超級電容器的研究進展_第1頁
超級電容器的研究進展_第2頁
超級電容器的研究進展_第3頁
超級電容器的研究進展_第4頁
超級電容器的研究進展_第5頁
已閱讀5頁,還剩3頁未讀, 繼續(xù)免費閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進行舉報或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡介

超級電容器的研究進展摘要:超級電容器是一種新型儲能裝置,它具有功率密度高、充電時間短、使用壽命長、溫度特性好、節(jié)約能源和綠色環(huán)保等特點。近年來,各種新興材料的發(fā)展,為超級電容器電極材料的選取提供了更多的選擇條件,促進了超級電容器的快速發(fā)展。本文總結(jié)了超級電容器的特點,重點介紹了超級電容器的工作原理、分類以及超級電容器的材料。并簡要展望了超級電容器電極材料的發(fā)展方向和前景。關(guān)鍵詞:超級電容器碳電極貴金屬氧化物導(dǎo)電聚合物Abstract:Supercapacitorisanewtypeofenergystoragedevice.Ithasthecharacteristicsofhighpowerdensity,shortchargingtime,longservicelife,goodtemperaturecharacteristics,energysavingandgreenenvironmentalprotection.Inrecentyears,thedevelopmentofavarietyofnewmaterials,fortheselectionofthesupercapacitorelectrodematerialstoprovidemoreoptionstopromotetherapiddevelopmentofthesupercapacitor.Thispapersummarizesthecharacteristicsofthesupercapacitor,andintroducestheworkingprincipleofthesupercapacitor,classificationandthematerialofthesupercapacitor.Andbrieflydiscussedthedevelopingdirectionofsupercapacitorelectrodematerialsandprospect.Keywords:SupercapacitorCarbonelectrodePreciousmetaloxideConductingpolymer一、引言超級電容器是建立在德國物理學(xué)家亥姆霍茲(1821~1894)提出的界面雙電層理論基礎(chǔ)上的一種全新的電容器,又叫電化學(xué)電容器(ElectrochemcialCapacitor,EC)、黃金電容、法拉電容,通過極化電解質(zhì)來儲能。它是一種電化學(xué)元件,但在其儲能的過程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng),這種儲能過程是可逆的,也正因為此超級電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬次。超級電容器可以被視為懸浮在電解質(zhì)中的兩個無反應(yīng)活性的多孔電極板,在極板上加電,正極板吸引電解質(zhì)中的負(fù)離子,負(fù)極板吸引正離子,實際上形成兩個電容性存儲層,被分離開的正離子在負(fù)極板附近,負(fù)離子在正極板附近[1-5]。二、研究背景及意義由于石油資源日趨短缺,并且燃燒石油的內(nèi)燃機尾氣排放對環(huán)境的污染越來越嚴(yán)重,人們都在研究替代內(nèi)燃機的新型能源裝置。已經(jīng)進行混合動力、燃料電池、化學(xué)電池產(chǎn)品及應(yīng)用的研究與開發(fā),取得了一定的成效。但是由于它們固有的使用壽命短、溫度特性差、化學(xué)電池污染環(huán)境、系統(tǒng)復(fù)雜、造價高昂等弱點,一直沒有很好的解決辦法。而超級電容器以其優(yōu)異的特性揚長避短,可以部分或全部替代傳統(tǒng)的化學(xué)電池用于車輛的牽引電源和啟動能源,并且具有比傳統(tǒng)的化學(xué)電池更加廣泛的用途。正因為如此,世界各國(特別是西方發(fā)達國家)都不遺余力地對超級電容器進行研究與開發(fā)。三、超級電容器工作原理及分類[6、7]超級電容器作為功率補償和能量存儲裝置,其儲存電量的多少表現(xiàn)為電容F的大小。根據(jù)電能的儲存與轉(zhuǎn)化機理,超級電容器分為雙電層電容器(electricdoublelayercapacitors,EDLC)和法拉第準(zhǔn)電容器(又叫贗電容器,pseudo-capacitors),其中法拉第準(zhǔn)電容器又包括金屬氧化物電容器和導(dǎo)電高分子電容器。最近又出現(xiàn)了一種正負(fù)極分別采用電池材料和活性炭材料的混合超級電容器。1、雙電層電容器雙電層電容器的基本原理是利用電極和電解質(zhì)之間形成的界面雙電層來存儲能量的一種新型電子元件。是以雙電層-雙電層(electricdoublelayer)為主要機制,即在充電時,正極和負(fù)極的炭材料表面分別吸附相反電荷的離子,電荷主要采用熱分解氧化RuCl3·xH2O的水溶液或者乙醇溶液(溫度300~800℃)。為提高電極的比表面,采取了在粗糙的基體材料上或在高比表面的碳纖維表面上制備RuO2,制備二元金屬氧化物或在低溫下制備電極等方法。據(jù)報道,低成本、高比表面的R-Mo2N作為一種新型電極材料,在堿性電解液中可獲得125F·g-1的比電容及0.7V的開路電壓。3、導(dǎo)電聚合物電極導(dǎo)電聚合物電極電容器作為一種新型的電化學(xué)電容器,具有高性能和比貴金屬超級電容器更優(yōu)越的電性能??赏ㄟ^設(shè)計選擇相應(yīng)聚合物的結(jié)構(gòu),進一步優(yōu)選提高聚合物的性能,從而提高電容器的性能。4、復(fù)合電極材料碳材料單獨作為超級電容器電極材料比電容較小,過渡金屬氧化物單獨作為超級電容器電極材料結(jié)構(gòu)致密,導(dǎo)電性能差,用導(dǎo)電性能較好的碳素材料復(fù)合比電容較大的金屬氧化物,如此一來很好的解決了碳電極材料和金屬氧化物電極材料相比比電容較小,過渡金屬氧化物單獨作為超級電容器電極材料結(jié)構(gòu)致密,不利于電解液的浸潤,導(dǎo)電性能較差的問題。鄭華均等人靜電吸附自組裝了CNTs和不同的過渡金屬氧化物制成超級電容器電極測試其電化學(xué)性能。一方面研究了在導(dǎo)電玻璃上逐層自組裝CNTs和二氧化錳納米片,解決了二氧化錳作為超級電容器電極材料導(dǎo)電性能差,結(jié)構(gòu)致密的缺點,通過交換CNTs和二氧化錳納米片的排列次序得到的電極材料,通過測試顯示出良好的電化學(xué)電容器性能;另一方面逐層自組裝了CNTs和CoOOH納米片,通過交換CNTs和CoOOH納米片的排列次序得到的電極材料,當(dāng)制得ITO/MWCNT/CoOOH排列的電極材料時,比電容達到389F/g,并且隨著層數(shù)的增加,比電容也會隨之增加。六、超級電容器的發(fā)展方向和前景超級電容器具有大容量、功率密度高、充放電能力強、循環(huán)壽命長、可超低溫工作、無污染等許多顯著優(yōu)勢,在汽車(特別是電動汽車、混合燃料汽車和特殊載重車輛)、電力、鐵路、通訊、國防、消費性電子產(chǎn)品等方面有著巨大的應(yīng)用價值和市場潛力。目前超級電容器在市場上占有的份額還很小,高單位質(zhì)量或體積能量密度,高充放電功率密度將是發(fā)展的方向,目前正在向備用電源電源領(lǐng)域和電動車用大規(guī)模電容器-電池混合電源方向發(fā)展。今后超級電容器的研究重點仍然是通過新材料的研究開發(fā),尋找更為理想的電極體系和電極材料,提高電化學(xué)電容器的性能,制造出性能好、價格低、易推廣的新型電源以滿足市場的需求。七、結(jié)語在了解了超級電容器的相關(guān)知識后,我們應(yīng)該明白它的重要性。經(jīng)過科研人員的幾十年的努力,超級電容器的研究取得了長足的進步,但在能量密度和功率密度等方面還有待大幅度提高。同時需要加大其在應(yīng)用領(lǐng)域的開發(fā)力度,以促進實用化??梢钥隙ǖ氖牵S著對超級電容器研究的不斷深入,超級電容器的性能將不斷提高,應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U寬,市場前景將更加光明。參考文獻[1]ConwayBE.ElectrochemicalSupercapacitors,NewYork:Kluwer,Academic/PlenumPublishers,1999[2]ConwayBE.J.Electrochem.Soc.,1991,138(6):1539—1548[3]ZhengJP,JowTR.J.Electrochem.Soc.,1995,142(1):L6—L8[4]HugginsRA.SolidStateIonics,2000,134(1/2):179—195[5]劉小軍,盧永周.超級電容器綜述[J].西安文理學(xué)院學(xué)報,14(2),2011:69-72[6]ZhengJP.J.Electrochem.Soc.,1995,142(8):2699—2703[7]ZhengJP.J.Electrochem.Soc.,1995,143(3):1068—1072[8]劉海晶,夏永姚.混合型超級電容器的研究進展.化學(xué)進展,23(2/3),2011:595-604[9]張治安,楊邦朝,鄧梅根等.超級電容器氧化錳電極材料的研究進展[J].JournalofInorganicMaterials(無機材料),2004,20(3):529-536.[10]張傳喜,鄭中華.超級電容器碳材料的研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J].船電技術(shù).2007,5:316-318.[11]LotaG,CentenoTA,FrackowiakE,eta1.Improvementofthestructuralandchemicalpropertiesofacommercialactivatedcarbonforitsapplicationinelectrochemicallcapacitors[J].ElectrochimActa,2008,53:2210-2216.[12]劉辰光,劉敏,王茂章等.電化學(xué)電容器中炭電極的研究及開發(fā)Ⅱ.炭電極[J].NEWCARB0NMATERIAIS(新型炭材料),2002,17(2):64-72.[13]林克芝,徐艷輝,任偉,等.碳納米管電化學(xué)儲能的研究進展[J].電源技術(shù),2002,26(4):314.[14]張丹丹,姚宗干.大容量高儲能密度電化學(xué)電容器的研究進展[J].電子元件與材料,1999,19(1):34.致謝我歷時將近兩個月時間終于把這篇論文寫完了,在這段充滿奮斗的歷程中,帶給我的學(xué)生生涯無限的激情和收獲。在論文的寫作過程中遇到了無數(shù)的困難和障礙,都在同學(xué)和老師的幫助下度過了。在校圖書館查找資料的時候,圖

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論