第七章-超级电容器储能技术.pptx

会计学20世纪80年代末，由于电动汽车发展的需要，大尺寸超级电容器的研制成为热点。
俄、欧、美、日等国列入国家研究计划。我国从90年代开始研制超级电容器及其电极材料。超级电容器及其关键材料的研制已纳入“十五”、“十一五”“863”计划中的部分专项和主题：
电动车专项
纳米材料专项
特种功能材料技术主题，等超级电容器(又称金电容、法拉电容）化学电容储能机制可分为：
双电层电容--电极表面与电解液间双电层储能。
准电容--电极表面快速的氧化-还原反应储能。
相应的两类电极—-—组成三种电容器
双电层电容器正、负极——多孔炭
准电容器正、负极——金属化合物、石墨、导电聚合物。寿命短、电压低
混合电容器电压、能量密度高双电层电容原理超级电容（supercapacitor），双电层电容(ElectricalDoule-LayerCapacitor)、黄金电容、法拉电容，

即通过外加电场极化电解质，使电解质中荷电离子分别在带有相反电荷的电极表面形成双电层，从而实现储能。

其过程是物理过程，没有化学反应，且过程完全可逆，这与蓄电池电化学储能过程不同。

超级电容器介于电容器和电池之间的储能器件，既具有电容器可以快速充放电的特点，又具有电池的储能特性。
准电容原理（赝电容）准电容原理准电容的特点：

准电容的充放电过程是动力学高度可逆的,与原电池及蓄电池不同,但与静电电容类似。

这种电化学能量储存系统首先由Conway等与CraiyofContinental集团合作,于1975年开始并致力于这方面的研究工作,研制出采用这种充放电原理的名为超电容的电容器。这种充放电行为,Ru的氧化物(RuO2)表现最显著,但其最早的表现形式是H在Pt或Pb在Au上进行欠电位沉积,产生高度可逆的化学吸附、脱附。

为与双电层电容及电极与电解液界面形成的真正的静电电容相区别,称这样得到的电容为法拉第准(赝)电容。

法拉第准(赝)电容不仅只在电极表面,而且可在整个电极内部产生,因而可获得比双电层电容更高的电容量和能量密度。在相同电极面积的情况下,法拉第准(赝)电容可以是双电层电容量的10～100倍。超级电容器的大容量和高功率充放电就是由这2种原理产生的。充电时,依靠这2种原理储存电荷,实现能量的积累;放电时,又依靠这2原理,实现能量的释放。因此,制备高性能的超级电容器有2个途径:一是增大电极材料比表面积,从而增大双电层电容量;二是提高电极材料的可逆法拉第反应的机率,从而提高准电容容量。实际上对一种电极材料而言,这2种储能机理往往同时存在,只不过是以何者为主而已。2.超级电容的性能指标超级电容的性能指标超级电容的性能指标3、超级电容器的优点4、性能特点--介于电池与物理电容器之间超级电容与电池的比较/三、超级电容器电极材料1、多孔电容炭材料已研制的电容炭材料活性炭含氧官能团越多，导电性越差。
羧基浓度越大，漏电电流越大，储存性能越差。
羧基浓度越高，静态电位越高，越易析氧，电极越不稳定。
处理炭表面官能团，提高性能增加电导率和密度，
减少表面官能团，也减小比表面、比容量。
适宜的高温处理，可提高大电流下体积比容量。
进行二次活化可提高比表面--重量比容量。碳纳米管碳气凝胶——电子导电性好玻态炭电导率高，机械性能好；
结构致密，慢升温制作难，价贵。

只能表层活化

多孔碳层厚15~20um
多孔碳层的电导率高，
多孔碳层比功率18kW/L
但电容器的比能量很低（0.07Wh/L）2、准电容储能材料a.贵金属
贵金属RuO2电容性能研究
使用硫酸电解液；容量高，功率大，成本高。
热分解氧化法380F/g
溶胶-凝胶法768F/g
添加W、Cr、Mo、V、Ti等的氧化物
降低成本
复合后性能高：
WO3/RuO2比容量高达560F/g
Ru1-yCryO2xH2O比容量高达840F/g
活性炭上沉积0.4mm无定形钌膜达到900F/g
b、廉价金属取代贵金属
MnO2材料
溶胶-凝胶法制得MnO2水合物在KOH溶液中比容量为689F/g。
NiO材料
溶胶-凝胶法制得多孔NiO比容量265F/g。
北航做纳米Ni(OH)2容量500F/g以上。
Ni(OH)2干凝胶容量900F/g。多孔V2O5水合物比容量350F/g（在KCl溶液）。
Co2O3干凝胶比容量291F/g（KOH溶液中）。
-Mo2N比容量203F/g。研究情况：
聚苯胺、聚对苯、聚并苯、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔、聚亚胺酯
性能特点：
可快速充放电、温度范围宽、不污染环境；
稳定性、循环性问题。3、高性能电解质溶液电容器电解质：
水溶液：酸性体系——硫酸
碱性体系——氢氧化钾
有机电解液：Et4NBF4/PC（小型电容器，高温性能好）
Et4NBF4/AN（大型，大功率、低温）
LiAlC