛光石墨基

底上通过电化学方法制备了氧化锰嵌入PPy纳米复合薄膜电极。MnO

2

和PPy的共

沉积使得多孔的PPy母体为MnO

2纳米粒子提供了较高的活性表面。另外,MnO

2

纳

米粒子在聚合物链上成核,提高了复合物的电导率和稳定性。复合材料有了巨大的改性,比电容达620 F/g,而单纯的MnO2比电容仅为225F/g,单纯的PPy仅为250 F/g。

4 超级电容器的隔膜

隔膜是超级电容器的重要组成部分之一，其性能的优劣在一定程度上决定电容器性能的好坏，其工作原理是隔开正负极，防止两极活性物质相互接触产生短路；同时在充放电过程中，吸附保持必要的电解液，形成离子移动的通道。对隔膜材料的一般要求是：1)电阻尽量小，使得离子通过隔膜的能力强，即隔膜对电解质离子运动的阻力小；2)隔膜材料是电子导体的绝缘体；3)在电解液中化学性

能稳定；4)具有一定的机械强度，隔离性能好；5)组织成份均匀，厚度一致；6)材料资源丰富，价格低廉。

目前电容器常用的隔膜有：琼脂，隔膜纸，用于小型超级电容器的无纺布隔膜，用于大型超级电容器的纤维素隔膜，高分子半透膜等。吸液率、保液率是衡量隔膜的重要参数，对电容充放电性能及循环寿命有很大影响。

5 超级电容器的电极

5.1 负极

超级电容器的负极材料主要包括活性炭（AC ），氧化亚铁，Li4Ti5O12等。 随着环保型电动车研究的兴起，超级电容器作为一种新的二次电源，已经成为继锂离子电池后的又一个研究热点，研究发现，Li4Tis012可以用于替代活性炭双电层电容器的一极，发挥其相对高比容量的优势，成为理想的不对称超级电容器的负极材料。当Li+在外加电流条件下，在Li 4Ti 5012电极材料中发生嵌入/脱

嵌时，发生的反应可表示为下式：

[][]11/35/341/35/34i i i =i i x L L T O xLi xe Li L T O +-+++ 上式中的Li +在Li 4 Ti 5012的晶格中的嵌入、脱出是一个两相过程．当外加电流

条件下，Li+进入晶格时，处于正四面体位置(80)的Li+被挤到正八面体位置(16c)，晶格转换成为岩盐相Li7Ti5012．这种变化是动力学高度可逆的，即Li4Ti5012电极材料正是通过这种两相可逆转换的方式实现充放电循环的．

5.2正极

超级电容器的正极材料主要有：复合钴镍电极，二氧化锰，二氧化镍等等金属氧化物。

6 超级电容器的电解液

为了使超级电容器获得最佳的功率性能，在高功率下进行高度可逆的充电和放电过程，必须减小其内阻，这就要求用于超级电容器的电解液必须具有较高的电导率。通常可以把超级电容器的电解液分为三类：(1)水系电解液；(2)有机系电解液；(3)离子液体电解质。

双电层电容器能量储存公式为：

21/2E CV =

其中E 为储存的能量，V 是分解电压，因此能量储存与分解电压成正相关性。 水系电解液制作简单，成本低，主要包括硫酸、氢氧化钾以及可溶性盐如硫酸锂等的水溶液。水溶液具有极高的电导率，这对于实现大功率有利，不足之处是水系溶液体系的分解电压低，限制了超级电容工作电压的提高。同时，强酸、强碱的腐蚀性强，强酸溶液尤其严重，这对电容器模具以及环境均属不利因素。

与水系电解液相比，有机系电解液最大的优势在于其分解电压较高，在实际应用中具有较高的工作电压。有机电解液的缺点是电导率低、功率能力较差、成本高，并且对生产制作条件要求高，必须在非常纯净、干燥的条件下进行。在不牺牲循环及安全性能的情况下，商业上有机体系的最高电压只能达到2．5V ／2.7 V ，且存在有机溶剂易挥发、电导率和工作电压提高困难、有安全隐患及对环境有影响等问题。电解质主要研究方向为四乙基氨盐和三乙基氨盐配以各种添加剂。

有机溶剂方面：主要为碳酸丙烯脂(PC)和乙睛(AN)。使用多元电解质和多元溶剂并使用添加剂可以有效的提高电解液的性能。

离子液体具有高热稳定性、化学稳定性、低蒸汽压及宽的电化学稳定窗口，但是部分离子液体电解质的稳定性以及循环性能上仍需提高。

7 超级电容器的应用研究现状

超级电容器作为大功率物理二次电源，在国民经济各领域用途十分广泛。各发达国家都把超级电容的研究列为国家重点战略研究项目。1996年欧共体制定了超级电容器的发展计划，日本“新阳光计划”中列出了超级电容器的研制，美国能源部及国防部也制定了发展超级电容器的研究计划一。。我国从80年代开始研究超级电容器，北京有色金属研究总院、锦州电力电容器有限责任公司、北京科技大学、北京化工大学、北京理工大学等也陆续开展超级电容器相关研究工作。2005年，中国科学院电工所完成了用于光伏发电系统的300 Wh/1kW超级电容器储能系统的研究开发工作。2006年8月，世界首条超级电容公交商业示范线在上海率先启动。上海振华港机利用超级电容器作为轮胎式集装箱龙门起重机储能装置实现了绿色，取得良好效果。2008年8月，北京理工大学具有自主知识产权的纯电动动力系统应用到北京奥运用电动客车中。虽然针对超级电容器研究成果颇丰，但整体来看，我国的研究与应用水平明显落后于世界先进水平。

目前超级电容器正逐渐步入成熟期，市场越来越大，有越来越多的公司聚焦到生产超级电容器上。以下以超级电容器应用的电流等级不同，介绍超级电容器的应用范围。

1)应用在100微安以下的，主要作为记忆体的后备电源，可以作为CM0s、RAM、IC的时钟电源。在医疗器械、微波炉、手持终端、校准仪等中得到应用。

2)应用在500微安以下的，主要作为主供电的后备电源。在数字调频音响系统、可编程消费电子产品、洗衣机等中作为CMOs、RAM、IC的时钟电源并在测量仪器、自动控制模块等中提供高温85℃条件下系统时钟电源。

3)应用在最高50 mA的，主要用作电压补偿。在引擎启动时，主电压突降，它可以作为汽车音响后备电源，进行电压补偿。同样用在磁带机、影碟机电机以及计量表q启动时。

4)应用在最高l A的，主要作为小型设备主电源。在玩具、智能电表水表煤气表、热水器、报警装置、太阳能道钌灯等作为主电源。还在激发器和点火器中起激励作用，在短时间内供给大电流。

5)应用在最高50 A的，主要提供大电流瞬时放电。主要用于不问断电源、GPs、电动自行车、风能太阳能的能量储备等。

6)应用在50 A以上的，主要提供超大电流放电。主要用于汽车、坦克等内燃发动机的电启动系统，以解决怠速启动问题、直流屏、电动汽车、储能焊机、电焊机、大型通讯设备、抗电网瞬态波动系统等。

8 结束语

超级电容器作为一种新型的储能器件，它的安全性、稳定循环性、高比电容、环保等优异特点使其有着很大的发展潜力，超级电容器的发明和发展，为现代社会的进步提供了很大的推动力。它不仅从根本上改变了新型电动汽车在交通运输中的位置，也弥补了风能、太阳能等受大自然影响的能源的缺陷，提高了电网的使用效率和稳定性，使人们减少对石油的依赖。

对于超级电容器，今后要研究的方向和重点是：一、首先研制出更多的具有高能量密度、高倍率充放电能力及循环稳定性优异、循环寿命长的电极材料，尤其注重在纳米材料领域的开发与研究，并逐步改进技术降低生产成本，且运用到实际应用领域。二、利用超级电容器的高比功率特性和快速放电特性，进一步优化超级电容器在电力系统中的应用技术。此外，在我国大力发展新能源这一政策指导下，在光伏发电领域、风力发电领域，超级电容器以其快充快放等特点为改进和发展关键设备提供了有利条件。

经过了半个世纪的研究与探索，超级电容器体系日益完善。作为一种储能巨大、充放电速度快、工作温度范围宽、工作可靠安全、无须维护保养、价格低廉的储能系统，它有效的解决了能源系统中功率密度与能量密度的矛盾，有逐步取代目前更换频繁的蓄电池之势，目前正在越来越广泛的应用到人们日常生活的方方面面。如能大量应用于电力系统，则必将推动技术进步和取得更大的经济效益。

本人思路：石墨烯是完全离散的单层石墨材料，其整个表面可以形成双电层；但是在形成聚集体过程中，石墨烯片层之间杂乱叠加，使得形成有效双电层的面积减少。如果其表面可以完全释放，则将获得远高于多孔炭的比电容。在石墨烯片层叠加而形成宏观聚集体的过程中，形成的孔隙集中在2.0nm以上，有利于电解液的扩散。实现石墨烯表面和优良导电性能的释放是其在超级电容器中应用的前提，而复合法是很有效的途径，因此必须加强超级电容器中石墨烯复合材料的研究，所以本人打算今后以石墨烯与氧化锰或者导电聚吡咯进行复合，通过调节控制实验条件，然后进行性能测试，得出比较好的复合材料制备方法和比较好的复合配比。

超级电容器综述

题目超级电容器技术综述 学号 班级_____________ 学生 _______________ 扌旨导教师_______ 杨莺_________________ ______ 2014 _______ 年

超级电容器技术综述 摘要：近年来，随着经济的迅猛发展，人们在实际应用中对储能装置各项技术指标的需求不断提高，而当前电池的标准设计能力已经逐渐无法满足人们的要求，超级电容器应运而生。超级电容器是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。作为一种新的储能元件,它填补了传统电容器和电池之间的空白, 能提供比普通电容器更高的能量和比二次电池更高的功率以及更长的循环寿命, 同时还具有比二次电池耐温和免维护的 优点。本文主要针对超级电容器的储能机理、超级电容器电极材料、超级电容器的发展动态以及未来应用的展望进行了简单的论述。 关键词：超级电容器；储能机理；活性炭；发展现状；应用展望。 A Review of the technology of super capacitor Abstract ：In recent years，With the rapid development of economy，People advance the need that can equip each technique index sign to continuously raise at practical application 。But the standard design ability of the current battery have already canned not satisfy people's request gradually ，The super capacitor emerges with the tide of the times 。The super capacitor is a kind of new energy storing device, it has many characteristics such as short refresh time, long service life, good temperature characteristic, energy conservation,Environment protecting.As a new kind energy storage element, it filled up traditional capacitor and the blank of battery.It can provide energy than the common capacitor higher and the power than secondary battery higher and the longer circulating life.Meanwhile it has the advantage of rating of temperature and no maintenance than secondary battery.The text mainly aims at the keeping of super capacitor development dynamic state of ability mechanism, super capacitor electrode material, super capacitor and in the future apply of the outlook carried on simple treatise. Key Words ：super capacitor; The energy storage mechanism; active carbon; development trend; Application trend . 引言近几年出现的超级电容器，它兼有物理电容和电池的特性，是人们未来探索的确定方向。超级电容器是比物理电容器更好的储能元件。目前，用于超级电容器的电极材料主要是炭材料，由于一些炭材料比如氧化锰低价高能，所以受到很多科学家的青睐。超级电容器自面市以来，全球需求量快速扩大，已成为化学电源领域内新的产业亮点。超级电容器在电动汽车、混合燃料汽车、特殊载重汽车、电力、消费性电子产品等众多领域有着巨大的应用价值和市场潜力，被世界各国所广泛关注。就目前的国际形势来看，超级电容器有着很大的应用前景。 1 超级电容器概述 1.1超级电容器的定义及特点

超级电容器的组装及性能测试实验指导书 (1)汇总

超级电容器的组装及性能测试指导书 实验名称：超级电容器的组装及性能测试 课程名称：电化学原理与方法 一、实验目的 1．掌握超级电容器的基本原理及特点； 2．掌握电极片的制备及电容器的组装； 3．掌握电容器的测试方法及充放电过程特点。 二、实验原理 1．电容器的分类 电容器是一种电荷存储器件，按其储存电荷的原理可分为三种：传统静电电容器，双电层电容器和法拉第准电容器。 传统静电电容器主要是通过电介质的极化来储存电荷，它的载流子为电子。 双电层电容器和法拉第准电容储存电荷主要是通过电解质离子在电极/溶液界面的聚集或发生氧化还原反应，它们具有比传统静电电容器大得多的比电容量，载流子为电子和离子，因此它们两者都被称为超级电容器，也称为电化学电容器。 2．双电层电容器 双电层理论由19世纪末Helmhotz等提出。Helmhotz模型认为金属表面上的净电荷将从溶液中吸收部分不规则的分配离子，使它们在电极/溶液界面的溶液一侧，离电极一定距离排成一排，形成一个电荷数量与电极表面剩余电荷数量相等而符号相反的界面层。于是，在电极上和溶液中就形成了两个电荷层，即双电层。 双电层电容器的基本构成如图1，它是由一对可极化电极和电解液组成。 双电层由一对理想极化电极组成，即在所施加的电位范围内并不产生法拉第反应，所有聚集的电荷均用来在电极的溶液界面建立双电层。 这里极化过程包括两种: （1）电荷传递极化（2）欧姆电阻极化。 当在两个电极上施加电场后，溶液中的阴、阳离子分别向正、负电极迁移，在电极表面形成双电层；撤消电场后，电极上的正负电荷与溶液中的相反电荷离子相吸引而使双电层稳定，在正负极间产生相对稳定的电位差。当将两极与外电路连通时，电极上的电荷迁移而在外电路中产生电流，溶液中的离子迁移到溶液中成电中性，这便是双电层电容的充放电原理。

超级电容器电极材料研究现状及存在问题

功能材料课程报告 指导老师： 学院：材料科学与工程学院专业：材料加工工程 姓名： 学号： 日期: 2012 年7 月13 日

超级电容器电极材料研究现状及存在问题 摘要:电极材料是决定电容器性能的重要因素，高性能电极材料的开发是超级电容器研发的重点。本文主要讨论了超级电容器阳极材料的研究现状及存在问题，这些材料包括：碳材料、贵金属氧化物、导电聚合物和一些其他材料。复合或混合型电极材料可以显著提高超级电容器的综合性能，已经成为超级电容器电极材料发展的主要趋势。 关键词:超级电容器；电极材料；研究现状；存在问题

1电极材料的研究现状 1.1正极材料 目前用作超级电容器电极的材料主要有三类:碳材料、金属氧化物材料和导电聚合物材料。 1.1.1碳材料碳是最早被用来制造超级电容器的电极材料。碳电极电容器主要是利用储存在电极与电解液界面的双电层能量，其比表面积是决定电容器容量的重要因素。尽管高比表面的碳材料比表面积越大，容量也越大，但实际利用率并不高，因为多孔碳材料中孔径一般要2nm及以上的空间才能形成双电层，从而进行有效的能量储存。而制备的碳材料往往存在微孔(小于2nm)不足的情况。所以这个系列主要是向着提高有效比表面积和可控微孔孔径(大于2nm)的方向发展。除此之外，碳材料的表面官能团、导电率、表观密度等对电容器性能也有影响[1]。 碳电极电容器其电容的大小和电极的极化电位及电极比表面积大小有关，故可以通过极化电位的升高和增大电极比表面积达到提高电容大小的目的。电极/电解质双电层上可贮存的电量其典型值约为15~40μF·cm-2。选用具有高表面积的高分散电极材料可以获得较高的电容。对理想可极化体系而言，可通过无限提高充电电压而大量储存能量。但是，对于实际体系却受电极材料和电解液组成的电极系统的可极化性和溶剂分解的限制，可通过加大电极比表面积来增加电容值。电容C可由下式给出 C=ε·ε0Ad 式中:ε ε为电导体和内部赫姆霍兹面间区域的相对0为自由空间的绝对介电常数， 介电常数，A为电极表面积，d为导体与内赫姆霍兹面之间的距离。 近年来研究主要集中在提高碳材料的比表面积和控制碳材料的孔径及孔径分布，并开发出许多不同类型的碳材料，主要有: 多孔碳材料、活性碳材料、活性碳纤维、碳气溶胶以及最近才开发的碳纳米管等[2]。 多孔碳材料、活性碳材料和活性碳纤维：这个排列基本代表了碳材料为提高有效比表面积的发展方向。之所以发展为活性碳，主要是在于通过活化处理(如水蒸汽)后，可以增加微孔的数量，增大比表面积，提高活性碳的利用率。这些材料随制作电极工艺的不同先后出现过:活性碳粉与电解液混合制成的糊状电

超级电容器综述

超级电容器综述 超级电容器又称电化学电容器或双电层电容器，是一种新型储能器件，它利用电极/电解质交界面上的双电层或在电极界面上发生快速、可逆的氧化还原反应来储存能量。 超级电容器采用活性碳材料制作成多孔碳电极，同时在相对的多孔电极之间充填电解质溶液，当在两端施加电压时，相对的多孔电极上分别*正负电子，而电解质溶液中的正负离子将由于电场作用分别*到与正负极板相对的界面上，从而形成两个集电层。 由于活性碳材料具有≥1200m2/g的超高比表面积（即获得了极大的电极面积），而且电解质与多孔电极间的界面距离不到1nm（即获得了极小的介质厚度），所以这种双电层结构的超级电容器比传统的物理电容的容值要大很多，比容量可以提高100倍以上，从而使利用电容器进行大电量的储能成为可能。 目前国际上研究与发展的超级电容器可归为以下几类： ●双层电容器（Double layer capacitor） 由高表面碳电极在水溶液电解质（如硫酸等）或有机电解质溶液中形成的双电层电容，如图6-12.1所示。该图还表示出一个典型双电层的形成原理，显然双电层是在电极材料（包括其空隙中）与电解质交界面两侧形成的，双电层电容量的大小取决于双电层上分离电荷的数量，因此电极材料和电解质对电容量的影响最大。一般都采用多孔高表面积碳作为双层电容器电极材料，其比表面积可达1000－3000m2/g，比电容可达280F/g。 ●赝电容器（Pseudo－capacitor）

由电极表面上或者体相中的二维或准二维空间上发生活性材料的欠电位沉积，形成高度可逆的化学吸附/脱附或氧化/还原反应产生和电极充电电位有关的电容，又称法拉第准电容；典型的赝电容器是由金属氧化物，如氧化钌构成的，其比电容高达760F/g。但由于氧化钌太贵，现已开始采用氧化钴、氧化镍和二氧化锰来取代； ●混合电容器（Hybrid capacitor） 由半个形成双层电容的碳电极与半个导电聚合物或其他无机化合物的表面反应或电极嵌入反应电极等构成。目前在水溶液电解质体系中，已有碳/氧化镍混合电容器产品，同时正在发展有机电解质体系的碳/碳（锂离子嵌入反应碳材料）、碳/二氧化锰等混合电容器。 此外，若按照电容器采用的电极材料分类，则可分为碳基型、氧化物型和导电聚合物型；而按采用的电解质类型分类，则又分为水溶液电解质型和非水电解质型（主要为有机电解质型）。在有机电解质溶液中，电容器的工作电压可提高至2.5V以上。 超级电容器的性能特点 超级电容器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，又具有电化学电池的储能机理，性能比较详见下表。 超级电容器作为一种新型能源器件，具有以下主要优点： （1）功率密度高 超级电容器的内阻很小，且在电极/溶液界面和电极材料本体内部均能够实现电荷的快速贮存和释放，因此它的输出功率密度高达数千瓦/千克，是任何一种化学电源都无法比拟的，是一般技术'>蓄电池的数十倍。

超级电容器综述解析

电子技术查新训练文献综述报告 题目超级电容器技术综述 学号3130434055 班级微电132 学生赵思哲 指导教师杨莺 2014 年

超级电容器技术综述 摘要：近年来，随着经济的迅猛发展，人们在实际应用中对储能装置各项技术指标的需求不断提高，而当前电池的标准设计能力已经逐渐无法满足人们的要求，超级电容器应运而生。超级电容器是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。作为一种新的储能元件,它填补了传统电容器和电池之间的空白,能提供比普通电容器更高的能量和比二次电池更高的功率以及更长的循环寿命,同时还具有比二次电池耐温和免维护的优点。本文主要针对超级电容器的储能机理、超级电容器电极材料、超级电容器的发展动态以及未来应用的展望进行了简单的论述。 关键词：超级电容器；储能机理；活性炭；发展现状；应用展望。 A Review of the technology of super capacitor Abstract：In recent years，With the rapid development of economy，People advance the need that can equip each technique index sign to continuously raise at practical application。But the standard design ability of the current battery have already canned not satisfy people's request gradually，The super capacitor emerges with the tide of the times。The super capacitor is a kind of new energy storing device, it has many characteristics such as short refresh time, long service life, good temperature characteristic, energy conservation,Environment protecting.As a new kind energy storage element, it filled up traditional capacitor and the blank of battery.It can provide energy than the common capacitor higher and the power than secondary battery higher and the longer circulating life.Meanwhile it has the advantage of rating of temperature and no maintenance than secondary battery.The text mainly aims at the keeping of super capacitor development dynamic state of ability mechanism, super capacitor electrode material, super capacitor and in the future apply of the outlook carried on simple treatise. Key Words：super capacitor; The energy storage mechanism; active carbon; development trend; Application trend .

超级电容器研究综述

一、超级电容器的发展与进步 （一）概述 在古代，人们发现了与琥珀及橡皮相摩擦，引起表面贮存电荷的可能性。然而这一效应的缘由直到18世纪中叶方被人们理解。140年后，人们开始对电有了分子原子级的了解。早期的有关莱顿瓶的发现和研究，开启了电容器的序幕。之后，电容器不断的发展起来，现如今，其发展起来的电化学超级电容器，已经应用于国防设备、电力设备、通讯设备、铁路设施、电子产品、汽车工业等方方面面，成为当代社会不可缺少的一部分。 电能能够以两种截然不同的方式存贮：一种间接方式是作为潜在可用的化学能，存贮在电池里。另一种直接的方式，则是以静电学形式将正负电荷置于一个电容器的不同极板之间来存贮电能。超级电容器在存贮电荷时有着两种原理，一种是通过双电层原理，以非法第模式来存贮电能；而另一种则是法拉第模式，通过发生氧化还原反应来产生赝电容。目前双电层型超级电容器一般采用碳材料做电极，通过碳材料的大的比表面积来增加双电层的面积，而赝电容型超级电容器一般采用氧化物或聚合物的材料来做为电极。同时，二者在制作超级电容器的时候也可以并用，从而使得超级电容器也可以划分为对称超级电容器和非对称超级电容器，对称即指电容器的两极的材料相同，非对称则不同。在电解质方面，超级电容器绝大多数均采用液体电解质，如水及其它有机溶剂。 超级电容器的电化学性能分析有很多方法，但通常都包括以下四种图：循环伏安曲线，恒流充放电曲线，交流阻抗谱，循环稳定性曲线。通过这四种图可以比较明确地判断出一个超级电容器的电化学性能的好坏，具体判断方法之后会详细说明。 超级电容器有着非常高的功率密度，但是其能量密度却比较低，它有着极好的循环充放电稳定性但是电压窗口却比较窄。但是人们也在对其进行着不断的研究来改善超级电容器的这些弊端。 （二）超级电容器的原理 超级电容器又称为电化学电容器，是介于传统电容器和电池之间的新型电化学储能器件，它的出现填补了Ragone图中传统电容器的高比功率和电池的高比能量之间的空白。一方面，与传统电容器相比，超级电容器的电极材料往往选用高比表面积材料，如活性碳，通过静电作用在固/液界面形成对峙的双电层存储电荷，因此超级电容器拥有比传统电容器高的能量密度，静电容量能够达到千法拉至万法拉级；另一方面，与电池能量存储机理类似，超级电容器可以通过法拉第氧化还原反应完成电荷存储和释放，由于主要依靠电极表面或近表面的活性材料存储电荷，超级电容器与电池相比，能量密度较低，但是具有高的功率密度和循环稳定性。 1 传统电容器 传统的平行板电容器是所有静电电容器储能的基础，传统电容器电能的储存来源于电荷在两极板上聚集而产生电场。平行板电容器的静电电容的计算公式为： r是两极板材料的相对介电常数，0是真空介电常数，A是电极板的正对面积，d 是两极板的距离。 2 双电层超级电容器 双电层电容器是通过静电电荷分离，依靠固/液界面的双电层效应完成能量的存储和转化。电解液离子分布可为两个区域——紧密层和扩散层。其双电层电容可视为由紧密层电容和扩散层电容串联而成。双电层电容器正是基于上述理论发展起来的。充电时，电子经外电

能量储存材料与器件汇总

Cap1超级电容器 超级电容器：1、电容值大，能量密度高2、功率密度高3、充放电效率高4、循环寿命长5、工作温度范围广6、可靠性高7、绿色环保 三种类型： 1、将电荷储存在电极/电解质溶液界面处的电双层中，以高比表面积炭作为电极材料 2、利用发生在电极表面的二维或准二维法拉第反应储存电荷，以过渡金属氧化物作为电极材料 3、以导电聚合物为电极材料，导电聚合物充放电时周期性地成为氧化态或还原态，即氧化还原型准电容，具有类金属性质，电容是双层的 双层型电容器特点：电荷储存是非法拉第过程，是静态储电方式，不发生通过电极表面的电荷转移，以绝缘体为介质 双层模型：Helmholtz模型、Stern模型、Grahame模型 赝电容：又称法拉第准电容，是在电极表面或体相中的二维或准二维空间上，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸附，脱附，氧化，还原反应，产生和电极充电电位有关的电容 电极材料：活性炭粉末 特点：1、高比表面2、具有发达的介孔3、高电导率4、高堆积比重5、高纯度6、良好的电解液浸润性 处理方式：气相热处理、液相热处理 电极材料：碳气凝胶 结构特征：1、交联结构2、颗粒间的链接3、粒子间的线形或梯形聚合物链4、粒子内部的单独聚合物链 优点：1、高比表面积2、低密度3、高导电率4、可直接成型，不需粘结剂 电解质对化学电容器行为的影响： 1、电解质的电导率影响电容器的功率输出能力 2、电解液中阴离子的吸附，影响比双层电容值 3、通溶剂的绝缘性质，决定比双层电容的值及其对电极电势的依赖 电解质电导率的决定因素：

1、给定盐或酸溶液中自由电荷载流子、阳离子和阴离子的浓度 2、电解质电离离子的迁移率或每个离子对电导的贡献 3、溶剂的粘度 水溶液电解质介质：电导率高、分子直径小利于形成双电层、容易挥发电化学窗口窄 酸性水溶液（H2SO4、HBF4、HCl、HNO3、H3PO4） 碱性水溶液（KOH、LiOH） 中性水溶液（KCl、NaCl、LiCl、Li2SO4） 非水溶液电解质介质：季铵盐、锂盐、季鏻盐 特殊：四烷基季铵盐R4N+ 1、在非水溶剂中具有良好的导电性和溶解性 2、避免了过充使碱金属沉积在电容器阴极的可能性 3、价格昂贵，必须足够纯净干燥 4、在强烈过充电时会在负极发生分解 Cap2金属空气电池 金属空气电池：以空气中的氧气作为正极活性物质，金属（Li、Mg、Al、Zn、Cd、Fe）作为负极活性物质，水为电解质的一种高能电池。 四种类型：一次电池、二次可充电池、金属板更换式电池、金属粒更换式电池 根据阳极材料又分为：铝空、锌空、镁空、锂空、铁空等 主要缺点：由于金属-空气电池工作时需要不断的供应空气，因此它不能在密封状态或缺少空气的环境中工作。此外，电池中的电解质容易受空气湿度的影响而使电池性能下降，空气中的氧会透过空气电极并扩散到金属电极上，形成腐蚀电池引起自放电。 工作原理

2019超级电容器行业分析报告及技术研究现状

2012超级电容器行业分析报告及技术研究现状 一、电容器、超级电容器行业分析 超级电容器根据制造工艺和外形结构可划分为钮扣型、卷绕型和大型三种类型三者在容量上大致归类为5F以下、5F~200F、200F以上它们由于其特点的不同运用领域也有所差异。 钮扣型产品具备小电流、长时间放电的特点，可用在小功率电子产品及电动玩具产品中。而卷绕型和大型产品则多在需要大电流短时放电，有记忆存储功能的电子产品中做后备电源，适用于带CPU的智能家电、工控和通信领域中的存储备份部件。另外大型超级电容器通过串并联构成电源系统可用在汽车等高能供应装置上。 表1、表2是对三种超级电容器产业规模进行调查而得到的数据整理而成的，分别反映了世界和中国超级电容器产业的情况。从这两个表中我们不难发现三个问题： 1、超级电容器产业的发展非常迅速，无论是钮扣型还是卷绕型或是大型超级电容器，其产业规模都在高速扩展。 2、中国在钮扣型超级电容方面的竞争力不明显，在中国钮扣型市场中，海外产品几乎占据了90%以上的份额，竞争非常激烈。数据表明，近几年国内厂家的市场份额也在逐步扩大。 3、卷绕型和大型方面，中国的技术水平与国际接近，市场份额也比较理想。近几年，中国厂商的销售收人也在呈几何倍数增长。据调查，国产超级电容器已占有中国市场60%~70%的份额。 二、超级电容器技术研究现状

超级电容器是利用双电层原理的电容器。当外加电压加到超级电容器的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大。当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上电荷不会脱离电解液，超级电容器为正常工作状态(通常为3V以下)，如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时，电解液将分解，为非正常状态。由于随着超级电容器放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液的界面上的电荷响应减少。由此可以看出:超级电容器的充放电过程始终是物理过程，没有化学反应。因此性能是稳定的，与利用化学反应的蓄电池是不同的。 超级电容器因其独特的双层大容量储存结构对原材料及制作工艺提出了极高的要求。电极、电解质和隔膜的组成和质量对超级电容器的性能起着决定性的影响。下面将从原材料，制作工艺等几个方面对超级电容器的技术现状进行分析。 2.1正极材料 目前用作超级电容器电极的材料主要有三类：碳材料、金属氧化物材料和导电聚合物材料。 2.1.1 碳材料 碳是最早被用来制造超级电容器的电极材料。碳电极电容器主要是利用储存在电极与电解液界面的双电层能量，其比表面积是决定电容器容量的重要因素。尽管高比表面的碳材料比表面积越大，容量也越大，但实际利用率并不高，因为多孔碳材料中孔径一般要2nm及 以上的空间才能形成双电层，从而进行有效的能量储存，而制备的碳材料往往存在微孔(孔 径小于2nm)不足的情况。所以这个系列主要是向着提高有效比表面积和可控微孔孔径(孔径 大于2nm)的方向发展。除此之外，碳材料的表面官能团、导电率、表观密度等对电容器性 能也有影响。现在已有许多不同类型的碳材料被证明可用于制作超级电容器的极化电极，如活性炭、活性炭纤维、碳气溶胶、碳纳米管以及某些有机物的裂解碳化产物。 2.1.2 金属氧化物材料 金属氧化物作为超级电容器电极材料的研究是基于法拉第准电容储能原理，即是在氧化物电极表面及体相发生的氧化还原反应而产生的吸附电容。其电容量远大于活性炭材料的双电层电容，但双电层电容器瞬间大电流放电的功率特性比法拉第电容器好。金属氧化物作为超级电容器电极材料有着潜在的研究前景。近年来金属氧化物电极材料的研究工作主要围绕以下两个方面进行:(l)制备高比表面积的RuO2活性物质。(2) RuO2与其它金属氧化物复合。

超级电容器综述-1

材料科学导论 课程论文 题目： 院（系）： 专业： 姓名： 学号： E–mail：

超级电容器的研究综述 摘要：超级电容器具有储存能量大、比功率大、耐低温、免维护、低污染等突出优点，广泛地应用在启动、牵引动力、脉冲放电和备用电源等领域。综述了超级电容器的发展和超级电容器的研究进展，认为要想更大地提高超级电容器的比容量和储能密度等，需要进一步对电极材料、电解质材料、加工工艺、结构设计等方面进行研究。 关键词：超级电容器；电极材料；电解质材料 Research summary of supercapacitor Abstract: Supercapacitor could be used in start, traction, pulse-discharge and standby power with the advantages of high energy, high specific power, low temperature tolerance, maintenance free and low pollution. The research progress of supercapacitor and the development of super- capacitor were reviewed. It was concluded that in order to increase the specific capacity and energy density of supercapacitor, it was necessary to research the electrode materials, electrolyte material ,processing technology and structure design further. Key words: supercapacitor；electrode material；electrolyte material

超级电容器材料综述

超级电容器是一种新型的储能装置，具备充放电快、效率高、稳定性好等优点，是一种清洁的绿色能源，是21 世纪的新型绿色能源。超级电容器有很大的市场潜力。通过对超级电容器电极材料进行研究，发现多孔碳材料作为超级电容器电极材料的电化学性能的影响。 目前，用于超级电容器的电极材料主要是碳材料，市场上主要是活性炭材料，因为活性炭的成本较低，且活性炭具有很高的比表面积，这是超级电容器电极材料所必须具备的特点。但是，活性炭的导电性一般，微观结构主要以微孔形式存在，因此在电解液中会有很大的电阻，电解液浸透电极的过程会比较慢，在存储和传输电荷的时候也会比较慢，但是它的成本低，基本可以满足市场的要求，因此被作为市场上电容器的主要材料，其它的碳材料有比活性炭更优越的性能，但是成本较高，所以没有被用作商业化。因此，寻找性能好，成本低的电极材料是当前超级电容器领域的主要研究方向，从而制备出性能优越，成本低，能够广泛应用于市场的超级电容器，具有重大意义。 目前用于研究超级电容器电极材料的碳材料主要有活性炭、炭气凝胶、碳纳米管、玻璃碳、石墨烯、碳纤维以及碳/碳复合材料。碳材料原料低廉，表面积大，适合大规模生产。但是单纯不加修饰碳电极材料没有很高的比电容，还需要对其进行改性等研究。 1、活性炭材料 对于活性炭材料，不同的处理方法，会得到不同比表面积的活性炭，一般表面积可以高达1000～3000m2/g，而且具有不同的空隙，孔径范围宽，生产工艺简单，成本低廉，可以从沥青、植

物硬壳、石油焦、橡胶等各种原材料中得来。是一种已经商品化的超级电容器电极材料。活性炭材料的活化方法多种多样，可以分为物理活化和化学活化两种。 2、炭气凝胶电极材料 炭气凝胶是一种交联结构的网状的碳材料有多孔性，导电性好，表面积大，孔隙率高，孔径分布广，是唯一可以导电的气凝胶，电导率高。密度跨度大，孔隙率好，而且质量较轻，属于非晶态的纳米碳材料，同时，在制备的时候，可以通过调节工艺参数控制其孔径分布和微粒尺度。 3、碳纳米管 碳纳米管这是一种有类似石墨的六边形组成的碳材料，微观上看两端封闭的多层的管子，直径有几十纳米，层间距要比石墨层间距稍大。从超级电容器对电极材料的要求上看，碳纳米管材料是非常适合用来做电极材料的，因为碳纳米管的结构是空管的形状，表面积大，尤其是壁很薄的碳纳米管，比表面积更大，非常有利于双电层电容的储备。碳纳米管要是制成电极时，还会具备特殊的孔，这些孔是由微观状态下，碳纳米管互相缠绕，好似网状结构，管与管之间就形成了孔洞的结构，孔与孔之间都是互相连通的，没有堵死的情况，这在用作电极的时候，对于电解液的流通的很重要的。而且这种由管径互相缠绕得到的孔不会太小，一般都是属中孔，这会使电极的内阻很低，这些都是超级电容器电极所需要具备的。目前对碳纳米管作为超级电容器电极材料的研究主要集中在将它直接用于超级电容器上，或者将

超级电容器项目可行性研究分析报告

超级电容器项目可行性研究分析报告 报告说明： 泓域咨询机构编写的可行性研究报告是项目建设单位根据经济发展、国家产业政策、国内外市场、项目所在地的内外部条件，提出的针对某一具体项目的建议文件，是对拟建项目提出的框架性的总体设想，主要从宏观上论述项目建设的必要性和可能性，把项目投资的设想变为概略的投资建议。 《超级电容器项目可行性研究报告》通过对超级电容器项目的市场需求、资源供应、建设规模、工艺路线、设备选型、环境影响、资金筹措、盈利能力等方面的研究，从技术、经济、工程等角度对超级电容器项目进行调查研究和分析比较，并对超级电容器项目建成以后可能取得的经济效益和社会环境影响进行科学预测，为超级电容器项目决策提供公正、可靠、科学的投资咨询意见。具体而言，本报告体现如下几方面价值： ——作为向超级电容器项目建设所在地政府和规划部门备案的依据； ——作为筹集资金向银行申请贷款的依据； ——作为建设超级电容器项目投资决策的依据； ——作为超级电容器项目进行工程设计、设备订货、施工准备等基本建设前期工作的依据； ——作为超级电容器项目拟采用的新技术、新设备的研制和进行地形、地质及工业性试验的依据；

——作为环保部门审查超级电容器项目对环境影响的依据。 泓域企划机构（简称“泓域企划”）成立于2011年，是一家专注于产业规划咨询、项目管理咨询、、商业品牌推广，并提供全方位解决方案的项目战略咨询及营销策划机构，在全行业中首创了“互联网+咨询策划”的服务模式，通过信息资源整合，可为客户定制提供“行业+项目+产品+品牌”的全案策划方案。 泓域企划是领先的信息咨询服务机构，主要针对企业单位、政府组织和金融机构，在产业研究、投资分析、市场调研等方面提供专业、权威的研究报告、数据产品和解决方案。作为一家专业的投资信息咨询机构，泓域咨询及其合作机构拥有国家发展和改革委员会工程咨询资格，其编写的可行性报告以质量高、速度快、分析详细、财务预测准确、服务好而在国内享有盛誉，已经累计完成上千个项目可行性研究报告、项目申请报告、资金申请报告的编写，可为企业快速推动投资项目提供专业服务。 泓域企划机构有国家工程咨询甲级资质，其超级电容器项目可行性研究服务的专家团队均来自政府部门、设计研究院、科研高校、行业协会等权威机构，团队成员具有广泛社会资源及丰富的实际超级电容器项目运作经验，能够有效地为客户提供超级电容器项目可研专项咨询服务，研究员长期的超级电容器项目咨询经验可以保障报告产品的质量。 根据泓域咨询机构编写的《可行性研究报告》是对拟建项目进行全面技术经济的分析论证，综合论证项目建设的必要性，财务盈利能力，技术上的先进性和适应性以及建设条件的可能性和可行性，为投资决策提供科学依据。

超级电容器电极材料综述

超级电容器电极材料综述 原创：jqzhu 本文对超级电容器的背景，电极材料的储能原理、性能评价和电容器的制备方法，以及国内外报道的超级电容器电极材料做了详细的归纳和总结。可作为超级电容器研究的入门资料。原创作品，学术不端检索比例小于3%，可以作为本科，硕士，博士论文中第一章文献综述的重要参考资料。（全文5万余字，参考文献齐全）。值得拥有。 目 录 超级电容器综述 (2) 1.1 引言 (2) 1.2 电化学电容器的理论基础与应用 (4) 1.2.1 电双电层电容器和法拉第赝电容器 (4) 1.2.2比电容，电压，功率和能量密度 (7) 1.2.3电解液 (10) 1.2.4电化学电容器的制备 (13) 1.2.5 电极材料的评价方法 (15) 1.2. 6 电化学电容器的优点、挑战以及应用 (18) 1.3电极材料 (25) 1.3.1 碳材料 (27) 1.3.2 导电聚合物(CPs) (30)

1.3.3 非贵金属氧化物/氢氧化物 (36) 1.3.4 贵金属氧化钌电极材料 (52) 1.4 多元活性氧化物材料的结构特点及制备技术 (65) 1.4.1 多元氧化物的结构和性能特点 (65) 1.4.2 多元氧化物的制备技术 (67) 参考文献 (71)

超级电容器综述 1.1 引言 随着经济和科学技术的发展，人类对能源的需求逐年递增，导致不可再生的石化能源储量逐年减少，而排放的有害气体，温室气体却与日俱增，环境污染日趋严重。因此，当前世界各国都在致力于开发清洁、高效的可再生能源，以及能源储存和转换的新技术和新设备。 在大多数应用领域，最为有效的和实用的能量储存与转换的技术包括蓄电池、燃料电池、以及电化学超级电容器（ES）。最近的十几年里，由于具有高功率密度、长循环寿命等性能优点，超级电容器越来越受到广泛的重视。超级电容器的性能介于传统介电容器（超高功率/低能量密度）和蓄电池/燃料电池（高能量密度/低功率密度）之间，刚好填补它们的性能间隙[1, 2]，因此有着广泛的应用的前景。 最早的电化学电容专利申请于1957年。然而，直到20世纪90年代，电化学电容器才真正进入人们的视野，逐渐受到少数行业的重视，例如混合电动交通工具开发领域[3, 4]。此时电化学电容器的作用是提升电池/燃料电池的性能，在汽车启动、加速或刹车瞬间提供充足的动力[5, 6]。在随后发展过程中，人们才逐渐意识到，电化学电容器还有一个非常重要的作用，即作为电池和燃料电池的能量补充，在电池或燃料电池出现瞬间断电时提供备用电能[7]。鉴于此，美国能源总署认定在未来能源储存系统中电化学电容器和电池/燃料

2016年最新板块龙头股汇总

一、新兴信息产业龙头 1、车联网龙头——软控股份002073 启明信息002232.荣之联002642 2、通信网络龙头——恒宝股份002104 3、通信设备制造龙头——新海宜002089.东方通信600776 4、物联网互联龙头——三五互联300051.大唐电信600198.二六三002467 5、三网融合龙头——数源科技000909.广电网络600831.中电广通600764 奥维通信002231歌华有线600037 6、高性能集成电路龙头——上海贝岭600171 7、高端软件龙头——科大讯飞002230 8、云计算龙头——拓尔思300229.浪潮信息000977.中国软件600536.华东电脑600850 .,长城电脑000066 9、物联网超高频射频识别龙头——远望谷002161 10、物联网二维码龙头——新大陆000997 11、物联网自动识别芯片龙头——厦门信达000701 12、物联网智能卡龙头——东信和平002017.恒信移动300081 拓维信息002261 中青宝300052 13、新型平板显示龙头——京东方A(000725). 000727 .002106 二、节能环保 1、智能建筑龙头——泰豪科技600590.天壕节能300332 2、高效LED 龙头——三安光电600703.深天马000050.莱宝高科002106 3、高效节能灯龙头——浙江阳光600261.江苏阳光600220 万讯自控600112.天壕节能300332

4、高效节水龙头——新疆天业600075 5、先进污水处理龙头——创业环保600874.首创股份600008.中原环保000544 .国中水务600187.巴安水务300262.永清环保300187.开能环保300272 6、先进大气污染控制龙头——龙净环保600388.菲达环保600526. 霞客环保002015 .山大华特000915 .先河环保300137 .中电环保300172.三维丝300056.天立环保300156 7、循环利用龙头——格林美002340 三、新生物产业龙头 1、生物医药龙头——华兰生物(002007)、江功用吴中600200、三峡新材600293、吉林敖东000623 、海欣股份600851 2、血液制品龙头——上海莱士(002252)、华兰生物002007 3、抗体类药龙头——华神集团(000790) 4、疫苗生产龙头——莱茵生物(002166) 5、超级细菌龙头——联环药业(600513)、金宇集团600201、鲁抗医药600789 其他龙头潜力股：天坛生物600161、海王生物000078、安科生物30009、科华生物002022 6、生物农业龙头——隆平高科(000998)、敦煌种业600354、丰乐种业000713、东方海洋002447 7、生物能源龙头——丰原生化(000930)、韶能股份000601、凯迪最力000939 8、海洋生物龙头——北海国发(600538) 9、生物基因龙头——长春高新(000661)次龙头：交大昂立600530、四环生物000518 四、高端装备制造业龙头 1、制造卫星的龙头——中国卫星(600118)航天长峰600855、航

超级电容器的研究进展

超级电容器的研究进展

超级电容器的研究进展 摘要：超级电容器是一种新型储能装置，它具有功率密度高、充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。近年来，各种新兴材料 的发展，为超级电容器电极材料的选取提供了更多的选择条件，促进了超级电 容器的快速发展。本文总结了超级电容器的特点，重点介绍了超级电容器的工 作原理、分类以及超级电容器的材料。并简要展望了超级电容器电极材料的发 展方向和前景。 关键词：超级电容器碳电极贵金属氧化物导电聚合物 Abstract: Super capacitor is a new type of energy storage device. It has the characteristics of high power density, short charging time, long service life, good temperature characteristics, energy saving and green environmental protection. In recent years, the development of a variety of new materials, for the selection of the super capacitor electrode materials to provide more options to promote the rapid development of the super capacitor. This paper summarizes the characteristics of the super capacitor, and introduces the working principle of the super capacitor, classification and the material of the super capacitor. And briefly discussed the developing direction of super capacitor electrode materials and prospect. Key words: Super capacitor Carbon electrode Precious metal oxide Conducting polymer 一、引言 超级电容器是建立在德国物理学家亥姆霍兹（1821～1894）提出的界面双 电层理论基础上的一种全新的电容器，又叫电化学电容器(Electrochemcial Capacitor, EC)、黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容器可以被视为悬浮在电

2018新材料行业优质项目汇总(二)!

2018新材料行业优质项目超全汇总（二）！ 项目11：云净界新材料及其应用 项目于2015年1月在实验室中第一次获得性能优异的新型光触媒材料，并于2017年3月完成新材料量产技术测试。2017年下半年陆续完成了面向房地产的触控其污染和抗菌功能涂料、照明、紫外杀菌等行业DEMO。 项目创始人毕业于中国科学院，系统集成专业，从事跨技术整合咨询服务业多年，系统集成与计算机模拟专家，成功领导和参与多个大型集团项目成果转化项目、国家大型科技研发项目。 项目产品形态各异，有粉体、液态、凝胶体、晶体、材料改性、掺杂强化特殊能力。应用领域广泛，可用于医疗行业、公共卫生、纺织用品、健康建筑、汽车、家电等。本项目已投出专利5项，待申请专利近30项，其中具有重大专利价值的战略型专利近15项。本轮融资2000万，主要用于产品和渠道。 项目12：新一代柔性电极材料-银纳米线 银纳米线是一种具有在横向上被限制在100纳米以下（纵向没有限制）的银金属一维结构，具有银优良的导电性，优异的透光性、耐曲挠性。被视为新一代人机交互的关键材料，为实现超大尺寸触控、柔性触控、折叠屏等提供了可能。与其他材料相比，银纳米线导电性好、透光性佳、弯曲性优异、成本低、稳定性好、无摩尔纹，是新一代人机交互的关键材料！本银纳米线项目自拥有核心技术，独

特的清洗纯化技术，效率更高，品质更好。先进的卷对卷涂布工艺，涂布效率更高。 本项目银纳米电容屏突破了传统触摸屏的外观、尺寸、性能等缺陷。本产品目前可用于纳米黑板、会议平板、电子班牌、电子书包、户外智能广告机等，未来在智能家居、智能电视、人工智能等领域都有发展机会。据IHS公司的报告“柔性屏幕技术与市场预测”，预计2020年柔性屏幕的全球出货量将增至7.92亿pcs，营业收入增至413亿美元。 项目13：锂离子电池电解液材料 锂离子电池原材料作为重要的新能源材料，是应用于新能源、新材料和信息产业的关键材料，在“十三五”期间，获得了国家宏观政策层面的大力支持，并被列入国家相关产业发展规划及目录。 项目成立于2017年2月，位于辽宁省，占地面积135730 ㎡，建筑面积18800 ㎡，公司现有职工36人，其中大专以上学历26人，研发人员3人，高级工程师3人，大学教授2人。是一家致力于为锂电池电解液提供溶剂的供应商，主营产品为碳酸甲乙酯（EMC）和碳酸二乙酯（DEC）。 目前已为多家上市公司供应了产品。2018 年预计销售产品1万吨，每吨利润2000元，产品年利润2000万元。本轮融资5000万元，主要用途出于下游客户不断增加的产品需求，项目方将在融资成功后的一年里增加EMC、DEC的产量至5万吨，因此需要增加固定资产投资和流动资金。此外项目方还将在融资期限内，把销量从原先的1万吨水平，提升至未来的5万吨级别水平，产品年利