超級電容器用多孔碳材料的研究進展.ppt

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1、超級電容器用多孔碳材料的研究進展報告人：周漢濤導師：張華民SeminarII超級電容器應用背景優(yōu)良的脈沖充放性能大容量儲能性能比能量大于2.5Wh/kg比功率大于500W/kg循環(huán)壽命長（>105次）環(huán)境適應性強無記憶效應免維護對環(huán)境無污染高功率軍事裝備的激發(fā)器軍用坦克、卡車瞬間啟動數(shù)據(jù)記憶存儲系統(tǒng)系統(tǒng)主板備用電源電動玩具車主電源太陽能電池輔助電池通訊設施、計算機備用電源電動汽車電源能量存儲裝置比較元器件比能量Wh/kg比功率W/kg充放電次數(shù)普通電容器<0.2104~106>106超級電容器0.2~20.0102~104>105充電電池20~200<500<104超級

2、電容器以及電極材料分類雙電層電容器（EDLC）法拉第準電容器混合類型電容器碳素材料：成功商業(yè)化，性價比高。金屬氧化物材料：RuO2為主，導電性好，比容量大，循環(huán)壽命長，價格高，污染。導電聚合物材料：工作電壓高但電阻大。雜多酸：具有固體電解質的優(yōu)點，使用方便。碳基超級電容器(EDLC)原理多孔碳、活性碳理論比容量:若比表面積為1000m2/g，則電容器比容量為250F/g?；钚蕴迹和ㄟ^活化處理后，微孔數(shù)量增加，比表面積增大。3000m2/g的活性碳，實際表面利用率僅為10％左右。Anon:2000m2/g，水系280F/g，非水系120F/g。微孔60～70％，中孔和大孔

3、20～30％。＜2nm的微孔是不能形成雙電層?；钚蕴祭w維基體材料是瀝青和聚合物材料：人造纖維、酚醛樹脂、聚丙烯腈。比容量為280F/g，比功率大于500W/kg。平均細孔孔徑為2～5nm，細孔容積0．3～1．5ml/g，比表面積達1500～3000m2/g。松下電器：導電性能優(yōu)良的酚醛活性碳纖維。Hiroyuki等采用熱壓成型法制備的高密度活性碳纖維，其密度為0.2～0.8g/cm3，這種材料的電子導電性遠高于活性碳粉末電極，雙電層電容器的電容值隨高密度活性碳纖維密度的提高而增大。碳凝膠材料性能質輕、大比表面積、中孔發(fā)達、導電性良好、電化學性能穩(wěn)定的納米級的中孔碳材料。

4、孔隙率達80％～90％，孔徑3～20nm，比表面積400～1100m2/g，密度范圍0.03～0.8g/cm3，電導率10～25S/cm?？朔褂没钚蕴挤勰┖屠w維作電極時存在的內部接觸電阻大，含有大量不能被電解液浸入的微孔，比表面積得不到充分利用的問題，是制備高比能量、高比功率電化學電容器的理想電極材料。碳凝膠制備有機凝膠的形成：得到空間網絡狀結構的凝膠超臨界干燥：不破壞凝膠結構而把空隙內溶劑脫除碳化過程：脫去揮發(fā)分又不破壞凝膠結構美國的R.W.Pelaka：間苯二酚（R）和甲醛（F）RF凝膠，成本高密胺（M）和甲醛（F）MF凝膠，密度大，比表面積未降低熱塑性酚醛樹脂（

5、P）和糠醛（F）PF凝膠，成本低，周期短大連理工大學的李文翠：酚類同分異構物混合物（J）與甲醛（F）JF凝膠，成本低，周期短，但密度高于RF凝膠，比表面積也較RF凝膠略低碳凝膠性能RF的EDLC實驗室樣品：功率密度為7.7kW/kg，能量密度為5Wh/kg，比容量39F/g(以碳和電解液的重量之和為準，水電解液)。同濟大學：RF凝膠，比表面積為600m2/g，平均孔徑為12nm，電導率為20S/cm，組裝成電容器后獲得30F/g的單電極比容。MayerST制得的碳凝膠，得到雙電極比容量達40F/g。Powerstor公司以碳凝膠為原料制做EDLC，比能量和比功率分別為0

6、.4Wh/kg和250W/kg，該產品已實現(xiàn)產業(yè)化。結構可控：原料的配比，間苯二酚（R）與催化劑（C）之比，反應溫度及凝膠化時間可有效地控制產物的結構。性能優(yōu)良，但周期長，超臨界干燥設備昂貴而復雜。碳納米管材料特點碳納米管材料的優(yōu)越性：比表面積大、微孔集中在一定范圍內(2～5nm)，應具有比活性碳電極高得多的比表面利用率。Niu報道其基于碳納米管薄膜電極的比表面積為430m2/g時，比容量可達40F/g，碳納米管電極的電容量達到理論雙電層電容量的57％。中空結構。如能使電解質溶液浸潤碳納米管內腔，電容量將明顯提高。最高容量可達l13F/g(0.001Hz)，在0.1Hz

7、時，其容量可達108F/g，在100Hz時還有49F/g，這個轉變頻率遠遠高于活性炭的1Hz。體現(xiàn)了相對高頻放電的優(yōu)點，這同樣也預示著由碳納米管為電極材料做的電容器具有高的能量密度，而實驗結果也確實證明它具有＞8kW/kg的能量密度。碳納米管改性利用剩余的SP3雜化軌道引入官能團，產生法拉第準電容。E.Frackowiak證實表面官能團參與氧化還原反應故會形成準電容，比電容從80F/g增至137F/g。E．Frackowiak:摻金屬鋰的碳納米管電極在LiClO4電解液中在1．5～3V之間充放電時，表現(xiàn)出良好且獨特的高壓下的雙電層電容效應