超级电容器综述

1、超级电容器综述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学生一赵思哲指导教师杨莺2014年2.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6关键词：超级电容器；储能机理；活性炭；发展现状；应用展望，AReviewofthetechnologyofsupercapacitorAbstract：Inrecentyears,Withtherapiddevelopmentofeconomy,Peopleadvancetheneedthatcanequ

2、ipeachtechniqueindexsigntocontinuouslyraiseatpracticalapplicationoButthestandarddesignabilityofthecurrentbatteryhavealreadycannednotsatisfypeoplesrequestgradually,ThesupercapacitoremergeswiththetideofthetimesoThesupercapacitorisakindofnewenergystoringdevice,ithasmanycharacteristicssuchasshortrefreshtime,longservicelife,goodtemperaturecharacteristic,energyconservation,Environmentprotecting.Asanewkindenergystorageelement,itfilleduptraditionalcapacitorandtheblankofbattery.ltcanprovideenergythanthec

3、ommoncapacitorhigherandthepowerthansecondarybatteryhigherandthelongercirculatinglife.MeanwhileithastheadvantageofBatingoftemperatureandnoinaintenancethansecondarybattery.Thetextmainlyaimsatthekeepingofsupercapacitordevelopmentdynamicstateofabilitymechanism,supercapacitorelectrodematerial,supercapacitorandinthefutureapplyoftheoutlookcarriedonsimpletreatise.KeyWords；supercapacitor;Theenergystoragemechanism;activecarbon;developmenttrend;Applicationtrend,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

4、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镜低价高能，所以受到很多科学冢的青睐.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是一种介于普通电容器和化学电池之间的储能器件，兼具两者的优点，如功率密度高、能量密度高、循环寿命长、可快速充放电，并具有瞬时大电流放电和对环境无污染等特性.它涉及材料、能源、化学*电子器件等多个学科，成为交叉学科研究的热点之一.作为一种绿色环保、性能优异的新型储能器件，超级电容器在众多的领域有广泛的应用，包括国防、军工，以及电动汽车、电脑、移动通信等民用领域，因而受到了世界各国，尤其是发达国家的高度重视.表1为各钟元件储能性能：EI表1各储能系统的性能比较4.参数石舜-元件外制器电池超级电容器超平储能飞轮储能能瓦密度/ (W-h-kg1)17

5、0 9590安全啡S高低不高埔护最小很小大较大对环境也响污染无汨杂尤污染无污染成本1VX2()41.2 超级电容器的历史发展双电层电容器是建立在双电层理论基础之上的.1879年Henilholz发现了电化学界面的双电层电容性质：1957年，Becker申请了第一个由高比表面积活性炭作电极材料的电化学电容器方面的专利；1962年标准石油公司生产了一种6V的以活性碳(AC)作为电极材料，以硫酸水溶液作为电解质的超级电容器.1979年NEC公司开始生产超级电容器,开始了电化学电容器的大规商业应用；在超级电容器的产业化上,最早1980年NEC/Tckin与1987年松下三菱的产品.到20世纪90年代，Econd和ELIT推出了适合于大功率启动动力场合的电化学电容器.如今，Panasonic.NEC、EPCOS.MaxwellPowerstor.Evans,SAFT,NESS等公司在超级电容器方面的研究均非常活跃,目前美国，日本，俄罗斯的产品几乎占据了整个超级电容器市场，各个国家的超级电容量器产品在功率、容量、价格等方面都自己的特点和优势,与国外相比，我国超级电容器的研究起步晚，目前国内研制超级

6、电容器企业有天津力神公司，上海奥威科技开发有限公司、北京集星联合电子科技有限公司等.国内研发和生产的超级电容器主要用于民用，如各种动交通工具的辅助电源、UPS系统、电磁开关.天津力神公司与美国Maxwell公司合作，产品性能达到国内领先；上海奥威科技开发有限公司以开发超级电容器电动汽车为研发目标，并将上海11路公共汽车定为超级电容电动车的示范线，开始了商业化运营，北京集星联合电子产品主要以卷绕型活性炭纤维布作电极，生产高电压和高容量的有机超级电容器,这一产品不断地得到市场的认知，市场的拓展也在成几何倍数增长。#5.超级电容器的电极材料2.1 超级电容器的电极材料电极材料是超级电容器的关键，它决定着超级电容器的主要性能指标.5科学家们对各种具有特定属性的材料已进行了研究，探讨超级电容器的潜力和适用性先进的超级电容器具有高容量的性能，如碳基材料、过渡金属氧化物和导电聚合物。2.1.1 炭材料多孔炭材料比电容高，循环寿命长，且资源丰富、结构多样、成本适中，是超级电容器领域最为活跃的研究方向.如表2。表2各种炭材料和期前驱的关系10炭黑碳纤维炭微珠碳气凝胶碳粉末前驱体双电层电容器用碳材料碳氢化

7、含物聚合物材料石油用煤可再生燃料a活性炭(A。通过不同工艺炭化、活化制备的AC有很高的比表面积(10003000m2/g),高的孔隙率，生产工艺简单且价格低廉，一直受到人们的青睐，是目前已经商品化的电极材料之一。b活性炭纤维(ACF)活性炭纤维(ACE是性能优于活性炭的高效活性吸附材料和环保工程材料，高比表面积的活性炭纤维布是已商品化的电极材料之一。ACF的制备一般是将有机前驱体纤维在低温(200400C)下进行稳定化处理，随后进行炭化活化(7001000C)。ACF具有比表面积高、孔径分布窄、导电性好及比电容高的特点。如图1.10忸温(MWW 0.口 口0.00.l FEEHEnsn idu&B-eiaJgt-p! FUOflJEn-号 mqldjospmpwe SizaiHirr0.0020 40.60.B10relative pr 器sure： p/p-图 1 ACF（a）的N2吸脱附等温线（b）a）和孔径分布曲线（b） 5C碳纳米管（CNT碳纳米管（CNT由于具有化学稳定性好、比表面积大、导电性好和密度小等优点，很有前景的超级电容器电极材料。d炭气凝胶（CAGS的三维网络结构可

8、在纳米尺度控制和剪裁。它的孔隙率高达 nmi,网络胶体颗粒直径 320 nmi,比表面积高达 容器理想的电极材料82.1.2过渡金属氧化物80%98%,典型的孔隙尺寸小于506001100 m2/g,是制备双电层电金属氧化物电极在超级电容器中产生的法拉第准电容（震电容）比碳材料电炭气凝胶（CAGS是唯一具有导电性的气凝胶，具有导电性好、比表面积大、密变化范围广等特点，且轻质、多孔、非晶态、块体纳米炭材料，其连续表面的双电层电容要大很多。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脱附或氧化还原反应。为在金属氧化物电极上发生快速可逆的电极反应，而且该电极反应能深入到电极内部，因此能量 存储于三维空间中，提高了能量密度。9举例：以RuO为电极，以硫酸为电解液，具电化学过程可表示如公式1.7III，sRuO2+ + 6e-负极：HI1iK)2+M+5e-H1+6RiZ)2充电,总反应：HRiO2+llRiK)277i711_H)7+H+&RM)z2.1.3导电聚合物电极材料以导电聚合物作为超级电容器的电极材料，主要是利用其掺杂去掺杂电荷

9、的能力。其贮能机理是：通过电极上聚合物中发生快速可逆的n型、p型元素掺杂和去掺杂氧化还原反应，使聚合物达到很高的贮存电荷密度，从而产生很高的法拉第准电容102.2超级电容器的电极材料展望超级电容器是继锂离子电池之后又一极具广泛应用潜力的新型储能器件，具有广阔的应用前景和巨大的经济价值。电极材料是制约超级电容器发展的关键因素之一。对当前单一电极材料存在诸如多孔炭材料能量密度及功率密度低、贵金属氧化物价格高、导电聚合物稳定性差等不足之处，大力开发复合电极材料(如多孔炭/金属氧化物复合材料、多孔炭/导电聚合物复合材料等)已成为超级电容器电极材料领域的研究重点。复合电极材料的研发不仅能够实现材料性能和成本的合理平衡，而且有利于改善超级电容器的综合性能，加快其工业化应用进程。116 .超级电容器的储能机理如今，超级电容器储存的能量在运输系统中被使用。比如在中地铁网络系统，列车的加速和刹车需要使用多的能量。使用超级电容器就是来存储制动能量的一种方法6.1 超级电容器的储能机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(Electricdoublelayercapacitor,EDLC)和JS电容器(Pesudocapacitor)。6.1.1 双电层电容器机理双电层电容器是通过电极与电解质之间形成的界面双层来存储能量的新

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