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超级电容器储能材料的研究进展_谢金龙.pdf

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·４１·材料导报Ａ：综述篇２０１２年８月（上）第２６卷第８期 超级电容器储能材料的研究进展＊ 谢金龙，李艳霞，初振明，王旭升，姚熹 （同济大学功能材料研究所，上海２０００９２） 摘要超级电容器高的电能储存密度以及长的使用寿命引起了世界范围内的关注。通过参考和整理当前超 级电容器的研究进展，介绍了两大类超级电容器的原理、主要性能、目前的发展情况和特点。同时，总结了改善和提 高超级电容器储能密度的各种材料的选取、制备工艺和途径。在此基础上，认为电化学超级电容器比电介质超级电 容器具有更大的储能密度及市场前景。然而，由于电介质超级电容器的独特性能，其在一些电子电气设备、元器件的 应用中具有不可替代的作用，值得深入研究。 关键词储能材料储能密度超级电容器 ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｎＳｔｏｒａｇｅＭａｔｅｒｉａｌｓｏｆＳｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ ＸＩＥＪｉｎｌｏｎｇ，ＬＩＹａｎｘｉａ，ＣＨＵＺｈｅｎｍｉｎｇ，ＷＡＮＧＸｕｓｈｅｎｇ，ＹＡＯＸｉ （ＦｕｎｃｔｉｏｎａｌＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈＬａｂｏｒａｔｏｒｙ，ＴｏｎｇｊｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９２） ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙｈｉｇｈｐｏｗｅｒａｎｄｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｄｅｎｓｉｔｙａｎｄｌｏｎｇ－ｌｉｆｅｈａｄａｔｔｒａｃ－ ｔｅｄｇｌｏｂａｌａｔｔｅｎｔｉｏｎｓ．Ｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ′ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｍａｉｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｔａｔｕｓａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｒｅｂｒｉｅｆｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｒｏｕｇｈｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｏｎｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｐｐｒｏａｃｈｅｓｔｏｉｍ－ ｐｒｏｖｅａｎｄｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｅｎｅｒｇｙｄｅｎｓｉｔｙａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｉｔｉｓｃｏｎｃｌｕｄｅｄｔｈａｔｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ－ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓｐｏｓｓｅｓｓｌａｒ－ ｇｅｒｅｎｅｒｇｙｄｅｎｓｉｔｙａｎｄｍｕｃｈｍｏｒｅｍａｒｋｅｔｓｈａｒｅｔｈａｎｔｈｏｓｅｏｆｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ－ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ－ｓｕ－ ｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓａｒｅｗｏｒｔｈｙｏｆｓｔｕｄｙｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｙｈａｖｅｕｎｉｑｕｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｔｏｂｅｕｓｅｄｉｎｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｅｌｅｍｅｎｔｓａｎｄｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｅｎｅｒｇｙｄｅｎｓｉｔｙ，ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ 级电容器的一个部分要么是关于电化学超级电容器要么 引言，， ０是关于电介质超级电容器，割裂了它们之间的关系和共性。 电容器作为电力、电子系统的重要元器件之一，其构成因此，笔者认为很有必要把它们放在一起进行系统介绍，更 材料作为新材料的重要组成部分，它的发展在当今的可持续全面地了解超级电容器的概念，对其有更深刻的认识和把 发展、环境友好中具有非常重要的意义。就具体应用领域而握。鉴于目前有关电化学超级电容器的文献较多，所以本文 言，首先，超级电容器在电动汽车应用上具有明显的优势，可更侧重于介绍电介质超级电容器。 以满足汽车在加速、启动、爬坡时的高功率需求，以保护主蓄 超级电容器的基本原理及分类 电池系统［１］；其次，在集成电路（ＩＣ）、大规模集成电路（ＬＳｌ）１ 的发展中，随着元器件向着芯片化、自动插入线路板的方向从大的方面来说，超级电容器可分为电化学超级电容器 发展［２］，超级电容器的高密度、小体积可以满足日益旺盛的和电介质超级电容器两大类。 市场需求［３］最后随着能源需求的不断增加和化石燃料的 ；，１．１电化学超级电容器 持续消耗，提高传统能源利用效率和拓展新能源应用范围的电化学超级电容器又称双电层电容器，是一种新型储能 问题日益凸显［４］，而超级电容器能在这２个领域中发挥一定器件，它利用电极／电解质交界面上的双电层或在电极界面 作用 。上发生快速、可逆的氧化还原反应来储存能量，其结构如图１ 超级电容器（Ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ或Ｕｌｔｒａｃａｐａｃｉｔｏｒ）是一种储所示［５］。根据电容器的能量计算公式： 能非常大的极化电解质／电介质电容器，其电容达法拉级（Ｆ） １２ Ｅ＝ＣＶ（１） 以上，储能密度介于常规电容器与电池之间，是一种新型储２ 能元件。可以发现提高超级电容器能量密度的最有效方法是提高超 在现有关于超级电容器的综述性文献中都仅仅关注超级电容器的工作电压（Ｖ）和电极材料的电容（Ｃ）［