碳基双电层电容器的结构、 理及研究进展机

超级电容器的研究进展

超级电容器的研究进展

超级电容器的研究进展 摘要：超级电容器是一种新型储能装置，它具有功率密度高、充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。近年来，各种新兴材料 的发展，为超级电容器电极材料的选取提供了更多的选择条件，促进了超级电 容器的快速发展。本文总结了超级电容器的特点，重点介绍了超级电容器的工 作原理、分类以及超级电容器的材料。并简要展望了超级电容器电极材料的发 展方向和前景。 关键词：超级电容器碳电极贵金属氧化物导电聚合物 Abstract: Super capacitor is a new type of energy storage device. It has the characteristics of high power density, short charging time, long service life, good temperature characteristics, energy saving and green environmental protection. In recent years, the development of a variety of new materials, for the selection of the super capacitor electrode materials to provide more options to promote the rapid development of the super capacitor. This paper summarizes the characteristics of the super capacitor, and introduces the working principle of the super capacitor, classification and the material of the super capacitor. And briefly discussed the developing direction of super capacitor electrode materials and prospect. Key words: Super capacitor Carbon electrode Precious metal oxide Conducting polymer 一、引言 超级电容器是建立在德国物理学家亥姆霍兹（1821～1894）提出的界面双 电层理论基础上的一种全新的电容器，又叫电化学电容器(Electrochemcial Capacitor, EC)、黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容器可以被视为悬浮在电

有机电化学合成及研究进展

有机电化学合成及其发展方向 摘要 介绍有机电化学合成的原理，研究内容。有机电化学合成与传统合成的优势，介绍中国有机电化学合成的发展以及有机电化学的新进展。有机电化学的高效、经济、无污染性。还有有机电化学合成的若干发展方向。 关键词 有机电化学发展方向绿色化学 Review on organic electrosynthesis and its Development trend Abstract In this paper，the principle and the research method of organic electro- ynthesis---one of the most efficient green technology was discussed. The principle of organic electrosynthesis, applications, and the advantages co- mparing to the tradition organic synthesis were expounded. Introduction to Chinese organic electrosynthesis development and advancement of organic electrochemistry. Organic electrosynthesis of high efficiency, no pollution. There are several development directions of organic electrosynthesis. Key words：organic electrosynthesis；developments of research；Green Chemistry; 引言部分 以电化学方法合成有机化合物称为有机电合成，它是把电子作为试剂，通过电子得失来实现有机化合物合成的一种新技术，这是一门涉及电化学、有机合成及化学工程等学科的交叉学科。由于电化学早已有之，合成技术、化学工程技术和化学材料不断更新，因而，有人称之为“古老的方法，崭新的技术”[1]。 有机电合成是有机合成的一个分支学科，有其独特的优点和优势。有机电合成与一般有机合成相比，有机电合成反应是通过反应物在电极上得失电子实现的，一般无需加入氧化还原试剂，可在常温常压下进行，通过调节电位、电流密度等来控制反应，便于自动控制。这样，简化了反应步骤，减少物耗和副反应的发生。可以说有机电合成完全符合“原子经济性”要求，而传统的合成催化剂和合成“媒介”是很难达到这种要求的。从本质来说，有机电合成很有可能会消除传统有机合成产生环境污染的根源。有机电化学合成也是一种绿色化学，中国走可持续发展战略，在化学合成中有机电合成将会占很大比例。将是未来的合成化学的

超级电容器的结构及其特点

超级电容器结构及特点 超级电容器( supercapacitor，ultracapacitor)，又名电化学电容器(Electrochemical Capaci-tors)、黄金电容、法拉电容，超级电容器通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，其储能过程是可逆的，可以反复充放电数十万次。超级电容器是20世纪七八十年代发展起来的一种新型的储能装置。它是一种介于传统电容器与蓄电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原原理储存电能，因而不同于传统的化学电源。 超级电容器其容量可达法拉级甚至数千法拉，它兼有常规电容器功率密度大，比普通蓄电池能量密度高的优点，并且具有充放电时间短，循环性能好，使用寿命长，使用温度范围宽，对环境无污染等特点。因此，从某种意义上讲，超级电容器有着传统电容器和蓄电池的双重功能，弥补了两个传统技术间的空白，因此具有很大的发展潜力。 超级电容器的准确名称是化学或双电屡电容器（具体名称取决于制造商），简称EDLC。超级电容器的表现与传统电容器（包括多层陶瓷电容器、钽电容器、电解电容器等）相似，但能量密度更高。这是由具有极大的电荷存储表面积的多孔炭电极与专门的电解质提供的极薄的板分离层相结合而形成的。 超级电容器属于双电层电容器，它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种，其基本原理和其他种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。 超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，实际上形成两个容性存储层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近，如图3-6所示。 超级电容器的能量储存在双电层和电极内部，当用直流电源为超级电容器单体充电时，电解质中的正、负离子取向聚集到固体电极表面，形成电极／溶液双电层，用以贮存电荷。 虽然，目前全球已有许多家超级电容器生产商，可以提供许多种类的超级电容器产品，但大部分产品都是基于一种相似的双电层结构，超级电容器在结构上与电解电容器非常相似，它们的主要区别在于电极材料。

电化学合成技术研究进展

电化学合成技术研究进展 摘要：电化学合成作为一种新型的合成方法，其研究和工业应用进展迅速，本文重点介绍了在溶液体系和熔盐体系中一些材料的电化学合成的合成工艺研究进展。最后展望了电化学合成的发展前景。 关键词：电化学合成氧化还原合成工艺 1溶液体系的电解合成 1.1 金属及合金的电沉积 金属电沉积，主要是在外加电场的作用下，金属或其合金从电解质中以晶体形式沉积。它包含了电镀、电提取、电解精炼等多种电沉积方式，是目前电化学合成金属材料的主要方法之一。其中电镀要求沉积金属与基体结合牢固，结构致密，厚度均匀，多用于表面工程处理，合成膜材料；其余两种方法则对合成产物与基体的结合力无特殊的要求，多用作材料的制备。用电解法制备的金属产品的优点主要是：产物的纯度高，控制电解条件可制得不同聚集态的金属，另外还可制备合金、金属镀层膜材料、有色金属的冶炼和提纯。 1.2 特殊高价态元素化合物的电氧化合成 19世纪初期，Rheinold和Erman发现电是一种强有力的氧化剂和还原剂。若要进行一个氧化反应，就必须找到一个强的氧化剂。但是若需要制备这些强的氧化剂，则很难再找到更强的氧化剂，因此，必须采用电化学方法。高锰酸钾是重要的锰化合物之一，目前，电解法制备高锰酸钾的优点是利用率高、能耗少。由于在电解过程中，阳极表面容易形成一层钝化膜，阻止阳极的进一步溶解，导致电流效率不高。Bouzek分别采用电解前阳极的阴极极化和交直流叠加的方法，提高了电解效率。Denvir等发现随着阳极中碳含量的增加，相应制备的高铁酸盐产率也有所提高。 1.3 低价态元素化合物的电还原合成 阳极能够制备高价态的氧化剂，而阴极则可以进行电还原反应，制备特殊低价态的元素化合物。曾海燕以活性炭纤维作为阴极，钛钌网作为阳极，无水硫酸钠作为溶液电解质，通过硫酸和氢氧化钠调节溶液的pH值，保持恒温的条件下电解后制得H2O2。半导体材料Si 的制备目前主要依据西门子法获得，林会会选用价格相对低廉的SUP13Cr不锈钢作为工作电极，在室温条件下非水溶剂碳酸丙烯酯中利用电化学方法还原SiCl 4在室温下获得沉积Si。范小振利用草酸的电还原成功地制备了羟基乙酸，是一种有机合成中间体和化工产品，应用很广，可用于医学工程材料和高分子材料等领域。一种重要的有机精细化工中间体-对氨基苯酚（PAP）可利用硝基苯电解还原法制取，与传统的化学制备方法相比具有污染较少，产品品质高，工艺简单等优点。但是这种方法的关键问题在于硝基苯在介质中的溶解度很小，而电解合成中只有溶解的硝基苯才能有效的参与反应，Noman在含7%的硝基苯中，以硫酸作支持电解质的电解液中加入氧化二甲基十二烷基胺，作为表面活性剂，以Cu（Hg）为阴极，PAP的产率高达95%。目前，电化学方法合成有机物的报道较多，主要是利用较为廉价的有机原料（如草酸，葡萄糖等）通过电还原制备附加值较高的电化学中间体，这种方法工艺简单，节能环保，应该在以后的生物医学、高分子材料等领域发挥越来越大的作用。1.4 纳米金属氧化物的电化学合成 电化学合成是制备纳米材料的一种新思路，能够有效地控制合成产物的成分和形貌。金属氧化物是一类重要的功能材料，常需要达到纳米尺度才能表现其具备独特的物化性能。如廖学红在不同配位剂存在下,用电合成方法制备出球形银纳米粒子和树枝状的纳米银;Switzer率先介绍了用电化学的方法合成陶瓷薄膜和多晶粉体，并电解硝酸铈合成了纳米级CeO2粉体。周幸福率先实现了在非水体系中电解金属直接水解法制备纳米NiO 粉体。

超级电容器工作原理

超级电容器工作原理 超级电容器既拥有与传统电容器一样较高的放电功率，又拥有与电池一样较大的储存电荷的能力。但因其放电特性仍与传统电容器更为相似，所以仍可称之为“电容”。到现在为止，对于超级电容器的名称还没有统一的说法，有的称之为“超电容器”，有的称之为“电化学电容器”“双电层电容器”，有的还称之为“超级电容器”，总之名称还不统一。但是有人提出根据其储能机理，分为双电层电容器（靠电极 -电解质界面形成双电层）和赝电容器（靠快速可逆的化学吸-脱附或氧化-还原反应产生赝电容）两类。 （一）双电层电容器的基本原理 双电层电容器是利用电极材料与电解质之间形成的界面双电层 来存储能量的一种新型储能元件。当电极材料与电解液接触时，由于界面间存在着分子间力、库仑力或者原子间力的相互作用，会在固液界面处出现界面双电层，是一种符号相反的、稳定的双层电荷。对于一个电极-溶液体系来说，体系会因电极的电子导电和电解质溶液的离子导电而在固液界面上形成双电层。当外加电场施加在两个电极上后，溶液中的阴、阳离子会在电场的作用下分别向正、负电极迁移，而在电极表面形成所谓的双电层；当外加电场撤销后，电极上具有的正、负电荷与溶液中具有相反电荷的离子会互相吸引而使双电层变得更加稳定，这样就会在正、负极间产生稳定的电位差。 在体系中对于某一电极来说，会在电极表面一定距离内产生与电极上的电荷等量的异性离子电荷，来使其保持电中性；当将两极和外

电源连接时，由于电极上的电荷迁移作用而在外电路中产生相应的电流，而溶液中离子迁移到溶液中会呈现出电中性，这就是双电层电容器的充放电原理。 从理论上说，双电层中存在的离子浓度要大于溶液本体中离子浓度，这些浓度较高的离子受到固相体系中异性电荷吸引的同时，还会有一个扩散回溶液本体浓度较低区域的趋势。电容器的这种储能过程是可逆的，因为它是通过将电解质溶液进行电化学极化实现的，整个过程并没有产生电化学反应。双电层电容器的工作原理如下图所示： （二）法拉第准电容器的基本原理 法拉第准电容器是在双电层电容器后发展起来的，有人将其简称为准电容。这种电容的产生是因为电极活性物质在其表面或者体相中

双电层理论

双电层理论 一．界面与相际 一个相的表面叫作“界面”，界面的轮廓清晰，他的范围不会超过一原子层，可以看成是与另一相相互接触的表面。 相际：指两相之间，性质变化的区域，窄宽不等，其范围小之两个分子直径，大到数千个埃以上；其性质与两相中任意一相的本体性质都有所不同。 一个电极系统，也从在界面和相际，如图1-1所示。相际内溶液的性质发生变化，例如溶液浓度与本体浓度不同。当溶液中含有表面活性物质时，表面活性物质的表面吸附使C表>C本体。相际内除了浓度随着距离改变外，各类双电层电位差在相际建立；各类吸附现象在相际发生；大多数电化学反应（电极反应）在相际进行。电极系统的各种特性都将在相际中充分反映出来。 图1-1 电极系统的相、相界和相际 M-金属相；L-电解质溶液二．双电层的形成 金属是由具有一定结合力的原子或离子结合而成的晶体。晶体点阵上的质点离开点阵变成离子需要能量，需要外力做功。任何一种金属与电解质

溶液接触时，其界面上的原子（或离子）之间必然发生相互作用，形成双电层。 1.界面电荷层 （1）当性质不同的相接触时，在相界面上形成了不同性质的电势差。 （2）出现电势差的原因是带电粒子或偶极子在界面层中的非均匀分布 双电层：由于电极和溶液界面带有的电荷符号相反，故电极/溶液界面上的荷电物质能部分地定向排列在界面两侧。 2.界面电荷层的形成 （1）自发形成的双电层 （a ）离子双电层 （b ）吸附双电层 （c ）偶极双电层 （2）强制形成的双电层 金属电极与电解质溶液接触，可以自发形成双电层，也可以在外电源作用下强制形成双电层。以如下电极反应为例： + + + + + M M

超级电容器原理介绍及实验分析

五、结果与分析 1、实验过程总结与知识点查阅 ○1超级电容器的结构：[1] 超级电容器主要由三部分组成：电极、电解液和隔膜，其中电极由集流体和电极材料组成。本实验中，集流体为泡沫镍，集流体起到降低电极内阻的作用，活性物质为三维石墨烯-Co3O4复合材料。 ○2超级电容器的分类及原理 分为双电层电容器和赝电容器 双电层电容器：充电时，电解液中的带电粒子被吸附在电极表面，形成双电层结构，从而将能量储存起来。在双电层电容器工作的过程中，电解液中的粒子只发生电迁移、扩散、传质，完全是物理过程，不会和电极发生氧化还原反应。在充电时，接正极的电极集流体和活性物质带正电，活性物质吸附电解液中的负离子从而形成双电层结构。同样的，接负极的活性物质带负电，吸引电解液中的阳离子形成双电层结构。整个超级电容器相当于两个电容器串联。循环性能好，比电容较低。 赝电容器：由于电解液中粒子与电极材料发生高度可逆的氧化还原反应，形成不稳定的产物，将能量储存起来。在充电时，活性物质与电解液中的粒子在电极表面或者电极表面及内部发生高度可逆的化学吸附；在放电时则进行解吸附的过程。循环性能差，比电容高。 ○3超级电容器的电极材料[2]： （1）炭材料：活性炭、碳纳米管、石墨烯等。主要用于双电层电容器，比容量较低，而且能量密度与功率密度也较低。 ( 2 )过渡金属氧化物和导电聚合物，主要用于赝电容器，比容量与能量密度较高，导电性能和循环稳定性相对活性炭较差。 （3）改进材料：制备碳材料与金属氧化物或导电聚合物的复合材料，同时拥有比电容高和循环性能好的优点，如本实验中的三维石墨烯-Co3O4复合材料。 ○4循环伏安法测试及其原理 循环伏安法是指在工作电极和参比电极之间施加三角波扫描电压，记录工作电极上响应电流与施加电位之间的关系曲线，即循环伏安图。从伏安图的波形、氧化还原电流的数值及

双电层电容电解液

f Q/XZB 双电层电容电解液 Electrolytes for double-layer capacitor (电容级) 深圳新宙邦科技股份有限公司发布

前言 双电层电容电解液又名超级电容电解液, 没有国家标准及行业标准。因此本企业依据《标准化工作导则、指南和编写规则》GB/T1.2-2000和GB/T1.1-2000之规定制定了本标准。 本标准由深圳新宙邦科技股份有限公司提出 本标准由深圳新宙邦科技股份有限公司品管部归口管理 本标准起草单位：深圳新宙邦科技股份有限公司 本标准起草人：周达文、郑仲天、高家勇、梅芬 本标准发布时期：2008年7月

双电层电容电解液 1 范围 本标准规定了双电层电容电解液的技术要求、检验方法、检验规则以及标志、包装、运输、贮存和安全要求。 本标准主要适用双电层电容电解液。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB/T9282 透明液体—以铂钴等级评定颜色 GB/T 6283 化工产品中水含量测定卡尔费休法（通用方法）（eqv ISO0760:1978） GB/T 9729化工试剂氯化物测定通用方法 GB/T 9728化工试剂硫酸盐测定通用方法 GB/T 3049化工产品中铁含量测定通用方法邻菲啰啉分光光度法 GB/T 9735 化学试剂重金属测定通用方法 GB/T 2540 石油产品密度测定法比重瓶法 GB/T 6678 化工产品采样总则 GB/T 6679 固体化工产品采样通则 GB6682 实验室用水规格和试验方法（neq ISO3696:1987） 3 技术要求 3.1 外观 双电层电容电解液外观应符合表1的要求

电化学发光分析研究进展

电化学发光分析研究进展 电化学发光是在电极上施加一定的电压使电极反应产物之间或电极反应产物与溶液中某组分进行化学反应而产生的一种光辐射。电化学发光与化学发光相同之处是二者的发光均由进行能量电子转移反应的组分所产生;而不同之处是电化学发光由电极上施加的电压所引发和控制,化学发光是由试剂的混合所引发和控制。根据电化学发光的发光强度进行分析的方法称为电化学发光分析法。该法不仅具有化学发光分析的灵敏度高、线性范围宽和仪器简单等优点,而且具有电化学分析控制性强、选择性好等优点。近年来,在新电化学发光试剂的合成和应用研究方面取得了比较大的发展,特别是电化学发光在免疫分析中的应用引起人们极大的研究兴趣。 福州大学,长春应用化学研究所,华东师范大学,陕西师范大学等单位在电化学发光分析新体系和新技术研究方面取得一系列的成果,受到国内外同行的关注。国内外对电化学发光分析法的研究均有评述。 本文拟侧重介绍ECL体系及其在临床分析研究中的应用,同时,对我们近年来在电化学发光分析方面的研究工作也作以简要介绍。 1电化学发光体系及其应用 ECL体系按发光试剂的种类可以分为以下两类:(1)金属配合物电化学发光体系; (2)有机化合物的电化学发光体系。 1.1无机化合物的电化学发光体系 无机化合物电化学发光体系中,最典型的电化学发光试剂是钌联吡啶配合物Ru(bpy)32+,该试剂在水溶液和有机溶剂中发光效率高,溶解度好;可进行可逆单电子转移反应,在电化学发光基础理论和分析应用研究中占有重要地位。已报道ECL金属配合物有Ru, Os, Cr, Cd, Pd, Pt, Re, Ir, Mo,Tb, Eu, Cu, Al等的金属配合物[1],其中Ru, Os,Re的金属配合物具有良好的ECL性质。合成高发光效率可标记的ECL金属配合物是电化学发光免疫分析和核酸分析中一个重要的研究方向。Blackburn[12]等合成了可标记的Ru(bpy)32+类物质,建立了地高辛和促甲状腺激素(TSH)等物质的电化学发光免疫分析方法。研究金属配合物与共反应物的ECL反应,不仅可以提高检测金属配合物的灵敏度,而且可以建立测定共反应物的ECL方法,拓宽电化学发光分析的应用范围。董绍俊等人利用金属EDTA螯合物与Ru(bpy)32+产生ECL,建立了测定金属离子的电化学发光分析法[13]。Richter 利用冠醚对金属离子的识别以及与(2, 2′-bipyridine)2Ru-4-(N-aza-18-crown-6-methyl-2,2′-bipyridine)-TPA的电化学发光反应,建立了测定Pb2+, Hg2+, Cu2+和K+的电化学发光分析法[14]。Bard等人利用Na+冠醚对钌联吡啶电化学发光的增强作用,建立了检测Na+离子的电化学发光分析法[15]。Martin等人利用钌联吡啶与辅酶NADH以及酶反应的产物的电化学发光建立了测定葡萄糖、乙醇、二氧化碳、胆固醇和葡萄糖-6-磷酸脱氢酶的电化学发光分析法[16]。我们基于罗丹明B对亚硫酸根在铂电极上弱电化学发光的增敏作用,建立了测定亚硫酸氢钠的能量转移电化学发光新方法,并用于药物VK3和白糖中亚硫酸氢钠的测定[17]。电化学发光分析法已用于测定罂粟,含氨基的生物碱,海洛因,利格鲁卡因,蔗糖,果糖,甘露糖,甘油,柠檬酸,酒石酸,三甲胺,氨基酸,脯氨酸,4-羟基脯氨酸等物质。

15.5.26--双电层超级电容器资料

双电层电容器(ElectricalDoule-LayerCapacitor)又叫超级电容器，是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。双电层电容器用途广泛。用作起重装置的电力平衡电源，可提供超大电流的电力；用作车辆启动电源，启动效率和可靠性都比传统的蓄电池高，可以全部或部分替代传统的蓄电池；用作车辆的牵引能源可以生产电动汽车、替代传统的内燃机、改造现有的无轨电车；用在军事上可保证坦克车、装甲车等战车的顺利启动（尤其是在寒冷的冬季）、作为激光武器的脉冲能源。此外还可用于其他机电设备的储能能源。 原理折叠编辑本段 双电层电容器是建立在德国物理学家亥姆霍兹提出的界面双电层理论基础上的一种全新的电容器。众所周知，插入电解质溶液中的金属电极表面与液面两侧会出现符号相反的过剩电荷，从而使相间产生电位差。那么，如果在电解液中同时插入两个电极，并在其间施加一个小于电解质溶液分解电压的电压，这时电解液中的正、负离子在电场的作用下会迅速向两极运动，并分别在两上电极的表面形成紧密的电荷层，即双电层，它所形成的双电层和传统电容器中的电介质在电场作用下产生的极化电荷相似，从而产生电容效应，紧密的双电层近似于平板电容器，但是，由于紧密的电荷层间距比普通电容器电荷层间的距离更小得多，因而具有比普通电容器更大的容量。 双电层电容器与铝电解电容器相比内阻较大，因此，可在无负载电阻情况下直接充电，如果出现过电压充电的情况，双电层电容器将会开路而不致损坏器件，这一特点与铝电解电容器的过电压击穿不同。同时，双电层电容器与可充电电池相比，可进行不限流充电，且充电次数可达106次以上，因此双电层电容不但具有电容的特性，同时也具有电池特性，是一种介于电池和电容之间的新型特殊元器件 基本原理为：当向电极充电时，处于理想极化电极状态的电极表面电荷将吸引周围电解质溶液中的异性离子，使这些离子附于电极表面上形成双电荷层，构成双电层电容。由于两电荷层的距离非常小（一般0.5nm以下），再加之采用特殊电极结构，使电极表面积成万倍的增加，从而产生极大的电容量 工艺折叠编辑本段 超级电容器的工艺流程为：配料→混浆→制电极→裁片→组装→注液→活化→检测→包装。 超级电容器在结构上与电解电容器非常相似，它们的主要区别在于电极材料。早期的超级电容器的电极采用碳，碳电极材料的表面积很大，电容的大小取决于表面积和电极的距离，这种碳电极的大表面积再加上很小的电极距离，使超级电容器的容值可以非常大，大多数超级电容器可以做到法拉级，一般情况下容值范围可达1-5000F。

超级电容的结构和工作原理

超级电容的结构和工作原理 1、超级电容器的结构超级电容器结构上的具体细节依赖于对超级电容器的应用和使用。由于制造商或特定的应用需求，这些材料可能略有不同。所有超级电容器的共性是，他们都包含一个正极，一个负极，及这两个电极之间的隔膜，电解液填补由这两个电极和隔膜分离出来的两个的孔隙。超级电容器的结构如图1所示、是由高比表面积的多孔电极材料、集流体、多孔性电池隔膜及电解液组成。电极材料与集流体之间要紧密相连，以减小接触电阻；隔膜应满足具有尽可能高的离子电导和尽可能低的电子电导的条件，一般为纤维结构的电子绝缘材料，如聚丙烯膜。电解液的类型根据电极材料的性质进行选择。图1 超级电容器的基本结构上图中各部分为：（1）：聚四氟乙烯载体；（2）（4）：活性物质压在泡沫镍集电极上；（3）：聚丙烯电池隔膜。超级电容器的部件从产品到产品可以有所不同。这是由超级电容器包装的几何结构决定的。对于棱形或正方形封装产品部件的摆放，内部结构是基于对内部部件的设置，即内部集电极是从每个电极的堆叠中挤出。这些集电极焊盘将被焊接到终端，从而扩展电容器外的电流路径。对于圆形或圆柱形封装的产品，电极切割成卷轴方式配置。最后将电极箔焊接到终端，使外部的电容电流路径扩展。图 1、2超级电容器电极

2、超级电容器的工作原理由于储能机理的不同，人们将超级电容器分为：(1)基于高比表面积电极材料与溶液问界面双电层原理的双电层电容器；(2)基于电化学欠电位沉积或氧化还原法拉第过程的赝电容器。赝电容与双电层电容的形成机理不同，但并不相互排斥。大比表面积准电容电极的充放电过程会形成双电层电容，双电层电容电极(如多孔炭)的充放电过程往往伴随有赝电容氧化还原过程发生，实际的电化学电容通常是两者共存的宏观体现，要确认的只是何者占主要的问题。实践过程中，人们为了达到提高电容器的性能，降低成本的目的，经常将赝电容电极材料和双电层电容电极材料混合使用，制成所谓的混合电化学电容器。混合电化学电容器可分为两类，一类是电容器的一个电极采用赝电容电极材料，另一个电极采用双电层电容电极材料，制成不对称电容器，这样可以拓宽电容器的使用电压范围，提高能量密度；另一类是赝电容电极材料和双电层电容电极材料混合组成复合电极，制备对称电容器。（1）双电层电容器一对浸在电解质溶液中的固体电极在外加电场的作用下，在电极表面与电解质接触的界面电荷会重新分布、排列。作为补偿，带正电的正电极吸引电解液中的负离子，负极吸引电解液中的正离子，从而在电极表面形成紧密的双电层，由此产尘的电容称为双电层电容。双电层是由相距为原子尺寸的微小距离的两个相反电荷层构成，这两个相对的电荷层就像平板电容器的两个平板一样。Helmholtz首次提出此模型。如图2所示。能量是以电荷的形式存储在电极材料

法拉第准电容+双电层电容

法拉第电容（又称赝电容或准电容）和双电层电容是不一样的。 双电层超级电容器中的电极材料，通常为碳材料颗粒，不具有电化学活性。也就是说在双电层超级电容器充放电的过程中在电极材料上并没有发生化学反应，而是在电极和电解液之间发生单纯的物理电荷聚集。 赝电容超级电容器电极材料通常为过渡金属氧化物或氢氧化物，具有化学活性，赝电容超级电容器在充放电的过程中电极与电解液发生氧化还原反应，因此赝电容超级电容器能够在充放电的过程中直接储存电荷。 从本质上说，双电层电容仍属于静电电容，而赝电容是在电极表面或体相中的二维或准二维空间上，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸脱附或氧化还原反应。化学吸脱附机理一般过程为：电解液中的离子在外加电场的作用下由溶液中扩散到电极溶液界面，而后通过界面电化学反应而进入到电极表面活性氧化物的体相中。 由于电极材料采用的是具有较大比表面积的氧化物，这样就会有相当多的这样的电化学反应发生，大量的电荷就被存储在电极中。放电时这些进入氧化物中的离子又会重新返回到电解液中，同时所存储的电荷通过外电路而释放出来，这就是法拉第准电容的充放电机理。 在电极面积相同的情况下，法拉第准电容的比电容可以是双电层电容的10~100 倍，人们的研究焦点目前已主要集中在法拉第准电容上。 参考文献： R. Kotz and M. Carlen, Electrochimica Acta, 2000, 45:2483-2498 肖芳 . 复合金属氧化物材料的电化学电容行为. [D] , 新疆大学, 2005, 13-14. Conway B E, Pell W G. Solid State Electrochem , 2003, 7(9): 637-644. 朱修锋, 景晓燕, 张密林.[J]. 功能材料与器件学报, 2002, 8(3): 325-329，

电化学研究进展

综述题目：电化学研究进展 学院： 专业: 班级： 学号： 学生姓名： 2013年6月16日

目录 摘要 ............................................................................................................................................................ I I 关键词： ................................................................................................................................................ I I Abstract ......................................................................................................................................................... III Keywords:............................................................................................................................................ III 第一章前言 .. (1) 1.电化学机理 (1) 第二章电化学工艺 (2) 2. 电化学方法 (2) 2.1 电化学氧化法 (2) 2.2电还原法 (2) 2.3电凝聚法 (3) 2.4 电层析法 (3) 2.5 电气浮法 (3) 2.6 磁电解法 (3) 3.电化学工艺的优点 (4) 3.1 环境兼容性高 (4) 3.2 多功能性 (4) 3.3 能量高利用率 (4) 2.4 经济实用 (4) 4 结语 (4) 4.1前景 (5) 参考文献 (6)

超级电容器基础知识详解

超级电容器是20世纪60年代发展起来的一种新型储能器件，并于80年代逐渐走向市场。自从1957 年美国人Becker申报的第一项超级电容器专利以来，超级电容器的发展就不断推陈出新，直到1983 年，日本NEC公司率先将超级电容器推向商业化市场，使得超级电容器引起人们的广泛兴趣，研究开发热潮席卷全球，不但技术水平日新月异，而且应用范围也不断扩大。 一、超级电容器的原理 超级电容也称电化学电容，与传统静电电容器不同，主要表现在储存能量的多少上。作为能量的储存或输出装置，其储能的多少表现为电容量的大小。根据超级电容器储能的机理，其原理可分为： 1.在电极P 溶液界面通过电子和离子或偶极子的定向排列所产生的双电层电容器。 双电层理论由19 世纪末H elm h otz 等提出。关于双电层的代表理论和模型有好几种，其中以H elm h otz 模型最为简单且能够充分说明双电层电容器的工作原理。该模型认为金属表面上的静电荷将从溶液中吸收部分不规则的分配离子，使它们在电极P 溶液界面的溶液一侧，离电极一定距离排成一排，形成一个电荷数量与电极表面剩余电荷数量相等而符号相反的界面层。于是，在电极上和溶液中就形成了两个电荷层，这就是我们通常所讲的双电层。双电层有储存电能量的作用，电容器的容量可以利用以下公式来计算： 式中，E为电容器的储能大小；C为电容器的电容量；V 为电容器的工作电压。由此可见，双电层电容器的容量与电极电势和材料本身的属性有关。通常为了形成稳定的双电层，一般采用导电性能良好的极化电极。 2.在电极表面或体相中的二维与准二维空间，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸附、脱附或氧化还原反应，产生与电极充电电位有关的法拉第准电容器。 在电活性物质中，随着存在于法拉第电荷传递化学变化的电化学过程的进行，极化电极上发生欠电位沉积或发生氧化还原反应，充放电行为类似于电容器，而不同于二次电池，不同之处为： （1）极化电极上的电压与电量几乎呈线性关系； （2）当电压与时间成线性关系d V/d t=K时，电容器的充放电电流为一恒定值I=Cd V/d t=CK.此过程为动力学可逆过程，与二次电池不同但与静电类似。法拉第电容和双电层电容的区别在于：双电层电容在充电过程中需要消耗电解液，而法拉第电容在整个充放电过程中电解液的浓度保持相对稳定。

蛋白质电化学及其研究进展

蛋白质电化学及其研究进展 组成生命体的许多生物物质是荷电的微粒或分子，在生命活动过程中，无论是能量转换、神经传导、光合作用，还是大脑思维、基因传递，甚至生命的起源，都与电子传递密切相关。从某种意义上讲，研究生命过程实质就是研究生物体中的电子传递过程。例如，生物体的呼吸链就是一种典型的由氧化还原蛋白质和酶组成的电子传递体系。由此可见，生命现象的许多过程皆伴随着电子传递反应。 在生命体内，许多涉及氧化还原蛋白质的化学反应都发生在带电荷的生物膜上或其附近，因而其电子的传递必然会受到电场的作用和影响。这种作用和影响与电化学研究中的工作电极表面或其附近的情况十分相似。因此，采用电化学方法研究氧化还原蛋白质和酶等生物大分子的直接电子转移过程，是生物电化学和生物学领域一直非常关注的问题。 通过这些研究，首先，可方便地帮助获得蛋白质的内在热力学和动力学性质的重要信息；其次，获得电极物质与具有高催化活性和生物传感特性的蛋白质和酶等生物大分子间结合的动态信息，如在特定的电极表面蛋白质键合特征，电子传递对蛋白质在电极表面的取向的要求等，深入认识 蛋白质和酶等生物大分子在生命体内的生理作用和电子传递反应传递机制；再次，在实际应用中也为构筑新型第三代生物传感器和生物燃料电池等生物电子器件提供了重要基础。 由于蛋白质在电极表面易于吸附，可能造成构象变化和活性丧失，因此，目前主要采取以下一些研究途径构筑适宜的蛋白质－电极界面来实现氧化还原蛋白质与电极之间直接电子传递。 1．生物膜和生物模拟膜电极 构筑及蛋白质／酶直接电化学 在生命体内，类脂双分子层构成生物膜的基本结构单元。类脂具有典型的双亲结构，即疏水的碳氢长链和亲水的极性基团，蛋白质就吸附在生物膜表面或嵌入其内部。我们知道，生物体内很多电子传递蛋白都是膜蛋白，表明生物膜环境有利于蛋白质的电子传递。 早在1993年，美国Rusling 研究小组在基于模拟生物膜薄膜的蛋白质直接电化学方面取得了很大进展。他们把肌红蛋白包埋在双十二烷基二甲基溴化铵多双层表面活性剂薄膜中，其异相电子传递速率比在水溶液中提高了1000倍， 这是首次将蛋白质的直接电子传递与模拟生物膜相结合。显然，模拟生物膜能为某些蛋白质提供比其在水溶液中更为有利的微环境，更有利于深埋在多肤链内部的电活性基团接近电极表面，大大促进了它们与电极之间的电子交换，并可保持蛋白质或酶的生物活性。 从某种意义上讲，蛋白质在模拟生物膜微环境中的电化学行为，很可能更接近于其在生命体内的电子转移过程。因此，氧化还原蛋白质在模拟生物膜电极上的直接电化学研究，对于认识生命体内的电子转移机制和酶的催化机理以及某些重要生命物质在生命体内的代谢过程有重要意义，同时该研究也能为生物传感器的研制提供一条新思路。 为了提高生物膜修饰电极在水溶液中的稳定性，研究人员提出了多双层复合薄膜方法。多双 生物燃料电池示意图 利用碳纳米管独特的一维纳米管状结构、良好的导电性和大比表面积等特性，进一步发展合成碳纳米管－蛋白质／酶组装体系，将为构建理想的新型生物传感器、生物燃料电池等纳米生物电子器件提供重要基础。 上海师范大学贾能勤 今日启明星 世界科学2009.2 26

超级电容器的原理

超级电容器的原理 2008年01月29日天外来客6,084 views 超级电容器是一种电容量可达数千法拉的极大容量电容器。以美国库柏Cooper 公司的超级电容为例，根据电容器的原理，电容量取决于电极间距离和电极表面积，为了得到如此大的电容量，要尽可能缩小超级电容器电极间距离、增加电极表面积，为此，采用双电层原理和活性炭多孔化电极。 超级电容器双电层介质在电容器的二个电极上施加电压时，在靠近电极的电介质界面上产生与电极所携带的电荷极性相反的电荷并被束缚在介质界面上，形成事实上的电容器的二个电极。很明显，二个电极的距离非常小，只有几nm．同时活性炭多孔化电极可以获得极大的电极表面积，可以达到200 m2/g。因而这 种结构的超级电容器具有极大的电容量并可以存储很大的静电能量。就储能而言，超级电容器的这一特性介于传统电容器与电池之间。当二个电极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上的电荷不会脱离电解液，超级电容器处在正常工作状态(通常在3 V以下)，如果电容器二端电压超过电解液的氧化还原电极电位，那么，电解液将分解，处于非正常状态。随着超级电容器的放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液界面上的电荷响应减少。由此可以看出超级电容器的充放电过程始终是物理过程，没有化学反应，因此性能是稳定的，与利用化学反应的蓄电池不同。

品牌合众汇能HCC 型号HCAPC-HE 2R7 508 类别直插结构固定 封装外 圆柱形 形 HCC 2.7V5000F具有超高能量密度，在能量密度上有了质的飞跃，达到10.8wh/l 和9.7wh/kg，是常规产品能量密度的两倍以上，为全球法拉电容的产品中最高值，且具有最优越的性价比。 产品应用领域： 1.太阳能灯的主电源 2.大型设备的后备电源 3.风力发电的中间存储电源 4.替代电池作为主能源 产品技术参数：

超级电容器的五个问题

超级电容器 1、么是超什级电容器，超级电容器的类型。 超级电容器就是在电极和电解液两种不同的介质中形成双电层（静电学过程）以达到储存电量的目的。 超级电容器分为双电层电容器，法拉第赝电容和混合电容器。 法拉第赝电容即为电极有法拉第模式的双电层电容器，法拉第模式为在电荷在电极材料中传输中导致电极材料的化学态或氧化状态改变，这种情况下会出现等效电容达到间接储能的效果，与电池的储能相似。 混合电容器即为电容器的两个电极一个为双电层电容器电极一个为赝电容电极。 双电层电容器的电极材料主要为高比表面积的碳类材料，赝电容的电极材料主要为过渡金属氧化物和导电聚合物。 2、电容器与电池能量贮存的不同 电池的能量贮存是间接的，把电能转换为化学能，电极材料感应电流氧化并使电化学活性反应物减少，由此产生电荷在两个电极形成电势差。电容器的能量贮存为直接的，是利用静电学将正负电荷分布在电容器的两个电极上，是一种没有感应电流的过程。 由于储能过程的方式不同，电容器和电池的循环可逆性不同。电池在充电过程中电极发生了化学互换，包含了电极反应物的不可逆互换致使电池的循环寿命减少。电容器储能过程中仅为电荷在电极上的传递转移没有发生化学变化所以循环寿命长。 3、电容器和电池贮存电荷的密度差异 根据举例计算电容器电极板上的一个原子具有的电子为0.18个，相比较而言，电池电极有氧化还原反应，其中每个电活化原子或分子一般有一个到两个价电子电荷，这样对于每个原子的有效面积，电容器用到10％，电池用到20％。 总体上讲电容器的能量密度大大低于电池的能量密度，理想状态下计算电容器的能量密度只有电池的20％。 电容器基于不含水的电解质下能得到高得多的能量密度在含水的电解质中放电时每个电极电压只能降到初始的一半。 4、电容器的特性与优点 1、自由能随着材料的变化程度或电荷保持时限连续变化。 2、电位与充电状态通过lg[X/(1-X)]因于热力学相关，对于赝电容是连续方式，对于双层电容 器是直接为Q。 3、具有电容特性、 4、一般具有高度的可逆性。 5、相应响应于电位的线性调制给出了大致恒定的充电电流曲线，但与材料也有一定关系。 6、常电流放电时给出了电位随时间的衰变，这是电容器的特性。 7、具有较高的功率密度，但是能量密度低。 8、具有较突出的循环能力。 9、具有很小（或没有）活性极化，单电容量可能随温度变化。 10、充电指示与工作状态一致，可与电池一起使用。 11、

【转载】超级电容器及应用

【转载】超级电容器及应用 超级电容器超级电容器又叫双电层电容器是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。超级电容器用途广泛超级电容器（supercapacitor,ultracapacitor）， 又叫双电层电容器(Electrical Doule-Layer Capacitor)、电化学电容器(Electrochemcial Capacitor, EC), 黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多 孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，实际上形成两个容性存储层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近。 超级电容器是建立在德国物理学家亥姆霍兹提出的界 面双电层理论基础上的一种全新的电容器。众所周知，插入电解质溶液中的金属电极表面与液面两侧会出现符号相反 的过剩电荷，从而使相间产生电位差。那么，如果在电解液中同时插入两个电极，并在其间施加一个小于电解质溶液分解电压的电压，这时电解液中的正、负离子在电场的作用下会迅速向两极运动，并分别在两上电极的表面形成紧密的电

荷层，即双电层，它所形成的双电层和传统电容器中的电介质在电场作用下产生的极化电荷相似，从而产生电容效应，紧密的双电层近似于平板电容器，但是，由于紧密的电荷层间距比普通电容器电荷层间的距离更小得多，因而具有比普通电容器更大的容量。 双电层电容器与铝电解电容器相比内阻较大，因此，可在无负载电阻情况下直接充电，如果出现过电压充电的情况，双电层电容器将会开路而不致损坏器件，这一特点与铝电解电容器的过电压击穿不同。同时，双电层电容器与可充电电池相比，可进行不限流充电，且充电次数可达10^6次以上，因此双电层电容不但具有电容的特性，同时也具有电池特性，是一种介于电池和电容之间的新型特殊元器件。 超级电容器储能系统由于石油资源日趋短缺，并且燃烧石油的内燃机尾气排放对环境的污染越来越严重（尤其是在大、中城市），人们都在研究替代内燃机的新型能源 装置。已经进行混合动力、燃料电池、化学电池产品及应用的研究与开发，取得了一定的成效。但是由于它们固有的使用寿命短、温度特性差、化学电池污染环境、系统复杂、造价高昂等致命弱点，一直没有很好的解决办法。而超级电容器以其优异的特性扬长避短，可以部分或全部替代传统的化学电池用于车辆的牵引电源和启动能源，并且具有比传统的化学电池更加广泛的用途。正因为如此，世界各国（特别是