超級電容器電極碳材料的發(fā)展

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1、2015年11月同濟大學(xué)超級電容器活性炭電極材料的發(fā)展專業(yè)：化學(xué)工程與工藝學(xué)號：1353901姓名：鞏宇銹摘要本文簡單介紹了超級電容器的原理以及應(yīng)用范圍。提出了電容器電極材料的選擇，就其中一種性能高的材料——活性炭在超級電容器的發(fā)展過程中的改進做了介紹，包括其理論提出、比表面積，孔徑分布、表面官能團等性質(zhì)的發(fā)展。最后對活性炭電極材料的未來發(fā)展方向進行了展望。關(guān)鍵詞：超級電容器活性炭材料ABSTRACTThispaperbrieflyintroducetheprinciplesandapplicationprospectofsupercapac

2、itor.Selectingthecapacitorelectrodematerialisproposed.Asthehighperformanceofamaterial-activatedcarbon,itsdevelopmentprocessofsupercapacitorispresented,includingitsproposedtheory,thedevelopmentofthespecificsurfacearea,poresizedistribution,surfacefunctionalgroups,andotherprop

3、erties.Atlast,thefuturedirectionofactivatedcarbonelectrodematerialisputforward.Keywords:supercapacitor;activatedcarbonmaterials目錄摘要1ABSTRACT1目錄21引言32工作原理33發(fā)展43.1初步發(fā)展43.2比表面積改進43.3孔徑分布43.4表面官能團54總結(jié)與展望5參考文獻61引言超級電容器，又叫電化學(xué)電容器、黃金電容、法拉電容。包括雙電層電容器和贗電容器，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

4、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。作為一種新型能源器件，除了具有多次充放電的優(yōu)點，還具有充電時間短、工作溫度范圍寬、貯存壽命長，特殊的功率密度和適度能量密度等優(yōu)點。正因為如此，超級電容器廣泛應(yīng)用于運輸業(yè)，包括作為車動力和航空航天等；工業(yè)，包括應(yīng)急照明，電信數(shù)據(jù)儲存，電梯電源等；軍事領(lǐng)域，包括電車混合電傳動系統(tǒng)，艦用電磁炮等。超級電容器的儲能機理是利用電極/電解質(zhì)交界面上的雙電層或在電極界面上發(fā)生快速、可逆的氧化還原反應(yīng)來儲存能量[[]李歆.超級電容器綜述［J］．中國電子商情(基礎(chǔ)電子)，2

5、009(11):52—54]?；谶@一機理就對電極材料提出了以下要求:(1)電極材料需有較大的比表面積。碳材料因為有較大的比表面積(活性炭、石墨烯等)，作為超級電容器電極材料得到了廣泛的應(yīng)用，比如活性炭的比表面積可達到2000m2/g以上[[]QuDY．Studiesoftheactivatedcarbonsusedindouble-layersupercapacitors［J］．JournalofPowerSources，2002，109(2):403—411.]。(2)電極材料在超級電容器使用條件下要有長期的化學(xué)穩(wěn)定性和充放電重復(fù)循環(huán)能力

6、，從而保證超級電容器的使用壽命。(3)電極材料表面氧化還原電阻、電極材料與電解液和集流體有較小的接觸電阻，以減小超級電容器的電化學(xué)阻抗。(4)電極材料在電解液中具有優(yōu)良的浸潤性、合理的電極與電解液界面接觸角。(5)材料在形成電極系統(tǒng)時要具有機械完整性，在開路狀態(tài)下自放電盡量小[[]ConwayBE．ElectrochemicalSupercapacitorsScientificFundametalsandTechnologicalApplications［M］．USA:PlenumPublisher，1999.]。目前主要研究的超級電容器電極

7、材料為碳材料。包括活性炭和石墨烯。碳材料作為超級電容器材料要滿足以下幾個條件:(1)具有較高的實際表面積，至少達到1000m2/g;(2)多孔陣列中，粒子具有較好的導(dǎo)電性;(3)材料表面與電解液要有良好的接觸。目前提高碳材料超級電容器能量密度、功率密度的手段主要是增大比表面積和合理控制材料孔徑。碳材料屬于雙電層超級電容器材料，在反復(fù)的充放電循環(huán)過程中可逆性較高，壽命較長。[[]陳俊蛟．超級電容器電極材料研究進展[J]．材料開發(fā)與應(yīng)用，2015(2):1003-1545(2015)01-0090-06.]1工作原理活性炭電極超級電容器的工作原理

8、如圖1所示[]邢寶林．超級電容器用低階煤基活性炭的制備及電化學(xué)性能研究［D］．焦作:河南理工大學(xué)博士學(xué)位論文，2011．，活性炭電極浸在電解液中，當(dāng)施加的電壓低于電