新型炭材料在超级电容器与铅炭电池中的应用研究进展

新型炭材料在超级电容器与铅炭电池中的应用研究进展
新型炭材料在超级电容器与铅炭电池中的应用研究进展

新型炭材料在超级电容器与铅炭电池中的应用研究进展

作者:王峰, 廉嘉丽, 王康丽, 程时杰, 蒋凯, WANG Feng, LIAN Jiali, WANG Kangli, CHENG Shijie , JIANG Kai

作者单位:王峰,廉嘉丽,蒋凯,WANG Feng,LIAN Jiali,JIANG Kai(强电磁工程与新技术国家重点实验室,华中科技大学电气与电子工程学院,湖北武汉430074;材料成型与模具技术国家重点实验室,华中科技大学材料科学与

工程学院,湖北武汉430074), 王康丽,程时杰,WANG Kangli,CHENG Shijie(强电磁工程与新技术国家重点

实验室,华中科技大学电气与电子工程学院,湖北武汉430074)

刊名:

储能科学与技术

英文刊名:Energy Storage Science and Technology

年,卷(期):2014,3(6)

引用本文格式:王峰.廉嘉丽.王康丽.程时杰.蒋凯.WANG Feng.LIAN Jiali.WANG Kangli.CHENG Shijie.JIANG Kai新型炭材料在超级电容器与铅炭电池中的应用研究进展[期刊论文]-储能科学与技术 2014(6)

铅酸蓄电池内阻模型

铅酸蓄电池内阻模型 铅酸蓄电池的内阻受到制造工艺、材料以及结构等许多因素的影响,导致内阻模型复杂。由于铅酸蓄电池具有化学特性,因此其内阻不能简单的理解成为单纯的电阻。每个电池内阻模型的建立都是基于很多数学和化学的假设。 我们知道,铅酸蓄电池内部电极主要是由铅板及其氧化物组成,电解液是硫酸。由此可见,铅酸蓄电池的内阻就分为欧姆内阻和极化内阻。极化内阻就是铅酸蓄电池内部电极在进行电化学反应时产生的电阻。由于铅酸蓄电池的电极是多孔状的,并且是由多个电极并联起来的。因此铅酸蓄电池的欧姆内阻不但包括电极电阻,电解液电阻,还包括电离子穿过隔膜微孔时所受到的阻力,正负极与隔离层的接触电阻,连接条和极柱等全部零部件的电阻。极化电阻包括电化学电阻和浓差极化电阻。电化学极化电阻是由电极附近液层中参与反应或生成离子的浓度变化而引起,发生电化学反应时,反应离子的浓度总是在变化,因而它的数量也会随之变化,测量方法的不同、测量时间的不同,其测量的结果都是不同的。浓差极化电阻是由反应离子进行电化学反应引起,其在充放电过程中电阻是变化的。研究表明,随着蓄电池充电过程的进行,内阻逐步减小,随着放电过程的进行,内阻逐步增多。 经典的铅酸蓄电池内阻阻等效模型是经过对其电化学阻抗分析得到的,如下图1所示: 图1铅酸蓄电池内阻等效模型 图1所示电路中,L1为电极产生的电感,其值得范围为0.05到0.2mh,一般情况下电感在高频时影响较大,由于我们目前使用的电池设备中,频率的范围较低,故电感的影响可以忽略不计。R1是电解液中电子转移时遇到的阻力形成的电阻,此电阻值受到电解液与电极板表面的化学反应程度影响。R2是分析阻抗,用来表示反应物的扩散特性,是一个低频物件。C1是电解液中的平板导体间形成的电容,其典型值为100AH/1.3-1.7F。R3是金属电阻(包括汇流排、极柱、

炭材料知识 3

碳材料知识 前言: 碳,一种神奇的元素,它是地球上一切有机体生物的骨架元素,在人体元素成分中含量为18%,占人体比重的16.3%,位置第二大元素。氧占人体元素成分的65%,鲜重第一,若按干重计算,则碳元素占54%,排第一,是构成人体最重要的元素,所以说碳是生命之源。同样炭也是世界上唯一将对立与统一集于一体的材料,它既是最硬又是最软的材料,既是绝缘体又是导电体,既是隔热材料又是导热材料,既是全吸光材料又是全透光材料,它千变万化,独树一帜。神秘莫测的炭,成为科学家永不放弃研究的课题。 碳材料结构 碳材料原子都是C,但因工艺改变使原子排序发生变化,形成万别千差的分子结构,因此它既是零维结构材料又是多维结构材料,既是晶体结构又是非晶体结构。炭的神奇之处主要体现在可以借助不同的杂化方式(sp、sp2、sp3),形成不同的物理和化学性质的晶体结构,即“同素异形体”。比如石墨、金刚石都属于晶体结构,但石墨原子结构为六方排列,金刚石却为立方结构,因化学成键方式不同具有截然相反的特性。 C60是富勒烯的代表,属于零维结构炭材料,有很好的稳定性,抗辐射和化学腐蚀,耐压程度比金刚石还高。碳纳米管属于一维材料,石墨烯属于二维材料,石墨和金刚石属于三维材料。炭材料结构既具有金属材料的机械性能、导电性、传热性、高强度,又具有无机和有机材料的轻、柔、吸、滑、耐腐蚀、防辐射、解毒、食用等神奇功效。

一、碳材料的发展史 人类起源----------木炭为热能的来源 人类文明时代--------用炭作墨汁、染料、防腐、防病 铜器时代----------用炭还原铜 十八世纪初---------用焦炭炼钢 1895年-----------用炭做电极、电刷 1945年-----------活性炭用于环保 1985年-----------生产等静压石墨 1986年-----------生产热解石墨、热解炭 1988年-----------研究炭纤维、柔性石墨 1990年-----------发现C60富勒烯 1991年-----------发现碳纳米管 2004年-----------发现石墨烯 二、碳材料的种类 3.1传统碳材料有:木炭、竹炭、活性炭、炭黑、焦炭、天然石墨、石墨电极、石墨电刷、炭棒、铅笔等。 3.2新型炭材料料:等静压石墨、金钢石、炭纤维、石墨层间化合物、柔性石墨、核石墨、多孔炭、玻璃炭、储能用炭材料等。 3.3纳米炭材料有:富勒烯、炭纳米管、纳米金刚石、碳气凝胶、石墨烯。 三、碳材料的应用 4.1机械领域:轴承、密封元件、制动元件等; 4.2电子工业:半导体、光纤、电极、电波屏蔽、电子元件等; 4.3电器工业:电刷、电触点、集电体、真空发热体等;

蓄电池仿真研究

蓄电池仿真研究 一背景 铅酸蓄电池是电力系统中一种常用的器件 ,在以前的仿真中,我们是把它一个电压源替代 ,但是实 际上,电压源是无法准确描述蓄电池的各种工作特性的 ,尤其对于类似于 UPS 系统开发中,准确 描述蓄电池特性是很重要的,例如放电工作时的端电压变化趋势对于检测电路正常工作,充电 时的注入电流变化过程决定充电器的负载特性,等等。本文的主要目的是介绍运用仿真工具分 析蓄电池特性,以及蓄电池仿真模型中各种参数的理解和设置方法。 二蓄电池的基本特性 铅酸蓄电池作为一个电化学设备,完整描述其性能是极其复杂的,描述其内部过程是化学领域 的任务,我们这里关心的是它在电路中表现出来的外部性能,主要有以下一些。 2.1放电性能 当蓄电池给电路供电的时候,处于放电状态,它具有以下一些基本特性。 2.1.1容量限制 蓄电池是通过活物质反应产生电荷,当它放电时 ,这些活物质被消耗, 在消耗到一定度以前, 蓄电池端电压会维持在某个电平附近 (有轻微下降) 当超过这个限度,电压会急剧下降。一般我们用电池以某个恒定电流放电的电压 -时间曲线来表示, 如图2- 1。 通常,我们用一个电压和时间的曲线 表示这种放电特性,电压急剧下降的 转折点称为"拐点(knee point ) ”,表 示这个时候活物质已经接近消耗殆 尽,此时的对应电压称为放电终止电 压,在应用中应该设置保护电路防止 电池过放电,对应的时间则称为在该 放电电流下的放电时间。 图2-1 2.1.2放电电流的影响 通常电池的容量用安时(A.h )来表示,字面含义可以理解为指放电时间和放电电流的乘积,但是 实际上,电池的容量是会随着放电电流而变化的,而且,电池的端电压的也是随着放电电流大小而 变化的。不同放电电流时的端电压 --时间关系可以用图 2-2表示。 Discharge Voltage Characteristics (V): t(s)

铅炭电池活性炭材料介绍

SPC-03RS昔炭电池活性炭材料介绍 陈家棋 xscarbon@https://www.360docs.net/doc/a86239517.html, 铅碳超级电池是一种将非对称型超级电容电极或材料和铅电极或材料并联组装在一个电池槽中构成的能量储存与转换装置,它不需要额外的电子控制,降低了系统成本。铅碳超级电池经过很多科研人员的努力,历经了换代性的研究。第一代为电池负极和电容负极两块负极板并联在电池内;第二代为将一块负极分为两部分,一半为电池板,一半为电容板,称内并负极;第三代为内层为原有电池极板,表面渗析一层炭做电容极,称内混负极。 福建省** 炭业股份是一家从事活性炭研究、生产有近40 年历史的国家级高新技术企业,专们从事高端活性炭材料的开发,拥有省级技术研发中心,研发实力较强,鑫森炭业与日本三菱化学、华南大学合作开发超级电容活性炭近十年,在国内技术领先,目前已建成1000 吨铅炭电池炭材料生产线,具有完整的配套设施,贵司在铅炭电池技术研究领先,希望鑫森超级电容炭材料能为贵司铅碳电池项目产业化做配套, 目前鑫森与**电源、**电池、** 股份等厂家有合作。

第三代铅炭电池专用炭SPC-03RS!容活性炭规格: 优点:容量大、导电性好、析氢少、寿命长、价格低 ) 指标单位SPC-03RS 分析方法 1500-1700 Tristar II 3020 比表面积 m2/g 0.6-0.8 Tristar II 3020 细孔容积 ml/g V 0.5 GBT-12496.3 灰份 % V 50 ASTM 金属杂质Fe ppm 电导率S/mm 0.3-0.35 四探针法 0.30-0.40 参照GB5126-2006 振实密度 g/mL 目数D50 um 5.0-6.0 欧美克激光分析仪质量比电容F/g > 140模拟电容法

超级电容器在电动车上的应用

中心议题: 超级电容器基本原理 与传统电容器、电池的区别 解决方案: 超级电容器在刹车时再生能量回收 在启动和爬坡时快速提供大功率电流 现在,城市污染气体的排放中,汽车已占了70%以上,世界各国都在寻找汽车代用燃料。由于石油短缺日益严重人们都渐渐认识到开发新型汽车的重要性,即在使用石油和其它能源的同时尽量降低废气的排放。 超级电容器功率密度大,充放电时间短,大电流充放电特性好,寿命长,低温特性优于蓄电池,这些优异的性能使它在电动车上有很好的应用前景。 在城市市区运行的公交车,其运行线路在20公里以内,以超级电容为唯一能源的电动汽车,一次充电续驶里程可达20公里以上,在城市公交车将会有广阔的应用前景。 电动汽车属于新能源汽车,包括纯电动汽车,BEV)、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车(FuelCellElectricVehicle,FCEV)三种类型。它集光、机、电、化各学科领域中的最新技术于一体,是汽车、电力拖动、功率电子、智能控制、化学电源、计算机、新能源和新材料等工程技术中最新成果的集成产物。电动汽车与传统汽车在外形上没有什么区别,它们之间的主要区别在于动力驱动系统。 电动汽车采用蓄电池组作储能动力源,给电机驱动系统提供电能,驱动电动机,推动车轮前进。虽然电动汽车的爬坡度、时速不及传统汽车,但在行驶过程中不排放污染,热辐射低,噪音小,不消耗汽油,结构简单,使用维修方便,是一种新型交通工具,被誉为“明日之星”,受到世界各国的青睐。 超级电容器简介 超级电容器又称为电化学电容器,是20世纪年代末出现的一种新产品,电容量高达法拉级。以使用的电极材料来看,目前主要有3种类型:高比表面积碳材料超级电容器、金属氧化物超级电容器、导电聚合物超级电容器。 1基本原理 根据电化学电容器储存电能的机理的不同,可以将它分为双电层电容器,EDLC)和赝电容器(Pesudocapaeitor)。碳基材料超级电容器能量储存的机理主要是靠碳表面附近形成

碳材料介绍

碳材料介绍 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】

新型碳材料的发展及简介 摘要:碳是世界上含量十分丰富的一种元素。碳材料在人类发展史上起着主导的作用,其应用最为出众的一次是在第二次工业革命。现代科技的发展使得人类又获得了几种新型的碳材料--碳纳米管、碳纤维、C60、碳素系功能材料等。 关键词:碳材料碳纳米管碳纤维 一、前言 碳是世界上含量及广的一种元素。它具有多样的电子轨道特性(SP、SP2、SP3杂化),再加之SP2的异向性而导致晶体的各向异性和其排列的各向异性,因此以碳元素为唯一构成元素的的碳材料,具有各式各样的性质。在历史的发展中传统的碳材料包括:木炭、竹炭、活性炭、炭黑、焦炭、天然石墨、石墨电极、炭刷、炭棒、铅笔等。而随着社会的发展人们不断地对碳元素的研究又发明了许多新型炭材料:金刚石、碳纤维、石墨层间化合物、柔性石墨、核石墨、储能型碳材料、玻璃碳等。其中新型纳米碳材料有:富勒烯、碳纳米管、纳米金刚石、石墨烯等。 没有任何元素能像碳这样作为单一元素可形成如此多类结构和性质不同的物质,可以说碳材料几乎包括了地球上所有物质所具有的性质,如最硬--最软、绝缘体--半导体--超导体、绝热-良导热、吸光--全透光等。随着时代的变迁和科学的进步,人们不断地发现和利用碳,可以这么说人们对碳元素的开发具有无限的可能性。 自1989年着名的科学杂志《Science》设置每年的“明星分子”以来,碳的两种同素异构体“金刚石”和“C ”相继于1990年和1991年 60 的三位科学家,连续两年获此殊荣,1996年诺贝尔化学奖又授予发现C 60 这些事充分反映了碳元素科学的飞速发展。但是由于碳元素和碳材料具

燃料电池汽车的动力传动系统设计

燃料电池汽车的动力传动系统设计 1引言 燃料电池汽车是电动汽车的一种。 燃料电池发出的电,经逆变器、控制器等装置,给电动 机供电,再经传动系统、驱动桥等带动车轮转动 ,就可使车辆在路上行驶,燃料电池的能量转 换效率比内燃机要高 2-3倍。燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物 ,因此燃料电池车 辆是无污染汽车。随着对汽车燃油经济性和环保的要求 ,汽车动力系统将从现在以汽油等化 石燃料为主慢慢过渡到混合动力 ,最终将完全由清洁的燃料电池车替代。 近几年来,燃料电池系统和燃料电池汽车技术已经取得了重大的进展。世界著名汽车制 造厂,如丰田、本田、通用、戴姆勒-克莱斯勒、日产和福特汽车公司已经开发了几代燃料电 池汽车,并宣布了各种将燃料电池汽车投向市场的战略目标。 目前,燃料电池轿车的样车正在 进行试验,以燃料电池为动力的运输大客车在北美的几个城市中正在进行示范项目。其中本 田的FCX Clarity 最高时速达到了 160 km/h[8];丰田燃料电池汽车 FCHV-adv 已经累计运行 了 360,000 km 的路试,能够在零下37度启动,一次加氢能够从大阪行驶到东京 (560公 里)。 在我国科技部的支持下,燃料电池汽车技术得到了迅速发展。 2007年,我国第四代燃料电池 轿车研制成功,该车最高时速达150 km/h,最大续驶里程319 km 。2008年,20燃料电池示范 汽车又 在北京奥运进行了示范运行。 2010年,包括上汽、奇瑞等国内汽车企业共有 196辆燃 料电池汽车在上海世博园区进行示范运行。 燃油绘济性 排放环保 l ;uel economic exhaust eih ironmen(al protection Internal combustion engine Shori peicxl Mid peitxl Long pei

铅炭电池活性炭材料介绍

SPC-03RS铅炭电池活性炭材料介绍 陈家棋 xscarbon@https://www.360docs.net/doc/a86239517.html, 铅碳超级电池是一种将非对称型超级电容电极或材料和铅电极或材料并联组装在一个电池槽中构成的能量储存与转换装置,它不需要额外的电子控制,降低了系统成本。铅碳超级电池经过很多科研人员的努力,历经了换代性的研究。第一代为电池负极和电容负极两块负极板并联在电池内;第二代为将一块负极分为两部分,一半为电池板,一半为电容板,称内并负极;第三代为内层为原有电池极板,表面渗析一层炭做电容极,称内混负极。 福建省**炭业股份是一家从事活性炭研究、生产有近40年历史的国家级高新技术企业,专们从事高端活性炭材料的开发,拥有省级技术研发中心,研发实力较强,鑫森炭业与日本三菱化学、华南大学合作开发超级电容活性炭近十年,在国内技术领先,目前已建成1000吨铅炭电池炭材料生产线,具有完整的配套设施,贵司在铅炭电池技术研究领先,希望鑫森超级电容炭材料能为贵司铅碳电池项目产业化做配套,目前鑫森与**电源、**电池、**股份等厂家有合作。

第三代铅炭电池专用炭SPC-03RS电容活性炭规格: (优点:容量大、导电性好、析氢少、寿命长、价格低) 指标单位SPC-03RS 分析方法 比表面积m2/g1500-1700 Tristar II 3020 细孔容积ml/g 0.6-0.8 Tristar II 3020 灰份% <0.5 GBT-12496.3 金属杂质Fe ppm <50 ASTM 电导率S/mm 0.3-0.35 四探针法 振实密度g/mL 0.30-0.40 参照GB5126-2006 目数D50 um 5.0-6.0 欧美克激光分析仪 模拟电容法 质量比电容F/g >140

超级电容器前景及应用

超级电容器发展现状及发展前景分析 超级电容器研究国世界分布图 超级电容器在新能源领域并不是一个陌生的名词。实际上,超级电容器已在该领域历经了几十年的坎坷,虽然它的应用形式同电池不同,但在实际应用上却总被电池取代,此外还面临成本高、技术难度大的劣势。然而,超级电容器在技术上一旦取得突破,将可对新能源产业的发展产生极大的推动力。因此,尽管研发过程困难重重,但攻克它的意义却很重大。 超级电容器的尴尬现状 超级电容器从诞生到现在,已经历了三十多年的发展历程。目前,微型超级电容器在小型机械设备上得到广泛应用,例如电脑内存系统、照相机、音频设备和间歇性用电的辅助设施。而大尺寸的柱状超级电容器则多被用于汽车领域和自然能源采集上,并可预见在该两大领域的未来市场上,超级电容器有着巨大的发展潜力。

超级电容器“全家福” 使用寿命久、环境适应力强、高充放电效率、高能量密度,这是超级电容器的四大显 著特点,这也使它成为当今世界最值得研究的课题之一。目前,超级电容器的主要研究国 为中、日、韩、法、德、加、美。从制造规模和技术水平来看,亚洲暂时领先。 然而,超级电容器的研发工作一直笼罩在电池(主要为镍氢电池、锂电池)的阴影之下。镍氢电池和锂电池的开发因为可以获得来自政府和大投资商的巨额资金支持,技术交流获 得极大推动,也更容易聚焦全世界的目光。相比之下,超级电容器却很难得到雄厚的资金 支持,技术的进步和发展也就受到很大程度地制约。另外,超级电容器成本高、能量密度 低的现状也与锂电池形成鲜明对比,这使它在很多领域备受冷落。 先驱EEStor公司勇于挑战却惨遭败北 尽管超级电容器已发展多年,但实际生产厂家的数量却少得可怜。一部分厂商面对超 级电容器技术上发育不完全的现状,不敢轻易投资,采取观望策略,期待市场能出现一个 涉足此领域并获得成功的例子。另外一部分厂商则坚信,只要超级电容器的生产成本实现 大幅下降,仅以当前它的快速充放电特性,就可实现快速普及。美国超级电容器生产商EEStor就属于后者。 上世纪90年代,美国超级电容器生产商EEStor为改变超级电容器的市场现状,曾用 好几年的时间将大量财力物力投向如何提高超级电容能量密度的研发上,期望能通过自身

浅谈铅酸蓄电池容量 及其 测试方法

铅酸蓄电池剩余容量测试方法 1、容量的定义 铅酸蓄电池的容量即电池的放电能力,指的是当电池在一定的条件下进行放电,外界可以从电池中获取的容量,人们一般用安时数来表示,即AH,符号是C。 2、铅酸蓄电池容量的分类 铅酸蓄电池的容量分为额定容量、理论容量、实际容量。 1)额定容量 额定容量指的是在铅酸蓄电池设计和生产的时候,厂家规定在一定放 电条件下,电池能放出的最低限度的电量。 2)理论容量 理论容量指的是按照理论计算,参照化学反应方程式以及电解液中每 种化学物质的含量,假设电池中的所有化学物质在电池放电时全部参 加化学反应,所有化学物质消耗完所计算得到的容量。 3)实际容量 实际容量指的是在实际的电池放电中,电池放电放到规定条件时所释 放的电量。实际容量达不到理论容量,与铅酸蓄电池使用的次数多少、 使用时间的长短有关。电池使用越多,时间越久,实际容量就会越少。 一般铅酸蓄电池放出1A的电量,其正极的二氧化铅就会被消耗掉 4.463g左右,负极的海绵状铅就会被消耗掉3.866g左右,电解液中的 硫酸就会被消耗掉3.660g左右。 3、放电率和放电终止电压 在讲电池容量的时候,首先,有必要来了解一下与铅酸蓄电池有关的两个重要参数。即放电率和放电终止电压。 1)放电率 放电率指的是铅酸蓄电池在一定条件下放电电流的大小,有电流率和时间率之分。电流率指的是对额定容量不同的铅酸蓄电池间的放 电电流的比较,一般用10小时率来作为电流率的标准,表示符号为I10。 时间率指的是铅酸蓄电池在一定的放电条件下,电池放电放到电池的 终止电压时止的时间长短。 2)放电终止电压

放电终止电压指的是铅酸蓄电池在一定的温度下(例如25℃),用 一定的放电率对电池进行放电,放电放到电池还可以再反复充电使用时的最低电压,这个最低电压就称为放电终止电压。 因此,一般铅酸蓄电池的额定容量是这样规定的,在温度为25度的环境下,以放电率为10小时率的电流对电池进行放电,放大终止电压时电池所能释放出的电量,即为电池的额定容量。电池10小时放电率下的额定容量用C 10来表示。10小时率的放电电流的大小如下式: I 10= 1010C =0.1 C 10 4、影响铅酸蓄电池容量的因素 1) 生产工艺因素 这里包括电池铅板与电解液接触的面积、极板的中心距离、参与化学反应的物质的孔率、电解液的量、铅板的厚度等。 2) 电池使用过程中的因素 包括电池放电时的放电终止电压、电池工作环境(温度、湿度)、放电电流大小、电解液的密度、电池使用的时间、电池使用过程中的保养等。 5、铅酸蓄电池剩余容量测试方法 1) 传统测试方法 传统的容量测试方法是将电池接上一个负载进行放电,按照某一 个恒定的放电率,放到终止电压后,停止放电,计算放电时间和放电电流的乘积,就得到电池的容量。这种方法虽然可以比较精确的得到铅酸蓄电池的保有容量,但是这种方法在测量过程中时间长,人工成本高,消耗的电池能量高,对在线的电池组有一定的风险,同时由于要对电池经常性的放电,这样就加速了电池的老化,缩短了电池的使用寿命,因此在很多场合不适用。 例如,电池用10A 的电流放电,放电时间为10H ,则此电池的容 量为10*10=100AH 。 对于一个200AH/12V 的蓄电池,如果采用20小时放电率进行放电, 则放电电流为10A (0.05C ),放电到终止电压10.5V ,电池可以连续放电20小时。 2) 安培时间积分法

碳材料介绍

新型碳材料的发展及简介 摘要:碳是世界上含量十分丰富的一种元素。碳材料在人类发展史上起着主导的作用,其应用最为出众的一次是在第二次工业革命。现代科技的发展使得人类又获得了几种新型的碳材料--碳纳米管、碳纤维、C60、碳素系功能材料等。 关键词:碳材料碳纳米管碳纤维 一、前言 碳是世界上含量及广的一种元素。它具有多样的电子轨道特性(SP、SP2、SP3杂化),再加之SP2的异向性而导致晶体的各向异性和其排列的各向异性,因此以碳元素为唯一构成元素的的碳材料,具有各式各样的性质。在历史的发展中传统的碳材料包括:木炭、竹炭、活性炭、炭黑、焦炭、天然石墨、石墨电极、炭刷、炭棒、铅笔等。而随着社会的发展人们不断地对碳元素的研究又发明了许多新型炭材料:金刚石、碳纤维、石墨层间化合物、柔性石墨、核石墨、储能型碳材料、玻璃碳等。其中新型纳米碳材料有:富勒烯、碳纳米管、纳米金刚石、石墨烯等。 没有任何元素能像碳这样作为单一元素可形成如此多类结构和性质不同的物质,可以说碳材料几乎包括了地球上所有物质所具有的性质,如最硬--最软、绝缘体--半导体--超导体、绝热-良导热、吸光--全透光等。随着时代的变迁和科学的进步,人们不断地发现和利用碳,可以这么说人们对碳元素的开发具有无限的可能性。 自1989年著名的科学杂志《Science》设置每年的“明星分子”以来,碳 ”相继于1990年和1991年连续两年获此的两种同素异构体“金刚石”和“C 60 殊荣,1996年诺贝尔化学奖又授予发现C 的三位科学家,这些事充分反映了 60 碳元素科学的飞速发展。但是由于碳元素和碳材料具有形式和性质的多样性,从而决定了碳元素和碳材料人有许多不为人们知晓的未开发部分。 二、国内外新型碳材料的发展趋势

燃料电池的建模仿真

燃料电池的建模仿真 虚拟样机是燃料电池的开发研制中不可或缺的重要工具 燃料电池的发展创新将如百年前内燃机技术突破取代人力造成工业革命,也像电脑的发明普及取代人力的运算绘图及文书处理的电脑革命,又如网络通讯的发展改变了人们生活习惯的信息革命。燃料电池的高效率、无污染、建设周期短、易维护以及低成本的潜能将引爆21世纪新能源与环保的绿色革命。 图1 可拆分燃料电池的模型,可以作为手机电池实现多次充电。 如今,在北美、日本和欧洲,燃料电池发电正以急起直追的势头快步进入工业化规模应用的阶段,将成为21世纪继火电、水电、核电后的第四代发电方式。燃料电池技术在国外的迅猛发展必须引起我们的足够重视,现在它已是能源、电力行业不得不正视的课题。 燃料电池具有很多电子产品的优越性能,其中最突出的是高效率和高能量密度。燃料电池可以将氢、天然气、碳氢化合物中的化学能高效的转化为电能,非常适用于汽车以及固定使用的小规模耗能产品。燃料电池又因为具有很高的能量密度,使得他比普通电池更适于可携带设备。 在大部分汽车发动机中,汽油将燃烧产生的热能转化为机械能,转化效率受到卡诺循环的限制,普通的汽车的转化效率只有20%左右。燃料驱动的车辆,燃料中的化学能首先转化为电能,然后通过电动机将电能转化为机械能。这个过程不可避免的要受到卡诺循环的限制,导致内燃机引擎效率只有20%左右。而燃料电池理论上转化效率可高达90%左右,要远远高于内燃机引擎的效率。在实际应用中,这个效率能达到50%。这意味着使用同样的燃料,燃料电池汽车行驶的距离将是普通汽车的两倍。二氧化碳的排放量也更低,燃料电池低的运转温度几乎可以消除氮、硫氧化物的产生。

常规铅碳电池的实验方法及工艺流程

常规铅碳电池的实验方法及工艺流程 1 常规铅碳电池的制备 (1)和膏 【基础配方】:按比例称好铅粉等物质,配方如下: 铅粉20g、短纤维0.02g(0.1%)、硫酸钡0.16g(0.8%)、腐殖酸0.04g(0.2%)硫酸1.72ml(1.38g/ml)、纯水2.14g(按稀释程度增减) 【和膏方法】: 将所有基础配方和好的铅粉(以下简称“基础粉”)(充分混合)与碳材料、配料(0.002%氧化铟)等混合均匀(简单混合),加水、加酸。 (2)固化 将浸酸后的电极置于固化室内完成程序如下: 表2-3固化程序 温度湿度时间 60℃99%湿度1min 60℃99%湿度24h 60℃0%湿度1min 60℃0%湿度24h (3)化成 根据活性物质质量计算理论容量:公式:C=26.8n*m/M计算简化如下: ,4.0867是活性物质电化当量,0.4表示40%放电比例,化成程序如下: 表 2-4 化成程序 工步名称电流时间

恒流充电4/9C 2h 恒流充电 5.5/9C 9h 恒流放电3/9C 15min 恒流充电 5.5/9C 5h 恒流放电 4.5/9C 320min 恒流充电 4.5/9C 5h 2 常规铅碳电池的组装 为保证正极过量,采用三正一负方式组装电池即{∣正丨负丨正正丨参比丨隔板…瓶盖},∣代表AGM隔膜。 3 测试方法 (1)倍率测试 ①拆化成电池,取出正负极,倒掉化成酸,用充电酸冲洗电极。重新组装,换新的隔膜,加充电酸(1.28 g/ml)40ml。 ②重新装充电电池,充电酸没过电极,敞口,将电池接入接头。 启动“200—3000倍率测试”程序进行倍率测试。程序如下: 表 2- 5 “200—3000倍率测试”程序 工步名称截止电压截止电流 恒流充电 2.42V 200mA 恒压充电 2.42V 30mA 恒流放电 1.6V 200mA 循环一次 恒流充电 2.42V 1000mA 恒压充电 2.42V 30mA 恒流放电 1.6V 1000mA

碳材料科学-知识点总结

1、炭材料的多样性?(广义和狭义定义) 广义上看:金刚石、石墨、咔宾都属于炭材料,这是一个广义的定义,但由于金刚石和咔宾在自然界存在非常少,结构也单一,不像石墨那样具有众多的过渡态中间结构(如焦炭、CF煤炭、炭黑、木炭等)。 狭义上看:炭材料一般是指类石墨材料,即以 SP 杂化轨道为主构成的炭材料,从无定形炭到石墨晶体的所有中间结构物质(过渡态碳),它是由有机化合物炭化制得的人造炭。 补充:新型炭材料: 根据使用的目的,通过原料和工艺的改变,控制所得材料的功能,开发出新 用途的炭及其复合材料。大谷杉郎认为:新型炭材料可大致分为三类。 一是强度在100MPS以上,模量在10GPa以上使用时不必后加工的方法制得的新型炭成型物;二是以炭为主要构成要素,与树脂、陶瓷、金属等组成的各种复合材料;三是基本上利用炭结构的特征,由炭或炭化物形成的各种功能材料。 2、炭材料的基本性质? 和金属一样具有导电性、导热性;和陶瓷一样耐热、耐腐蚀;和有机高分子一样质量轻,分子结构多样; 另外,还具有比模量、比强度高,震动衰减率小,以及生体适应性好,具滑动性和减速中子等性能。这些都是三大固体材料金属、陶瓷和高分子材料所不具备的。因此,炭及其复合材料被认为是人类必须的第四类原材料。 3、炭材料科学的主要研究内容? 研究自然界中(广义)一切增炭化(富碳)物质的形成过程机理,特别是着重于它(包括原料经历部分炭化的中间产物)多层次的微观结构的形成,以及此结构在外界条件(如温度、压力)影响下的转变。此外,炭科学还研究炭集合体的各种物理与化学性质。 核心内容:自有机物前驱体出发,通过热处理使有机物转化成具有可被控制的微晶排列的炭固体,这一知识乃是炭材料科学的最核心部分。

铅碳电池

铅炭电池 铅酸电池是比较古老的电池,用了有150年了,性能较好,但很难支持大电流深度放电;铅污染问题一直也无法摆脱和回避。 铅碳蓄电池(市场也有称为超级电池)它同样也是铅酸电池的一个品种,是原有铅酸电池升级了的品种。 铅碳蓄电池是一种新型的电池,可以这样理解,铅碳电池是把铅酸电池和超级电容器两者合而为一: 既发挥了超级电容瞬间大容量充电的优点,也发挥了铅酸电池的比能量优势,且拥有非常好的充放电性能——90分钟就可充满电(铅酸电池若这样充、放,寿命就只有不到30次了)。而且由于加了海绵碳(或石墨烯),阻止了负极硫酸盐化现象,改善了过去电池失效的一个因素,更延长了铅酸电池的寿命。 前者是后者的改进,将具有双电层电容特性的炭材料(C)与海绵铅(Pb)负极进行合并制作成既有电容特性又有电池特性的Lead-carbon双功能复合电极(以下简称Lead-carbon电极),Lead-carbon复合电极再与PbO2正极匹配组装成Lead-carbon电池。 工作特点: (1)当电池在频繁的瞬时大电流充放电工作时,主要由具有电容特性的炭材料释放或接收电流,抑制铅酸电池的“负极硫酸盐化”,

有效地延长了电池使用寿命; (2)当电池处于长时间小电流工作时,主要由海绵铅负极工作,持续提供能量; (3)Lead-carbon超级复合电极高碳含量的介入,使电极具有比传统铅酸电池有更好的低温启动能力、充电接受能力和大电流充放电性能。 在性能方面: 铅炭电池同时具有铅酸电池和电容器的特点。活性炭的加入,提升了电池的功率密度,延长了循环寿命,同时由于活性炭占据了部分电极空间,导致能量密度降低,也可能增加电极析气量。在工艺方面,活性炭的加入,增加了调浆和极片涂布难度。总体而言,铅炭电池性能优于普通铅酸电池,是一种先进铅酸电池,也是目前铅酸电池技术发展的主流方向。 铅炭电池在新能源储能领域发展潜力很大。储能电池技术是制约目前新能源储能产业发展的关键技术之一。光伏电站储能、风电储能和电网调峰等储能领域,要求电池具有功率密度较大,循环寿命长和价格较低等特点。铅炭电池、锂离子电池和液流电池是新能源储能电池的三大发展方向。其中,锂电成本相对较高,一致性问题也仍然存在;液流电池成本也很高。 优点:电池成本低,寿命长、安全可靠、储存能量大,工作温度范围宽(-40-50摄氏度)、可以大电流放电,充电速度快。 缺点:自放电较大,正极腐蚀比较严重,质地较脆机械强度差。

超级电容器的发展与应用

常州信息职业技术学院 学生毕业设计(论文)报告 系别:电子与电气工程学院 专业:微电子技术 班号:微电071 学生姓名:徐天云 学生学号:0706033131 设计(论文)题目:超级电容器的发展与应用指导教师:刘民建 设计地点:常州信息职业技术学院起迄日期:2009.7.1—2009.8.20

毕业设计(论文)任务书 专业微电子信技术班级微电071姓名徐天云 一、课题名称:超级电容器的发展与应用 二、主要技术指标:额定容量、额定电压、额定电流、最大存储能量、能量密度、功率密度、使用寿命、循环寿命、等效串联电阻、漏电流等技术指标 三、工作内容和要求:本文先从普通电容器入手,进而引出超级电容器的产生。从而以此为基础,阐释了超级电容器的构造、定义、以及工作原理。接着从超级电容器的性能技术介绍其使用特点和注意事项,然后又介绍了超级电容器的发展与现状以及其在生产生活中的应用。最后还进行其以后发展的广阔前景。 四、主要参考文献:[1]夏熙、刘洪涛,一种正在发展的储能装置—超电容器(2)[J]电池工业,2004,9(4):181-188; [2]钟海云,李荐,戴艳阳,等,新型能源器件—超级电容器研究发展最新动态[J]电源技术,2004,25(5):367-370; [3]薛洪发,超大容器器在铁路运输生产中的应用[J]中国铁路2000(5):52.。 学生(签名)2009年6 月26 日 指导教师(签名)2009年6 月26 日 教研室主任(签名)2009年6 月27 日 系主任(签名)2009年6 月28 日

毕业设计(论文)开题报告 设计(论文)题目 一、选题的背景和意义: 超级电容器发展始于20世纪60年代,起先被认为是一种低功率、低能量、长使用寿命的器件。但到了20世纪90年代,由于混合电动汽车的兴起,超级电容器才受到广泛的关注并迅速发展起来。现今,大功率的超级电容器被视为一种大功率物理二次电源,各发达国家都把对超级电容器的研究列为国家重点战略研究项目。目前,超级电容器在电力系统中的应用越来越受到关注。此外,超级电容器还活跃在电动汽车、消费类电子电源、军事、工业等高峰值功率场合。 二、课题研究的主要内容: 主要介绍了超级电容器的构造、定义以及其工作原理,还阐释了超级电容器的特点和使用注意事项,以及超级电容器的发展与现状。最后介绍了超级电容器在生产生活中的应用。 三、主要研究(设计)方法论述: 通过查阅书籍了解超级电容器的基本概念等信息,结合以前所学的电子专业知识认真研究课题。借助强大的网络功能,借鉴前人的研究成果更好的帮助自己更好地理解所需掌握的内容。通过与老师与同学的讨论研究,及时地发现问题反复地检查修改最终完成

超级电容器的主要应用领域

超级电容器的主要应用领域 超级电容器发展展望: 超级电容器也叫做电化学电容器,是介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置,比容量为传统电容器的20~200倍,比功率一般大于1000W/kg,循环寿命大于100000次,可储蓄的能量比传统电容要高得多,并且充电快速。由于它们的使用寿命非常长,可被应用于终端产品的整个生命周期。而且超级电容器对环境无污染,可以说,超级电容器是一种高效、实用、环保的能量储蓄装置。当高能量电池和燃料电池与超级电容器技术相结合时,可实现高比功率、高比能量特性和长的工作寿命。近年来,由于超级电容器在新能源领域所表现出的朝阳产业趋势,许多发达国家都已经把超级电容器项目作为国家重点研究和开发项目,超级电容器的国内外市场正呈现出前所未有的蓬勃景象。 依照美国国家能源局的数据预测,超级电容器在全球市场的容量预计将从2007年的4亿美元发展到2013年的120亿美元(见下图1),其中,在电动汽车/新能源汽车领域的市场规模有望在2013年达到40亿美元,在消费电子领域的市场规模有望在2013年达到30亿美元,在工业(风力发电、轨道交通、重型机械等)领域的市场规模有望在2013年达到40亿美元。

根据中商情报预测,截至2014年,我国超容产业的增长率都在30%以上。 超级电容器的主要应用领域: 1.超级电容器在太阳能能源系统中的应用 太阳能源的利用最终归结为太阳能利用和太阳光利用两个方面。太阳能发电分为光伏发电和光热发电,其中光伏发电就是利用光伏电池将太阳能直接转化为电能。光伏发电不论在转化效率、设备成本和发展前景尚都远远强于光热发电。 自从实用型多晶硅的光伏电池问世以来,世界上就便开始了太阳能光伏发电的应

《新型炭材料》课程教学大纲

《新型炭材料》课程教学大纲 课程代码:050542007 课程英文名称:New carbon materials 课程总学时:24讲课:24 实验:0 上机:0 适用专业:粉体材料科学与工程 大纲编写(修订)时间:2017.3 一、大纲使用说明: (一)课程地位及教学目标 (1)课程的地位 本课程是粉体材料工程专业的专业课,选修课。 (2)教学目标 掌握典型的新型炭材料如,高性能碳(石墨)纤维、气相生长碳纤维及纳米碳管、富勒烯、中间相炭微球、活性炭纤维、碳分子筛、碳合金、碳纤维树脂基复合材料、碳/碳复合材料。 (二)知识、能力、技能方面的基本要求 (1)知识方面的基本要求 掌握碳的存在形式及生成,碳的结构,碳的各种性质; 掌握高性能碳(石墨)纤维,气相生长碳纤维及纳米碳管,富勒烯,中间相炭微球,活性炭纤维,碳分子筛,碳合金,碳纤维树脂基复合材料,碳/碳复合材料等发展概况、分类、结构性能、制备方法、研究水平和应用前景。 (2)能力方面的基本要求 要求学生掌握新型碳材料基本理论、基本知识和基本技能,具备运用这些知识的能力,(3)技能方面的基本要求 具备研究、开发、应用新型碳材料的必要的基础知识和基本技能。 (三)实施说明 1.教学方法:课堂讲授中要重点对基本概念、基本方法和解题思路的讲解;采用启发式教学,培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力;引导和鼓励学生通过实践和自学获取知识,培养学生的自学能力;增加讨论课,调动学生学习的主观能动性。讲课要联系实际并注重培养学生的创新能力。 2.教学手段:由于本课程实践性较强,因此在教学过程中除了强调基本理论和基础知识,还注重基本理论和基本知识在新型碳材料领域的应用。通过实践教学加强对基础知识与基本理论的理解和应用。 (四)对先修课的要求 在讲授本课前,学生应修完材料性能学、炭素工艺学、炭素生产设备原理及应用等专业课程。 (五)对习题课、实验环节的要求 1.对重点、难点章节安排习题课,例题的选择以培养学生消化和巩固所学知识,用以解决实际问题为目的。 2.课后作业少而精,内容多样化,作业题内容必须包括基本概念、基本理论及理论应用方面的内容,作业巩固所学理论,掌握计算方法和技巧,提高分析问题、解决问题能力,对作业中的重点、难点,适当安排课内讲评作业。学生必须独立、按时完成课外习题和作业。 (六)课程考核方式 1.考核方式:考查

超级电容器应用领域

超级电容器简介https://www.360docs.net/doc/a86239517.html, 超级电容器是一种介于电池和普通电容之间的、专门用于储能的特种电容器。具有容量大、功率密度高、循环寿命长等优点,是一种理想的高稳定性、大功率二次电源。超级电容器原理图 特点:双电层储能,物理变化,无化学反应 特性与优势 低内阻,高功率 免维护(500000次循环充放电,10年使用寿命) 定制各类尺寸单体及模组 定制各类耐高温、耐高压、超低内阻、超低自放电、超长寿命的单体 提供完整的系统解决方案 应用类型

●脉冲电源https://www.360docs.net/doc/a86239517.html, ●备用电源 ●主电源 ●内存备份电源 应用领域 ●工业 ●消费类电子产品 ●医疗 ●交通运输 ●军事 项目优势 超级电容器应用 在有记忆储存功能的电子产品中做后备电源,数据保护和备份,保持时间,适用于带CPU的 玩具、手电筒、洁具、自行车尾灯、音响、助听器、礼花、充电器、DVD机、收音机、冰箱、空调、背投和液晶电视、洗碗机、鱼漂、消毒柜、电子门锁、热水器、燃气灶、电饭煲、熨衣架、待机转嫁器、数码相框、机顶盒、微波炉、遥控器、汽车黑匣子 公用电器、工业及医疗电器:(用作小功率器件的电源) 税控机、控制器(温度控制器)、触摸屏、摄像头、扫描仪、投影仪、考勤钟、计数

器、显示屏、彩票机、银行终端、公汽读卡器、身份识别、复印机、打印机、X光机、磁共振、道钉机、电焊机、皮带机、激光器、矿灯、工业仪表、雷管、电动工具 网络通讯:(中型模组、模块、工作时间不是很长的、瞬间工作的) 电脑、电话、手机、信息终端、通讯站、GPS、电力数据传输 风光发电: 风力发电、变浆、接收转换、太阳能发电(储能)、太阳能灯(警示灯、标识灯、道钉灯、地埋灯)、太阳能手电 交通工具: 摩托车启动、机车启动、电动汽车辅助动力、汽车启动、电动自行车辅助动力、汽车音响、车载监控 后备电源: 开关柜、直流屏、负荷调整电源、故障定位、变频器、脉冲电源、应急灯、救生绳、报警器、卷帘门、与电池配套电源、断电保护 能量回收: 吊车、矿井、机车、电梯、抽油机 军工:战斗机、军车、坦克、雷达、精准炮弹、激光炮、电磁炮、警棍 如果需要以下其中一项,那超级电容就最合适不过了 一、要求瞬间比较大电流放电. 如USB产品要用0.5A以上电流, 闪光灯, 电动工具. 二、要用电池, 但永远不更换, 免维护. 如太阳能道钉灯、地埋灯. 智能水,电,气表 三、要求快速充电, 如警卫手电筒, 玩具,电动工具 四、要求充放次数多过电池, 浮充也不需要更换电池, 如应急灯 五、要求在零下40度也能正常保持能量工作, 如汽车/电动车泠起动 六、要求将微弱至大电流能量快速回收, 如独力太阳能发电, 节能电梯, 环保汽车 七、要求轻的移动电源, 如遥控飞机

化学气相沉积制备新型炭材料的研究

目录 第一章绪论……………………………………………………………………….1 1.1引言………………………………………………………………………一l1.2化学气相沉积技术…………………………………………………………21.2.1概述…………………………………………………………………………………………..21.2.2化学气相沉积法制备原理…………………………………………….21.2.3化学气相沉积法制备炭材料的研究进展……………………………一31.2.3.1化学气相沉积法制各碳纳米管的研究进展………………………3 1.2.3.2化学气相沉积在制备炭微球的研究进展…………………………41.3碳纳米管…………………………………………………………………一41.3.1碳纳米管的简介……………………………………………………….41.3.2碳纳米管的生长机理………………………………………………….5 1.3.2.1顶部生长机理……………………………………………………一6 1.3.2.2底部生长机理……………………………………………………一61.3.3碳纳米管的应用………………………………………………………6 1.3.3.1储氢材料…………………………………………………………..6 1.3.3.2催化剂材料………………………………………………………一7 1.3.3.3气体传感器………………………………………………………一7 1.3.3.4微波吸收剂材料…………………………………………………一7 1.3.3.5超级电容器材料…………………………………………………一81.4炭微球………………………………………………………………………81.4.1炭微球的简介…………………………………………………………81.4.2化学气相沉积法制备炭微球的生长机理……………………………..91.4.3炭微球的应用………………………………………………………一10 1.4.3.1高密度高强度碳复合材料……………………………………….10 1.4.3.2锂离子电池负极材料…………………………………………….10 1.4.3.3用作电化学电容器的电极材料…………………………………..1l1.5本论文的研究思路和主要内容…………………………………………..11 第二章试剂和实验技术…………………………………………………………13 2.1实验用的主要药品与仪器………………………………………………一132.1.1实验药品……………………………………………………………..132.1.2实验仪器……………………………………………………………一142.2材料的表征技术…………………………………………………………..142.2.1扫描电子显微技术……………………………………………………142.2.2透射电子显微镜……………………………………………………一152.2.3高倍投射电子显微镜…………………………………………………152.2.4X射线衍射技术………………………………………………………152.3电化学测量技术………………………………………………………….162.3.1充放电测试……………………………………………………………162.3.2交流阻抗测试………………………………………………………..16

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