电池中添加活性炭 与 超级电容器
超级电容器电极材料——活性炭
超级电容器电极材料——活性炭碳材料由于具有成本低､⽐表⾯积⼤､孔隙结构可调､制备电极的⼯艺简单等特点,在研究EDLC的开始,⼈们就考虑使⽤碳材料作为其电极材料｡⽬前,应⽤于 EDLC的碳材料主要有活性炭､碳纳⽶管和炭⽓凝胶｡活性炭(activated carbon,AC)是EDLC使⽤最多的⼀种电极材料,它具有原料丰富､价格低廉､成形性好､电化学稳定性⾼､技术成熟等特点｡活性炭的性质直接影响EDLC的性能,其中最为关键的⼏个因素是活性炭的⽐表⾯积､孔径分布､表⾯官能团和电导率等｡⼀般认为活性炭的⽐表⾯积越⼤,其⽐电容就越⾼,所以通常可以通过使⽤⼤⽐表⾯积的活性炭来获得⾼⽐电容｡但实际情况却复杂得多,⼤量研究表明,活性炭的⽐电容与其⽐表⾯积并不呈线性关系,影响因素众多｡实验表明,清洁⽯墨表⾯的双电层⽐容为 20µF/cm2左右,如果⽤⽐表⾯积为2860m2/g的活性炭作为电极材料,则其理论质量⽐容应该为572F/g,然⽽实际测得的⽐容仅为130F/g,说明总⽐表⾯积中仅有22.7%的⽐表⾯积对⽐容有贡献｡国际纯粹与应⽤化学联合会(IUAPC)将多孔材料的孔隙分为微孔( <2nm)､中孔(2～50nm)和⼤孔(>50nm)三类｡EDLC主要靠电解质离⼦进⼊活性炭的孔隙形成双电层来存储电荷,由于电解质离⼦难以进⼊对⽐表⾯积贡献较⼤的､孔径过⼩的超细微孔,这些微孔对应的表⾯积就成为⽆效表⾯积｡所以除了⽐表⾯积外,孔径分布也是⼀个⾮常重要的参数,⽽且不同电解质所要求的最⼩孔径是不⼀样的｡Gsalirta等研究了⼏种不同孔结构的活性炭在LiCl､NaCl和KCl的⽔溶液及 LiBF4和 Et4NBF4的PC溶液中的双电层电容性能后证实了上述结论｡提⾼活性炭的⽐表⾯积利⽤率,进⽽提⾼其⽐容的有效⽅法是增⼤活性炭的中孔含量｡LeeJniwoo等运⽤模板法制备了⽐表⾯积为1257m2/g的中孔碳,其平均孔径为2.3nm,制成电容器后不论在⽔系还是有机电解质中其⽐容都明显⼤于分⼦筛炭｡另外,D.Y.Qu等的研究表明,增⼤中孔的含量,还可以明显提⾼EDLC的功率密度,因为孔径越⼤,电化学吸附速度越快,这说明孔径较⼤的碳材料能满⾜快速充放电的要求,适合制备⾼功率的电容器｡另外,孔径分布对EDLC的低温容量也有影响,具有更多纳⽶以上孔径的碳电极其低温容量减⼩得更慢｡通过电化学氧化､化学氧化､低温等离⼦体氧化或添加表⾯活性剂等⽅式对碳材料进⾏处理,可在其表⾯引⼊有机官能团｡⼤量研究表明,表⾯有机官能团对EDLC的性能有很⼤影响｡⼀⽅⾯,有机官能团可以提⾼电解质对碳材料的润湿性,从⽽提⾼碳材料的⽐表⾯积利⽤率,同时这些官能团在充放电过程中还可以发⽣氧化还原反应,产⽣赝电容,从⽽⼤幅度提⾼碳材料的⽐容｡A.Y.Rychagov的研究证明表⾯官能团的赝电容效应对⽐电容的贡献有时可达50%以上｡另⼀⽅⾯,碳材料表⾯官能团对电容器的性能也存在负⾯影响,研究表明碳材料表⾯官能团含量越⾼,材料的接触电阻越⼤,从⽽导致电容器的ERS也就越⼤;同时,官能团的法拉第副反应还会导致电容器漏电流的增⼤;另外,碳材料电极表⾯含氧量越⾼,电极的⾃然电位越⾼,这会导致电容器在正常⼯作电压下也可能发⽣⽓体析出反应,影响电容器的寿命｡活性炭的电导率是影响EDLC充放电性能的重要因素｡⾸先,由于活性炭微孔孔壁上的碳含量随表⾯积的增⼤⽽减少,所以活性炭的电导率随其表⾯积的增加⽽降低;其次,活性炭材料的电导率与活性炭颗粒之间的接触⾯积密切相关;另外,活性炭颗粒的微孔以及颗粒之间的空隙中浸渍有电解质溶液,所以电解质的电导率､电解质对活性炭的浸润性以及微孔的孔径和孔深等都对电容器的电阻具有重要影响｡总之,活性炭具有原料丰富､价格低廉和⽐表⾯积⾼等特点,是⾮常具有产业化前景的⼀种电极材料｡⽐表⾯积和孔径分布是影响活性炭电化学电容器性能的两个最重要的因素,研制同时具有⾼⽐表⾯积和⾼中孔含量的活性炭是开发兼具⾼能量密度和⾼功率密度电化学电容器的关键｡。
碳基材料在电化学储能中的应用
碳基材料在电化学储能中的应用近年来，碳基材料在电化学储能领域中的应用越来越受到人们的关注。
碳基材料具有很高的比表面积、良好的电导率、高化学稳定性等优良的性能，使得它在储能领域中有着广泛的应用。
本文将对碳基材料在电化学储能中的应用进行探讨。
一、碳基材料概述碳基材料是由纯净的碳元素构成的材料，具有优良的物理化学性质，如高比表面积、良好的导电性和化学稳定性等。
目前，碳基材料已经广泛应用于电化学储能、光电催化、传感器、催化剂等领域。
其在电化学储能领域中的应用尤为重要。
二、碳基材料在超级电容器中的应用超级电容器是一种高效储能装置，能够快速储存和释放电能。
碳基材料是制备超级电容器所必须的材料之一。
其中，以活性炭和碳纳米管为代表的碳基材料因其高比表面积和高导电性而成为制备超级电容器的理想材料。
活性炭是由木材、植物、煤炭等原料在高温条件下经过物理或化学处理后制备而成的一种微孔材料。
由于其特有的微孔结构和高比表面积，使其具有良好的吸附性能和电化学性能，被广泛应用于超级电容器的制备中。
碳纳米管是一种由碳元素构成的管状结构，具有很高的比表面积和优异的电化学性能。
研究发现，将碳纳米管作为超级电容器的电极材料，不仅能够提高储能效率，还能够提高超级电容器的循环寿命。
三、碳基材料在锂离子电池中的应用锂离子电池是一种高效储能电池，具有高能量密度、长循环寿命和低自放电等优点，目前已广泛应用于电动汽车、移动通信、笔记本电脑等领域。
碳基材料也是锂离子电池中必不可少的材料之一。
碳基材料作为锂离子电池的负极材料，具有很高的比表面积和优良的导电性能，可以提高锂离子电池的储能效率和循环寿命。
研究发现，将碳纳米管作为锂离子电池的负极材料，不仅能够提高电池的储能效率，还能够减少电池的容量衰减速度，从而提高电池的循环寿命。
四、碳基材料在柔性电子器件中的应用柔性电子器件是一种新型的电子器件，具有高韧性、高弹性和超薄柔性等特点，可以在柔性基底上灵活地制备各种形状的电子装置。
超级电容器原理
超级电容器原理
超级电容器是一种特殊的电子元件，其原理是基于电容效应。
与普通电容器不同的是，超级电容器具有较高的电容量和能量储存能力。
超级电容器的基本原理是利用电荷在导体的两个电极板之间的存储能力。
当电容器与直流电源连接时，正极板吸引并储存了正电荷，而负极板则吸引并储存了负电荷，形成电场。
相比普通电容器，超级电容器的电极板和电解质涂层具有特殊的材料和结构。
首先，电极板会采用高表面积的材料，如活性炭或金属氧化物，以增加其与电解质的接触面积，从而增加电容量。
其次，电解质通常采用高离子导电率的液体或固体，以便电荷快速传输。
最后，电极板和电解质之间采用微孔结构或纳米级颗粒等形式，以便提供更多的电荷存储位置。
超级电容器的储能过程类似于电化学反应。
当电极板充满电荷后，存储的能量可通过电流的流动释放出来。
与传统电池不同的是，超级电容器具有快速充放电速度和长寿命的特点。
这使得超级电容器在许多领域中得到广泛应用，如电子设备、交通工具、储能系统等。
总的来说，超级电容器的原理是基于电容效应和高表面积电极的结构设计。
通过优化材料、结构和工艺，超级电容器具有高电容量、快速充放电速度和长寿命等优势，逐渐成为一种重要的能量储存装置。
超级电容器的活性炭电极制备工艺研究
超级电容器的活性炭电极制备工艺研究随着电子技术的发展，电子设备的运行速度和处理能力不断提高。
同时，能源问题也成为了全球关注的焦点。
为了满足设备运行的电源需求，越来越多的研究人员开始关注新型电容器的研发。
超级电容器作为一种新型电容器，具有高功率密度、长寿命、快速充放电、环境友好等优点，因此备受研究者的关注。
超级电容器的核心部件是电极材料。
活性炭作为超级电容器电极材料的首选，因其表面积大、孔径分布广、导电性好等优点而备受青睐。
本文将探讨超级电容器的活性炭电极制备工艺研究。
一、活性炭电极的制备1.材料选择活性炭的选择要考虑两个因素。
首先，活性炭的表面积越大，其在电容器中的表现越好。
其次，选用适当的助剂，如氧化锆等，可以增加活性炭的导电性。
因此，在选择活性炭时需要综合考虑这两个因素。
2.炭化处理在活性炭制备的过程中，炭化处理是必须的。
炭化能够提高活性炭的比表面积、孔径分布和电导率等性能。
通常采用高温热解、氧化、碳化等方法对原料进行处理。
3.活化处理活化处理是活性炭电极制备不可或缺的一步，它能进一步增大活性炭的比表面积和孔径分布，使其电化学表现更优越。
活化处理分为物理活化和化学活化两种方法，物理活化主要是利用气体分子的物理吸附、凝聚和作用，而化学活化是利用碱性、酸性物质对活性炭表面进行化学反应，引入新的官能团。
二、影响活性炭电极表现的因素1.比表面积活性炭的比表面积越大，其在电容器中的表现越好。
为了增大活性炭的比表面积，我们可以采用物理活化、化学活化或多孔碳化处理等方法。
2.孔径分布孔径分布是另一个重要因素。
孔径分布对活性炭电极的电化学表现有很大的影响。
大孔径的材料能够存储更多的离子，而小孔径有助于离子的迁移和扩散。
因此，我们需要在活化处理中控制孔径分布。
3.导电性活性炭本身的导电性较差，因此需要使用助剂来提高其导电性。
常用的助剂是氧化锆、金属氧化物、单壁碳纳米管等。
助剂的添加量需要在保证良好的导电性的同时不减少活性炭的比表面积和孔径分布。
超级电容器材料
超级电容器材料超级电容器是一种能够储存和释放大量电能的电子元件，它具有高能量密度、高功率密度和长循环寿命等特点，因此在电力系统、汽车、电子设备等领域有着广泛的应用前景。
而超级电容器的性能取决于其材料的特性，因此研究和开发高性能的超级电容器材料是当前的重要课题之一。
目前，常用的超级电容器材料主要包括活性碳、氧化物、聚合物和碳纳米管等。
活性碳是一种常见的电极材料，具有高比表面积和良好的电导率，能够提供较大的电容量。
氧化物材料如二氧化锰、氧化铁等具有较高的比电容和较好的循环寿命，适合用于超级电容器的正极材料。
聚合物材料具有较高的柔韧性和可塑性，能够制备成薄膜状电极，适合用于柔性超级电容器的制备。
而碳纳米管具有优异的导电性和机械性能，能够制备成复合材料，提高超级电容器的性能。
除了上述常见的超级电容器材料外，近年来也涌现出一些新型材料，如金属有机骨架材料（MOF）、二维材料（如石墨烯）等，这些材料具有特殊的结构和性能，能够为超级电容器的发展带来新的机遇和挑战。
MOF具有高孔隙度和可调控的结构，能够提供更大的比表面积和更多的储能位，有望成为新型的电极材料。
石墨烯具有优异的导电性和机械性能，可以制备成高性能的电极材料，同时也可以作为超级电容器的导电添加剂，提高电极材料的导电性能。
在超级电容器材料的研究和开发过程中，需要考虑材料的制备工艺、结构设计、性能表征等方面的问题。
制备工艺的优化能够提高材料的成品率和性能稳定性，结构设计的合理性能够提高材料的储能效率和循环寿命，性能表征的准确性能够为材料的性能评价提供可靠的依据。
总的来说，超级电容器材料的研究和开发是一个综合性的课题，需要结合材料科学、化学工程、电子工程等多个学科的知识和技术。
随着新材料的涌现和制备工艺的进步，相信超级电容器在能源存储、汽车动力、可穿戴设备等领域的应用将会更加广泛和深入。
什么是超级电容!
超级电容(SuperceII)是一种新型储能装置，是以石墨烯等复合材料为正极材料•、在活性炭材料中包裹碳纳米管或石果烯等导电高分子材料，利用充放电过程中的电荷迁移来储存电能，同时又能像普通电容器一样进行能量存储和充放电。
超级电容可分为电化学超级电容、物理超级电容器。
电化学超级电容器(e1ectriccata1yticpump)是指在充放电过程中的电子与离子的交换与扩散作用下，通过电解质中离子扩散的速度来储存能量(或功率)的装置，其本质是利用了氧化链作为储能材料。
物理超级电容(e1ectriccata1yticpump)是指在充电过程中，活性炭内部的微孔中存储了大量电荷；在放电过程中，活性炭表面形成的电介质极易受到环境影响而发生体积变化，同时会使电容降低。
物理超级电容器一般用于航天、国防军工、车辆、大型港口设备、配电网等各种应用领域。
物理超级电容和电化学超级电容在能量存储方式上都可以采用库伦效率低、能量密度低、循环寿命短、不可逆性等问题。
今天小编给大家讲解下超级电容应用领域和优势:一、应用领域1 .新能源汽车：电动汽车、混合动力汽车等；2 .储能电站，3 大型港口设备；4 .医疗卫生行业：mri等高精密医疗器械；5 .航天卫星：星箭分离电源系统；6 .工业电子：应急照明、电梯、电动叉车等；7 .表计：水、燃气表智能表计等：8 .国防军工：坦克、电磁炮、激光武器等大功率能量脉冲武器:9 .风力发电：风力变桨系统太阳能光伏发电；10 .智能电网等：二、特点和优势(1)高功率密度：输出功率密度高达IOKW∕kg,是任何•种化学电源所无法比拟的，是•般蓄电池的数十倍；（2）妥善解决了贮存设备高比能量输出之间的矛盾。
超级电容器可以提佛那个高比功率的同时，其比能量可以达到5-10Wh/kg：（3）充放电循环寿命长，达到IOO次量级；（4）工作温度范围宽∙40°C~+70°C:（5）充电时间短。
超级电容器电极材料
超级电容器电极材料超级电容器作为一种新型的储能设备，具有高功率密度、长循环寿命和快速充放电等优点，因此在电子设备、新能源汽车和可再生能源等领域具有广泛的应用前景。
而超级电容器的性能很大程度上取决于其电极材料，因此研究和开发高性能的电极材料对于提高超级电容器的性能至关重要。
目前，常见的超级电容器电极材料主要包括活性碳、氧化铁、氧化钴、氧化镍等。
活性碳是一种常见的电极材料，具有比表面积大、孔隙结构丰富的特点，能够提供更多的储存空间，但其导电性较差，限制了其在高功率应用中的表现。
氧化铁、氧化钴和氧化镍等金属氧化物具有较高的导电性和储能密度，但循环寿命较短，容量衰减严重，限制了其在实际应用中的发展。
为了克服现有电极材料的局限性，近年来，石墨烯、碳纳米管、金属有机骨架材料等新型材料被广泛应用于超级电容器的电极材料中。
石墨烯具有优异的导电性和比表面积，能够提高超级电容器的电极反应速率和循环寿命；碳纳米管具有高导电性和优异的力学性能，能够增强电极材料的稳定性和耐久性；金属有机骨架材料具有多孔结构和可调控的化学成分，能够提供更多的储能空间和增强电极材料的稳定性。
除了单一材料外，复合材料也成为超级电容器电极材料的研究热点。
将不同种类的材料进行复合，可以充分发挥各自材料的优点，同时弥补其缺陷，从而提高电极材料的整体性能。
例如，将石墨烯与金属氧化物复合，可以兼顾导电性和储能密度；将碳纳米管与金属有机骨架材料复合，可以提高电极材料的稳定性和循环寿命。
总的来说，超级电容器的电极材料需要具有高导电性、大比表面积、丰富的孔隙结构、优异的稳定性和循环寿命等特点。
当前，虽然已经有了一些较为理想的电极材料，但仍然存在一些挑战，如材料制备工艺、性能优化和成本控制等方面需要进一步研究和改进。
相信随着材料科学和能源技术的不断发展，超级电容器的电极材料将会不断涌现出新的突破，为超级电容器的应用提供更多可能性。
纳米α-MnO2／活性炭混合超级电容器的性能
ｔ ｅｐ ｒ ｒ ｎ ｅｗｅｅｓｕ ｉｄｉ ｅａｌ ｈ ｅｆ ｍａ ｃ ｒ ｔｄｅ ｎｄ ｔｉ ｏ ．Ｔｈ ｅ ｉｄ ｆ ｕ ｅｃｐ ｃｔｒ ，Ｍｎ ／ ｒｅｋｎ ｓｏ ｐ ｒａ ａｉ ｓ ｓ ｏ Ｏ２ＫＯＨ／ Ｏ ，ＡＣ ＫＯＨ／ Ｍｎ ２ ／ ＡＣ ａ ｄＭｎ ２ ＫＯＨ／ ｎ Ｏ ／ ＡＣ，ｗ ｒ ｒｐ ｒｄ ｙ ｌ ｏｔｍｍｅｒ （ Ｖ） ａｖ ｎ ｓａｉ ｃ ａｇ —ｉｃ ａｇ ｎ ｅ ｅｐ ｅ ａｅ ．Ｃ ｃｉ ｖ ｌ ｃ ａ ｔｙ Ｃ ，ｇ ｌａ ｏ ｔｔ ｈ ｒ ｅｄｓｈ ｒｅａ ｄ ｃ
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Ｔｈ ｅ ｕｔ ｈ ｗｅ ｈ ｔｅ ｃ ｌ ｎ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅｏ ｈ ｌｃｒ ｄ ｓｆ ｕ ｄ ｗｈ ｎ ｔ ｅｃ ｎ ｅ ｔａ ｉｎ ｏ ｅｒ ｓ ｌｓｓ ｏ ｄ ｔ ａ ｘ ｅｌ ｔｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｆｔ ｅｅｅ ｔｏ ｓｗａ ｏ ｎ ｅ ｈ ｏ ｃ ｎ ｒ ｔ ｆＫＯＨ ｅ ｏ
湘 潭 环 境 监 测 站 ，湖 南 湘 潭 ４ １ ０ ） １１ ４
摘 要 ：研 究 了 以 纳 米 ａＭｎ ２和 活 性 炭 （ ） 为 电 极 材 料 的 超 级 电 容 器 ，分 别 对 纳 米 ａＭｎ 的 制 备 、 电 解 液 — ０ Ａｃ — Ｏ 浓 度 的 影 响 进 行 了 研 究 ，组 装 了 Ｍｎ ／ ０２ＫＯＨ／ Ｏ 、ＡＣ ＫＯＨ／ 、Ｍ ｎ ／ Ｍｎ ｚ ／ ＡＣ ＯｚＫＯＨ／ Ｃ三 种 类 型 的模 拟 电容 器 ， Ａ
Ｍａ ｅｉ ｌ ＆ Ｒ ｅｌｇ ｃ ｌ ｒ ｐ ｒｉｓ ｆ Ｅ ｕ ａ ｉｎＭｉ ｉ ｒ ｔ ａｓ ｒ ｈ ｏｏ ｉ ｏ ｅｔ ｄ ｃ ｔ ｎ ｓ ｙ，Ｘｉ ｎ ｔ ｆ ４ １ ０ ，Ｈ“ ｎ ．Ｃ ｉｎ ａ Ｐ ｅｏ ｏ ｔ ａ ｇａ １ １５ ｉ ｈ ：
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• 活性炭混入镍氢电池负极
（天津国泰之光研究院，2011年9月）
混入活性炭的效果： (+) 比功率提高 循环性改善 (--) 比能量减低——活性炭占了电极部分位置 可能增加电极析气量和调浆、涂佈难度
9
电容型铅酸电池 ——“铅炭电池”
炭加到入铅酸电池的负极中
—
+
—
+
—
+
Pb PbO2
活
性
PbO2
炭
—
铅酸电池
+ 混合电容器
超级电池 UltraBattery
Pb 活 性 炭
PbO2
m & R.Louey J Power Sources
158(2006)1140
8
二、电池添加活性炭的变种
电池的电极中混入活性炭 ——电容型电池
• 将活性炭混入铅酸电池负极 • 活性炭混入锂离子电池正极
磷酸
磷酸铁锂锂离子动力电容电池 ”
铁锂
石
正极：LiFePO4 –加活性炭 ； 负极：碳
+ 炭
墨
②朝阳 立塬新能源有限公司
2011年6月会议，2012年1月成果鉴定会
正极：LiFePO4 –加活性炭 ； 负极：碳
功率型： 78Wh/kg， 3000次衰减至65.8Wh/kg（84%） 2243W/kg；—20℃下，71.2Wh/kg；
活性 炭的 变种
铅酸锂离子 镍氢-
电池的电极 中加入部分 活性炭—— 电容型电池
铅+活性炭 石墨 AB5+活性炭
PbO2 锂盐+活性炭
NiO
13
对混入电池的活性炭的要求
• 活性炭的性能要求
高比表面
高中孔孔容
高电导率
高纯度
高密度
高性价比
浸润性好
• 活性炭的混入量——几%（几十% ?）
多加，则负面效果增加太多
电池的比能量可提高到50多Wh/kg 减少炭量的方向正确—— 原加30%，不对！
种种迹象表明：
“镍碳超级电容器” 属于镍氢电池类!
难说是“电动车电源 的一个新突破”
不会“对电动车产业发 展带来深刻影响”
一场闹剧，并未落幕 市场考验，来日方长 经验教训，各自总结
24
结束语
• 添加适量活性炭，可能改善各种电池性能 • 活性炭的性能有一定要求，最好是“定做” • 政府要支持特种活性炭的研发和生产 • “镍碳超级电容器” 不是 “电动车电源的一个新
5
混合型电池电容器
混合型超级电容器的活性炭正极中
混入锂离子电池电极材料 ——活性炭仍为主
①国外报道 A.D.Pasquier et.al J Power Sources136(2004)160
正极：活性炭电极
加少部分 LiCoO2
+
—
负极：Li4Ti5O12
炭
钛
②成都有机所
+
酸
锂盐
锂
正极：活性炭电极 60-45%
增加了安全隐患——充电时活性炭容易析出氢气
减少了储氢合金，就减弱了消除氧气的能力； 于是，充电后期电池中将同时积累氢气和氧气
负面效果增加太多；故其必要性很成问题
20
电池的循环寿命数据也有疑问
• 电池的充电-放电循环寿命与充放电的深度 密切相关联。
• 按《科技日报》报道的情况，该电池以<超 级电容器>标准测寿命,当然可以很长。
比功率和寿命已满足混合电动车要求
国内也已用于多种混合电动车
17
2011年9月科技日报: 镍碳超级电容器
“镍碳超级电容器”与镍氢电池有何差别？
+
氧 化 镍
—
储氢 合金
+
科琴炭
+
—
氧 化 镍
储氢 合金
+
活性炭
镍氢电池 科琴炭在负极占1-3%
已是生产配方
“镍碳超级电容器”
活性炭在负极中占30% 储氢合金占70%
4
一、超级电容器及其变种
混合型超级电容器 活
一个电极以双电层原理蓄电的 性 储能器件（另一为电池电极） 炭
—
活 性
+—
氧活 化性
+
氧 化
例1：正极PbO2,负极活性炭 例2: 正极NiOOH,负极活性炭
炭 铅炭 镍
+
—
活钛
例3: 正极活性炭,负极Li4Ti5O12
性酸 炭锂
比功率、比能量介于
电池与超级电容器之间，接近超级电容器
三、关于‘镍炭超级电容器’的
问题 结束语
3
一、超级电容器及其变种
超级电容器
活 性 炭
隔 膜
活 性 炭
两个电极均以双电层原理蓄电 的储能器件
超级电容器主要用活性炭（大 比表面的炭）作为活性物质
超级电容器的电解液 水溶液体系：酸、碱、中性 有机溶液体系——电压高
超级电容器主要特性—— 充放电循环寿命长，比功率高，但比能量低
突破”——性能很“一般”
• 媒体要有责任心，要拧干水份，更不要添油加醋 • 要实事求是做事，不要炒作、忽悠 • 有影响力的同志(老同志)，要防止被人忽悠
25
谢谢！
26
• 搞清机制，以利改进活性炭 和电池工艺
可能因电极、体系而异；要深入研究
14
三、关于“镍碳超级电容器”
《科技日报》2011年9月多次、长篇报道:
镍碳超级电容器
研制者自己也表示：“高能镍碳超 级电容器的研发成功，是电动车电源的 一个新突破，它将对电动车产业发展带 来深刻影响。”
此事引起了电池和电动车专业人士 的很大关注和议论。
15
先说“常规”镍氢电池 (金属氢化物-镍电池)
正极：NiOOH/Ni(OH)2 负 电极 解： 液A：BK5O型H储水氢溶合液金 电压：1.2V
+
—
氧 化 镍
储氢 合金
优点：
9 安全、环境友好 9 比功率较高 9 资源循环利用 9 循环寿命较长 9 能量转换效率较高
不足：
8 比能量不及锂离子 电池
所以，将30%活性炭混入负极不是创新 只能算是一个企图进一步提高比功率的镍氢电池
——电容型镍氢电池
19
“镍碳超级电容器” 优于动力型镍氢吗？
现有镍氢电池负极中加1-3%科琴炭，改为功率 型时电极减薄，比功率已满足混合电动车要求
比能量降低为45Wh/kg 活性炭加入30%，电池比能量将至少打七折
报道：比能量是锂离子电池的 2/3（实际40Wh/kg）
将在第三节中详细讨论
12
小结：超级电容器与电池的变种
分类、名称
电极材料举例
负极
正极
超级 超级电容器 电容 混合型超级电容器 器及 变种 混合型电池电容器
活性炭 活性炭 钛酸锂 钛酸锂
活性炭 氧化物 活性炭 活性炭+锂盐
电池 电池电极与活性炭 活性炭电极 PbO2 添加 电极并联=超级电池 并联铅电极
• 以这种“浅放方式”下的“长寿命”，含混 地代表电池在纯电动汽车行驶中“深放方式” 的寿命，显然是有意制造轰动效应以蒙混局 外人，使公众误认为是一项了不起的成果。
21
电动车的续驶里程怎么那么长？
电动车的续驶里程主要取决于电池的电能容量 即 电池重量×比能量
据《科技日报》的采访报道： “满员路试”结果，一次充电行驶210公里；
能量型：117Wh/kg，500次容量保持97.0% 1740W/kg；—20℃下，94.2Wh/kg
11
电容型镍氢电池
镍氢电池的负极中加入活性炭
+
—
氧 化 镍
储氢 合金
+
活性炭
科技日报2010年9月报道
“镍碳超级电容器”
活性炭在负极中占30% 储氢合金占主导地位
镍氢电池的基本结构未变 电池负极中的活性炭占小头——活性炭为辅
报道又说，公交车百公里耗电为70度。(此数偏小) 由此可以算出，此次路试用电147度电能。 电池比能量以42Wh/kg计,则电池应重 3.5 吨!
实际可能﹥4 吨，这样的“世界纪录” 价值何在？
那么，该行车试验是否有哗众取宠之嫌呢？ 还是续驶里程数据不可靠呢?
22
如用于纯电动车，难说有优势
• 价格不低于锂离子电池，更高于铅酸电池 • 比能量远低于锂离子电池
电池中添加活性炭 与
超级电容器
杨裕生 2012年4月，深圳
1
电动车对电源的要求
安全 高比能量 高比功率 长寿命 低廉 环保
相互制约
高比能量电池与超级电容器并联使用——外并 高比能量电池与超级电容器相互渗透——内并
超级电容器提高比能量 电池提高比功率和寿命
2
今天讲几个问题
一、超级电容器及其变种 二、电池添加活性炭的变种
8 价格不低—— 稀土价高
更影响竞争力
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再说“常规”镍氢电池 (金属氢化物-镍电池)
天津和平海湾引进日本生产技术:
负极加科琴炭1-3%
+
提高比功率、延长寿命
氧
国内多家镍氢电池厂也加
化 镍
导电性活性炭
—
储氢 合金
+
科琴炭
比能量约60-70Wh/kg
日本动力型镍氢电池——比能量约45Wh/kg
用于混合电动轿车Prius的电源，6.5Ah
加15-30% LiMn2O4
负极：Li4Ti5O12
4C恒电流下：14.47Wh/kg，5000次衰减<8%
Xuebo Hu et.al J PowerSources187(2009)635