碳基锂离子超级电容的研究进展2016-8
超级电容器电极材料的研究进展
2011年第3期 新疆化工 11 超级电容器电极材料的研究进展 摆玉龙 （新疆化工设计研究院，乌鲁木齐830006） 摘要：超级电容器既具有超大容量，又具有很高的功率密度，因此它在后备电源、替代电源、大功率输出等方面都有极为广泛的应用前景。超级电容器的性能主要取决于电极材料，近年来各国学者对于超级电容器的电极材料进行了大量的研究。 关键词：超级电容器；电极材料 1 前言 超级电容器的种类按其工作原理可以分为双电层电容器、法拉第准电容器(也称为赝电容电容器)以及二者兼有的混合电容器。双电层电容器基于双电层理论，利用电极和电解质之间形成的界面双电层电容来储存能量。法拉第准电容器则基于法拉第过程，即在法拉第电荷转移的电化学变化过程中产生，不仅发生在电极表面，而且可以深入电极内部。根据这两种原理，目前作为超级电容器的电极材料的主要分为三类[1]：碳材料、金属氧化物及水合物材料、导电聚合物材料。 2 碳材料类电极材料 在所有的电化学超级电容器电极材料中，研究最早和技术最成熟的是碳材料。其研究是从1957年Beck发表的相关专利开始的。碳电极的研究主要集中在制备具有大的比表面积和较小内阻的多孔电极材料上，可用做超级电容器电极的碳材料主要有:活性炭、纳米碳纤维、玻璃碳、碳气凝胶、纳米碳管等。 活性炭(AC)是超级电容器最早采用的碳电极材料[2]。它是碳为主，与氢、氧、氮等相结合，具有良好的吸附作用。其特点是它的比表面积特别大，比容量比铂黑和钯黑高五倍以上[3]。J.Gamby[4]等对几种不同比表面积的活性炭超级电容器进行测试，其中比表面积最大为2315m2·g的样品得到的比容量最高，达到125F/g，同时发现比表面积和孔结构对活性炭电极的比容量和内阻有很大影响。 活性炭纤维(ACF)是性能优于活性炭的高效活性吸附材料和环保工程材料。ACF的制备一般是将有机前驱体纤维在低温(200℃~400) ℃下进行稳定化处理，随后进行炭化、活化(700℃~1000) ℃。日本松下电器公司早期使用活性炭粉为原料制备双电层电容器的电极，后来发展的型号则是用导电性优良、平均细孔孔径2~5nm、细孔容积0.7~1.5m3/g、比表面积达1500~3000m2/g的酚醛活性炭纤维[5]，活性炭纤维的优点是质量比容量高，导电性好，但表观密度低。H. Nakagawa采用热压的方法研制了高密度活性炭纤维(HD-ACF)[6]，其密度为0.2~0.8g/m3，且不用任何粘接剂。这种材料的电子导电性远高于活性炭粉末电极，且电容值随活性炭纤维密度的提高而增大，是一种很有前途的电极材料。用这种HD-ACF 制作超级电容器电极[7]，结果表明，对于尺寸相同的单元电容器，采用HD-ACF为电极的电容器的电容明显提高。 炭气凝胶是一种新型轻质纳米级多孔性非晶炭素材料，其孔隙率高达80%~98%，典型孔隙尺寸<50nm，网络胶体颗粒尺寸3~20nm，比表面积高达60~1000m2/g，密度为0.05~0.80g/m3，是一种具有许多优异性能(如导电性、光导性和机械性能等)和广阔的应用前景的新型材料[8]。孟庆函，
锂离子电容器的发展概况
锂离子电容器的发展概况 锂离子电容器（Li-ion Capacitor，简称LIC），也叫电化学混合电容器(EHC)、非对称电化学电容器，是一种介于超级电容器和电池之间的新型贮能元件，它具有比超级电容器更高的比容量和比能量及比电池更高的功率密度。 其突出特点是： (1)拥有更高的功率密度，在大电流应用场合特别是高能脉冲环境，可以更好的满足功率要求。 (2)具有介于双电层电容器和蓄电池之间的比能量。 (3)充放电循环时间很短，远远小于蓄电池的充放循环时间。 (4)可以满足长期使用，无须维护。 (5)具有更宽的工作温度范围，可以在-45℃~85℃的范围内正常工作。 图锂离子电容器的电气特性（能量密度和功率密度）
锂离子电容器的发展历史及动态 20世纪90年代，对电动汽车的开发以及对功率脉冲电源的需求，更刺激了人们对电化学电容器的研究。目前电化学电容器的比能量仍旧比较低，而电池的比功率较低，人们正试图从两个方面解决这个问题：(1)将电池和超级电容器联合使用，正常工作时，由电池提供所需的动力；启动或者需要大电流放电时，则由电容器来提供，一方面可以改善电池的低温性能不好的缺点；可以解决用于功率要求较高的脉冲电流的应用场合，如GSM、GPRS等。电容器和电池联合使用可以延长电池的寿命，但这将增加电池的附件，与目前能源设备的短小轻薄等发展方向相违背。(2)利用电化学电容器和电池的原理，开发混合电容器作为新的贮能元件。 因此，进入20世纪90年代以后，许多大公司和著名的研究机构在EDLC 研究上取得了令人注目的成就后，开始了研究新体系电化学电容器的机理、尝试更广阔的应用领域。 1990年，Giner公司推出了贵金属氧化物为电极材料的所谓赝电容器或称准电容器(Pseudo-capacitor)。 为进一步提高电化学电容器的比能量，1995年，D．A．Evans等提出了把理想极化电极和法拉第反应电极结合起来构成混合电容器的概念(Electrochemical Hybrid Capacitor，EHC或称为Hybrid capacitor)。 1997年，ESMA公司公开了NiOOH／AC混合电容器的概念，揭示了蓄电池材料和电化学电容器材料组合的新技术。 2001年，G．G．Amamcci报告了有机体系锂离子电池材料和活性炭组合的Li4Ti5O12/AC电化学混合电容器，是电化学混合电容器发展的又一个里程碑。 2005年8月，日本富士重工公开了使用锂离子的新型电容器“锂离子电容器”。该公司开发的新型电容器的最大特点在于预先在负极的多并苯中搀杂锂。与过去使用活性碳的电极相比，负极容量由此提高了30倍，从而使正极与负极组成的单元容量提高至过去的2倍。另外，通过搀杂锂，大幅降低了负极电位，因此单电压由过去基于活性碳的单元的 2.5V提高至3.8V，相当于1.5倍。这样作为实际试制的单元，能量密度高达13 Wh/k g，据称相当于正负极均使用活性碳的单元的4倍还多。 2007年，富士重工在正极使用了比负极厚的活性炭层电极，在负极采用了新开发的具有易于提高利用容量、中孔(直径2 ~50 n m)和大孔( 直径50 nm以上)多而通达等特点的石墨电极。通过以上措施，成功地实现了在确保可靠性和输出密度与电双层电容器基本相同的情况下，使能量密度提高到了铅蓄电池的水平。始动性能在常温和低温时均高于铅蓄电池。充电电压为4.0 V、放电终止电压为2.0 V的循环特性也优于铅蓄电池，在2万次循环后还能保持80％以上的容量。此外，该公司还使用锂离子掺杂技术为前提的锂离子充电电池用高容量正极材料（钒类氧化物）。 2007年4月，FDK公司在技术交流会“TECHNO.F RONT I E R 2007”上展出了正在开发的锂离子电容器“EneCapTe n”。此次展出的EneCapTe n是事先掺杂了锂离子的锂离子电容器，采用了层叠型单元构造。与该公司已样品供货的圆筒型锂离子电容器不同，正极采用了活性炭，负极采用了碳。最大电压为3.8 V，静电容量为2000 F 。单位重量的能量密度为14Wh/k g左右。FDK此次开发的
碳基纳米复合材料EDLC超级电容器
摘要 制造并测试了基于活性炭作为主材料电极的超级电容器。MWCNT作为添加剂添加到主体材料中以形成纳米复合材料并且确认MWCNT浓度对改善的影响，研究超级电容器的性能。使用1M TEABF4-PC溶液作为有机电解质。纳米复合材料在改善超级电容的比功率和能量密度方面不同地起作用，测试方法采用阻抗光谱、进行循环伏安法和恒电流充电- 放电测量来表征电容器。 介绍 电化学双层电容器（EDLC）的超级电容器是具有功率密度和能量密度是介于传统电容器和电池之间。随着对具有高功率的能量存储装置的需求长的耐久性增加的提高，超级电容器变得越来越重要。EDLC超级电容器与传统的电容器的区别，是其电极由多孔导体如活性炭组成，其具有巨大的表面积，并且其通过静电力累积并保持电荷/电解质界面的薄层上的电荷或非法拉效应，使得其具有巨大的电容（> 100F / g），并且具有更高的功率和更长的再循环寿命（> 100000个周期）比可充电电池。然而，到目前为止EDLC超级电容器的能量密度不是那么高。 碳质材料如碳气凝胶、粉末和碳纤维是最常用的材料作为超级电容器中的电极，因为碳可具有高表面积，化学和热稳定，成本相对低和环保。提高EDLC性能的方法包括创造新的碳纳米复合材料电极，目的是为了增加电极的导电性和表面积。 在本报告中，探索了一系列用于EDLC的碳基对称电极，使用商用的活性炭粉末作为基本活性材料，碳纳米管作为导电填料。还探讨了在混合溶剂中基于LiPF 6或Et 4 NBF 4的有机电解质的性能，其具有大于3V的电化学窗口。使用VersaSTAT MC分析仪在测试其阻抗谱，循环伏安法和恒电流充电- 放电测试。 实验步骤 1.碳电极 使用表面积为1000m 2 / g的活性炭粉末（AC）作为主体电极材料。在一系列研究中分别以0.15重量％，1重量％和7重量％的重量百分比添加多壁碳纳米管粉末（MWCNT）而没有改性。以5重量％的总固体组分添加PVDF（聚（偏二氟乙烯））作为粘合剂。碳质膜的面密度为4?5mg / cm 2。 2.制作电容器 图1 图1提供了在本研究中制造的超级电容器电池类型的图。电解质为1M Et 4 NBF 4（四氟硼酸四乙铵或TEABF 4）在PC（碳酸亚丙酯）中。盐和溶剂都来自Sigma-Aldrich，Et4NBF4纯度为99％，PC为无水，99.7％纯度。 为了组装电容器电池，切出两个碳质材料涂覆的Al的矩形条并与碳侧面对面组合，将隔膜用电解质溶液浸泡并夹在其间。因此，形成对称电极EDLC单元，其中电极重叠区域被定义为工作区域，其在所有器件中固定为2cm 2。
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
活性炭生产工艺简介
1.煤质活性炭主流生产工艺及产污分析 （1）生产工艺流程 煤质活性炭生产工艺主要工序为破碎磨粉、成型、炭化、活化、成品处理等。 回转炉炭化、斯列普炉活化工艺流程是国内煤质活性炭生产的主流工艺,主要分布在宁夏、山西,约占全国煤质活性炭生产企业总数的7２%。 图1 活性炭生产工艺流程图 合格的原料煤入厂后,被粉碎到一定细度(一般为200目)，然后配入适量黏结剂(一般为煤焦油）在混捏设备中混合均匀，然后在一定压力下用一定直径模具挤压成炭条,炭条经炭化、活化后,经筛分、包装制成成品活性炭。 （2）生产过程中的排污节点、污染物排放种类、排放方式
破碎磨粉工序排放颗粒物（煤尘）,排放方式主要是有组织排放。 成型工序排放颗粒物(煤尘）、挥发性有机物,多以无组织形式逸散。 炭化、活化工序排放的主要污染物为颗粒物、SＯ2、NO X、苯并[a］芘（B ａP)、苯、非甲烷总烃（ＮMＨＣ）及氰化氢(ＨCN），排放方式为有组织排放。具体详见下表。 表１煤质活性炭污染物排放方式、排放种类、行业特征污染物 (３）无组织排放 煤质活性炭工业生产过程无组织排放节点有混捏成型工序、煤焦油储罐区、炭化工序车间门窗处、成型料晾晒场等。排放的污染物为挥发性有机物和一氧化碳。 污染末端治理 （1）磨粉、混捏、成品筛分包装工序粉尘治理 活性炭行业磨粉、混捏、成品筛分包装工序产生粉尘污染,磨粉工序生产设备内产生的粉尘经旋风除尘器及布袋除尘器收集，并作为原料回用，除尘效率98%以上。新建和大型企业成品筛分包装工序有回收设施回收，规模较小企业存在无组织排放现象。混捏工序无组织废气无处理措施,通过标准制定，引导企业
煤基活性炭的定向制备与再生研究
煤基活性炭的定向制备与再生研究 煤基活性炭的定向制备与再生研究 摘要：对煤基活性炭生产过程中炭化与活化的机理展开了详细的分析和论述，同时分析了制备过程中影响质量的因素，并且具体分析了活性发电极材料的定向制备。介绍了活性炭再生以及评价方法，为煤基活性炭的快速发展提供参考。 关键词：煤基活性炭；炭化；活化；再生 中图分类号： TQ424.1 文献标识码： A 文章编号： 引言：活性炭又叫多孔炭，是一种具有高度发达的孔隙结构和极大表面积的人工炭材料，其物理化学性质稳定，耐酸碱，能经受水湿、高温及高压，不溶于水和有机溶剂，使用失效后可以再生，是一种循环经济性材料。并且活性炭的制备原料十分广泛，主要分为木质类和煤质类原料。木质类原料主要有果壳，农作物秸秆及纸浆废液等；煤质类原料主要有褐煤，无烟煤，焦炭煤及石油，石油沥青焦等。 一、煤基活性炭的生产 1、炭化 煤基活性炭的生产工艺中，炭化的主要目的是使煤分子结构中的含氧官能团断裂并使得自由基芳环进行分解聚合，从而可以增加碳的含量，为活化过程中需要形成的孔隙碳结构进行培育。煤基活性炭的炭化过程，简单的说就是在隔绝空气，不加入化学品的条件下热解。炭化过程首先是包括氢、氧等大部分的非碳元素经过分解之后，以气态的形式释放，之后一些自由的碳元素互相结合，形成有序结构，也就是石墨微晶单元形式，然后，那些无序的碳就可以填充进去，经过活化之后形成发达的空隙结构活性炭。 2、活化 煤基活性炭的活化过程就是利用水蒸气和二氧化碳等对碳进行 弱氧化的过程。活化过程分为化学活化法和物理活化法，所谓化学活化法是将化学药剂与含碳的物质进行混合，然后结合炭化进行活性炭的生产；而物理活化法是利用水蒸气和二氧化碳、氧气等与含碳物质
近十年超级电容器领域的重大突破
近十年超级电容器领域的重大突破 中国储能网讯：与传统电容器相比，超级电容器具有更大的比电容、更高的能量密度、更长的使用寿命等特点，而与锂离子电池相比，超级电容器又具有更高的功率密度、更长的使用寿命及绿色环保等优点。超级电容器在未来储能器件领域占有绝对的优势，在军事、混合动力汽车、智能仪表等诸多领域具有广泛的应用前景。 随着社会的快速发展和人口的急剧增长，资源消耗日益增加，能源危机迫在眉睫，因此，寻找清洁高效的新能源与能源存储技术及装置已成为备受关注的研究课题。与传统电容器相比，超级电容器具有更大的比电容、更高的能量密度、更长的使用寿命等特点，而与锂离子电池相比，超级电容器又具有更高的功率密度、更长的使用寿命及绿色环保等优点。超级电容器在未来储能器件领域占有绝对的优势，在军事、混合动力汽车、智能仪表等诸多领域具有广泛的应用前景。 超级电容器是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能
器件，通过在电极材料和电解质界面快速的离子吸脱附或完全可逆的法拉第氧化还原反应来存储能量，根据储能与转化机制的不同可将超级电容器分为双电层电容器(Electric double layer capacitors，EDLC)和法拉第准电容器(又叫赝电容器，Pseudocapacitors)。双电层电容器是建立在双电层理论基础之上的，1879年，Helmholz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(提出可以将小型电化学电容器用做储能器件);1962年，标准石油公司(SOHIO)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，1969年，该公司首先实现了碳材料电化学电容器的商业化;1979年，NEC公司开始生产超级电容(Super CaPACitor)，开始了电化学电容器的大规模商业应用。随着材料与工艺关键技术的不断突破，产品质量和性能不断得到稳定和提升，到了九十年代末开始进入大容量高功率型超级电容器的全面产业化发展时期。超级电容器作为电化学能源存储领域的前沿研究方向之一，近十年内有多个突破性工作，其发展也向着小型化、柔性化、平面化等方向发展。 石墨烯在实验室中是2004年被发现的，当时英国曼彻斯特
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
煤基活性炭电极材料的制备及电化学性能
第34卷第2期煤 炭 学 报V o.l34 N o.2 2009年2月J OURNAL OF C H I N A COAL SOC I ETY F eb. 2009 文章编号:0253-9993(2009)02-0252-05 煤基活性炭电极材料的制备及电化学性能 张传祥1,2,张 睿1,成 果1,谢应波1,詹 亮1,乔文明1,凌立成1 (1 华东理工大学化学工程联合国家重点实验室,上海 200237;2 河南理工大学材料科学与工程学院,河南焦作 454000) 摘 要:以太西无烟煤为原料、KOH为活化剂制备高比表面积的活性炭.采用N2吸附法对活性炭的比表面积、孔容和孔径分布进行了表征,并评价了其用作超级电容器电极材料的电化学特性.在碱炭比为4 1,800 条件下活化1h制备的活性炭比表面积达3059m2/g,总孔容为 1 66c m3/g,中孔率63%.该活性炭在3m ol/L KOH电解液中的比电容为322F/g,大电流密度 下充放电时的比电容保持率高,漏电流仅有0 06mA,是理想的超级电容器电极材料. 关键词:活性炭;超级电容器;比表面积;比电容 中图分类号:TQ536 9 文献标识码:A Preparation and electroche m ical properties of coal based activated carbons Z HANG Chuan x iang1,2,Z HANG Ru i1,C HENG Guo1,X I E Y i n g bo1, ZHAN L iang1,Q I A O W en m ing1,LI N G L i cheng1 (1 S t a t e K e y La boratory of Che m ic a lE ng ineeri ng,E ast China University of Sc i ence and Technol ogy,Shangha i 200237,Ch i na;2 School o f M ateri a l S cie nce and Engineeri ng,H e nan P olytec hn ic Un i versit y,Jiaozuo 454000,Ch i na) Abst ract:Anthracite fr o m Ta i x iCoa lM i n e w as activated by KOH to prepare h i g h perfor m ance activated carbons as electr odes for e lectric doub le layer capacitors(EDLCs).The effect of preparation para m eters on the properties o f acti v ated car bons w as i n vesti g ated and t h e ir EDLC properties w ere m easured i n3m ol/L KOH aqueous so lution. The surface area of t h e AC sa m ple prepared w ith KOH/coal ratio of4 1at800 for1h reaches3059m2/g,and its pore volum e is1 66c m3/g,i n w hich the m esoporosity is63%.The as prepared acti v ated carbons exh i b it lar ge capacitances(322F/g)and lo w leakage current(0 06mA). K ey w ords:activated car bon;super capac itor;spec ific surface area;specific capac itance 电化学电容器(EDLC)又称超级电容器(super capac itor),是介于充电电池和电容器之间的一种新型的储能器件,具有功率密度大、循环寿命长、可快速充放电,安全和无污染等特点,是一种高效、实用和环境友好的能量储存装置[1-2].在便携式仪器设备、数据记忆存储系统、电动汽车电源、应急后备电源等许多领域都有广阔的应用前景及独特的应用优势[3-7].高比表面积活性炭因具有比表面积大、化学稳定性高以及导电性好等优点,一直是制造双电层电容器电极的首选材料.从容量、功率密度、阻抗等方面考虑,作为理想的电极材料,不仅要有高的比表面积,而且要有合理的孔径分布[4].煤作为高比表面积活性炭的前驱体具有以下优点[8-13]:首先,在煤中碳是主要元素,无烟煤的碳含量可达到90%;其次,煤 收稿日期:2008-02-24 责任编辑:柳玉柏 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50672025);国家自然科学基金重点项目(50730003);上海市 登山行动计划 基础研究重点项目(06J C14018) 作者简介:张传祥(1970 ),男,河南台前人,副教授,博士研究生 E-m ai:l zcx223@163 co m;联系人:张睿,男,山西静乐人,副教授.Te:l021-********,E-m ai:l z hangru i davi d@ecust edu c n
锂离子超级电容器的研究
硕士学位论文 论文题目锂离子超级电容器的研究 研究生姓名刘旭 指导教师姓名郑军伟 专业名称高分子化学与物理 研究方向超级电容器 论文提交日期2012-04-01
锂离子超级电容器的研究中文摘要 中文摘要 超级电容器是一种高功率密度的无源储能元件，随着它的问世，如何应用好超级电容器，是科技工作者的一个热门话题。超级电容器具有充放电速度快、效率高、循环寿命长、工作温度范围宽、可靠性好等诸多优点，但是与传统的二次电池如锂离子电池相比，超级电容器的能量密度较低。 本研究主要通过用传统方法做成了以活性碳为电极的对称性电容器，和以石墨、Li4Ti5O12取代一个活性炭电极的非对称性电容器做了对比，尝试得到能量密度更高、循环寿命更好的超级电容器。主要研究内容如下： （1）采用活性炭为对称性电极，以1mol/L LiPF6/EC+DEC(体积比1:1)为电解液，用不同的正负电极质量比，获得最佳的电容器 （2）以改进的固相法得到的Li4Ti5O12材料为基础，研究了TiN表面修饰对其电化学性能的影响。结果表明：表面修饰TiN能够显著提高Li4Ti5O12材料的导电性，倍率性能和循环寿命。 （3）以Li4Ti5O12为负极，以石墨为正极，探究出了一种性能更好的体系，得到了比较理想的超级电容器。 关键词：超级电容器；活性炭；锂离子二次电池；Li4Ti5O12 作者：刘旭 指导老师：郑军伟教授
Abstract锂离子超级电容器的研究The performance research of Lithium-ion supercapacitors Abstract Supercapacitor is a kind of high power density of passive energy storage devices, along with its coming out, how to apply supercapacitor well is a hot topic for the workers. Supercapacitor with charge and discharge speed, high efficiency and long cycling life, wide working temperature range, good reliability, and many other advantages, but with the traditional secondary battery than such as lithium ion battery, supercapacitor energy density is lower. This research mainly by using traditional methods to make it to the symmetry of activated carbon electrode capacitor, and with graphite, Li4Ti5O12replace an activated carbon electrode asymmetry of the capacitor made the contrast, try to get higher energy density, circle life better super capacitors. The main contents are as follows: (1) The active carbon electrode for symmetry, with 1 mol/L LiPF6/ EC + DEC (volume ratio of 1 to 1) for the electrolyte, with different positive and negative electrode than quality, get the best capacitors (2) To improve solid phase method get Li4Ti5O12 materials as the foundation, study the TiN surface modification on the electrochemical performance influence. The results show that surface modification TiN can obviously improve the conductivity of the Li4Ti5O12 materials, rate of performance and circle life (3) To Li4Ti5O12 for negative with graphite as positive, explore a performance with better system, obtained the ideal supercapacitors. Key words: Supercapacitors；Active carbon；Li-ion battery; Li4Ti5O12 Written by Xu Liu Supervised by Prof. Junwei Zheng
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
电容型锂离子电池原理、性能全解析
电容型锂离子电池原理、性能全解析 锂电池和超级电容是两种非常有潜力、应用非常广泛的储能装置，其原理、特性、应用范围都有很大差异、各有所长。石墨烯自问世以来，就因为其强大的导电性能被看做革命性的储能材料。试想一下，如果将超级电容、锂电池和石墨烯这三者结合，将碰撞出什么样的火花呢？ 充电5分钟！续航500公里！石墨烯电池让动力无忧！ 石墨烯，是由碳原子组成的单原子层平面薄膜，厚度仅为0.34纳米，单层厚度相当于头发丝直径的十五万分之一。是目前世界上已知的最轻薄、最坚硬的纳米材料，透光性好，能折叠。因为只有一层原子，电子的运动被限制在一个平面上，石墨烯也有着全新的电学属性。石墨烯是世界上导电性最好的材料，在传统的手机锂电池中加入了石墨烯复合导电粉末，提高了电池的倍率充放电性能和循环寿命。 然而，制备技术难题是阻碍石墨烯实现其潜在价值的最大“拦路虎”。目前，大多数的石墨烯电池技术还处于研发实验阶段，我们真的要等很久吗？ 日前，珠海聚碳复合材料有限公司旗下全资子公司聚碳动力已经研发出一款真正意义的石墨烯电池商用产品，一举将处于实验室阶段的石墨烯电池拉入电池市场，成功解决现有电源电池不稳定、充电慢、容量低的难题。 珠海聚碳采取了综合性能平衡设计思路，巧妙地将全新的石墨烯基复合碳材料引入电容电池的正负极，将普通超级电容器与高能电池结合为一体，开发出超高性能的新型电池。 核心技术
其核心技术奥秘在于采取了综合性能平衡设计思路，巧妙地将全新的石墨烯基复合碳材料引入电容电池的正负极，实现了普通超级电容器与高能电池结合为一体，从而兼有一般超级电容器和蓄电池的优异性能。 用途 石墨烯全碳电容电池是一种全能的新型动力电源。可解决电动汽车动力问题，还可以在水面舰艇、潜艇、无人机、导弹以及航天领域中应用。特别是其独具的安全性能将会对电动车产业发展带来深刻影响。这一产品集锂离子电池能量密度和超级电容器功率密度优势于一身，按照新国标检测，循环寿命达4000次以上，使用温度范围从零下30摄氏度至零上70摄氏度。在保证一定续驶里程的基础上，可实现大电流快速充电和超长的循环使用寿命。 技术突破 新型石墨烯全碳电容电池的优点是储电量大，由电能转化成化学能，再转化成电能释放出来，其能量密度已经超过目前最顶级的锂离子电池，功率密度接近超级电容，在结构上实现了电池和传统电容的内并，实现了电池和电容的优点兼备。 性能优势 安全稳定，新型石墨烯聚碳电容电池，充满电后用射钉枪打，使其短路，任何反应都没有;放在火上烧，也不会发生爆炸。 充电速度快；石墨烯聚碳电池，可用10C的大电流充电，单块充满电只要6分钟，上百块串联在一起充电，10分钟可达95%以上。 功率密度高，可达 200W/KG~1000W/KG ，相当于锂电池的3倍以上。 超低温特性好，可在摄氏零下30 ℃ 的环境中工作。 电容型锂离子电池原理、性能全解析 1 超级电容器和锂电工作原理
机电一体化在煤基活性炭生产上的应用
机电一体化在煤基活性炭生产上的应用 煤基活性炭生产行业的发展日渐蓬勃，其技术也被越来越关注。本文先从机电一体化技术单独分析开始，在介绍其功能原理的同时又简要分析了其技术优势。又从煤基活性炭生产工艺开始，探究出了其发展存在的问题，最后介绍机电一体化运用到煤基活性炭生产链上的种种优越性。 标签：机电一体化；煤基活性炭；特征模型；匹配对接 0 引言 随着全球科技的高速发展，各科类行业的交织发展在很大深度上得到推进，这也间接导致能源工程与机械工程行业在技术与设备方面进行改革的必要。经济全球化的来到，有关机构早已感受到改革趋势的紧迫性，要想在市场上稳固的立足，只能通过技术改造和生产模式转型。煤基活性炭作为一种优良的吸附性产品，在其生产过程中，运用机电一体化替换纯人力操作生产具有超前的优越性。 1 机电一体化的技术优势与应用现况 机电一体化作为一种新型科技机械技术，它的主要特性是指在传统的机械设备里引入电子计算机控制系统，使得普通机械生产设备变得智能化、系统化。从另外一个角度讲，机电一体化是把光学、信息学、微观加工学以及微机电一体化的新型技术。机电一体化不管是在数控领域、机器领域、还是集成制造领域都取得了很大的成效。 1.1 功能原理与应用解析 所谓机电一体化系统，原理上讲就是将机器、电子与通讯等独立功能与特性技术相结合为一体的高级综合系统，一款机电一体化系统的核心组成要素是总集成系统与子系统的对接接口设计。大多数机电一体化设备的总性能是由多个子设备的功能特性的协同效应来组成的，这就是机电一体化系统的总系统功能。对于机电单元件功能剖析，需要逐步探究机电对接特性来解决相关问题。而解决这类问题的一般思路就是将各个单元控件作为整体与相关功能部件融合，在充分考虑接口适配器的时候建立机电一体化接入口特性模型（见图1）来解析其功能特性。 1.2 技术优势 机电一体化技术具有的安全性高，不管是从监视、警报还是自我保护方面，都具备其独特的优越性，最大程度上降低安全系数；得益于机电一体化的高强数字处理与控制的特点，以及超高的灵活性，保证了其生产效率与质量；系统化运行模式对产品的加工与质量检测监控能够在最短时间内发现问题并做出正确的处理，保证流程的持稳运行。
碳基超级电容器一致性制备与性能研究
目录 摘要 .............................................................................................................................. I ABSTRACT ................................................................................................................ III 第一章绪论 .. (1) 1.1 课题研究背景、目的及意义 (1) 1.2 超级电容器原理 (2) 1.2.1 双电层电容器 (2) 1.2.2 赝电电容器 (3) 1.2.3 混合电容器 (4) 1.3 超级电容器结构 (4) 1.3.1 电极材料 (4) 1.3.1.1 碳材料 (5) 1.3.1.2 金属氧化物 (8) 1.3.1.3 导电聚合物 (8) 1.3.1.4 复合材料 (9) 1.3.2 电解液 (10) 1.3.2.1 水系电解液 (11) 1.3.2.2 有机电解液 (12) 1.3.2.3 离子液体 (15) 1.4 超级电容器应用 (15) 1.5 本论文的选题依据以及主要研究内容 (16) 第二章实验条件及主要测试方法 (19) 2.1 本文实验思路设计 (19) 2.2 主要实验药品 (20) VII
2.3 主要实验仪器 (21) 2.4 材料表征方法 (21) 2.4.1 扫描电子显微镜（SEM） (21) 2.4.2 透射电子显微镜（TEM） (21) 2.4.3 比表面积测试仪（BET） (22) 2.4.4 元素分析仪（EA） (22) 2.4.5 Fe离子分析 (22) 2.5 超级电容器测试方法 (22) 2.5.1 循环伏安测试（Cyclic Voltammetry） (22) 2.5.2 恒电流充放电测试（Galvanostatic charge–discharge） (25) 2.5.3 交流阻抗测试（Electrochemical Impedance Spectroscopy） (25) 2.5.4 能量密度和功率密度计算 (25) 2.6本章小结 (26) 第三章超级电容器一致性制备及性能研究 (27) 3.1 超级电容器制备控制点及控制方法 (27) 3.2 超级电容器极片制备 (28) 3.3 超级电容器组装 (29) 3.4 一致性实验数据分析 (30) 3.4.1 商用超级电容器交流阻抗分析 (30) 3.4.2 超级电容器循环电流分析 (30) 3.4.3 一致性实验分析 (31) 3.4.3.1 第一次实验一致性分析 (31) 3.4.3.2 第二次实验一致性分析 (32) 3.4.3.3 第三次实验一致性分析 (33) VIII