超级电容器发展与机遇
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用。
目前，太阳能光伏发电系统有三个发展方向：独立运行、并网型和混合型光伏发电系统。
在独立运行系统中，储能单元一般是必须有的，它能将由日照时发出的剩余电能储存起来供日照不足或没有日照时使用。
目前，国际光伏能源产业的需求开始由边远农村和特殊应用向并网发电与建筑结合供电的方向发展，光伏发电已有补充能源向替代能源过渡。
电化学储能技术的发展趋势
电化学储能技术的发展趋势电化学储能技术是一种重要的能源存储技术，它将电能转化为化学能，实现能量的存储与释放。
近年来，随着新能源和智能电网的快速发展，电化学储能技术的应用范围不断扩大，同时也面临着一些挑战和机遇。
一、电化学储能技术的分类电化学储能技术主要包括电池和超级电容器两种类型。
电池是一种将正负极材料通过化学反应转化为电能的设备，常用的电池类型有铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池等。
超级电容器是一种利用物理吸附和表面电位储存电荷的设备，由于具有高功率密度和长寿命等特点，被广泛应用于电子产品、新能源汽车和智能电网等领域。
二、电化学储能技术的发展趋势1. 锂离子电池将成为主要发展方向目前，锂离子电池已成为电化学储能技术的主要代表，其具有高能量密度、高电压、长循环寿命和低自放电率等优点，已广泛应用于移动设备、电动工具、电动车和储能系统等领域。
未来，随着太阳能、风能等可再生能源的迅速发展，储能需求将大幅增加，锂离子电池将成为电池市场的主导技术。
2. 电化学储能技术将成为智能电网的核心技术智能电网需要解决的核心问题是电网稳定性和安全性，而电化学储能技术可以为智能电网提供稳定的能量储备和灵活的调节能力，实现电力的调峰填谷和储备备用电力等功能。
因此，电化学储能技术将成为智能电网的核心技术之一。
3. 储能技术将逐渐实现“多能联用”目前，电化学储能技术主要用于电力系统和移动设备等领域，但未来将逐渐实现“多能联用”。
例如，将太阳能、风能等可再生能源与储能技术相结合，可以实现对太阳能和风能等间歇性能源的延时供电和能量平衡。
此外，储能技术还可以和地热能、生物质能等其他能源形式相结合，实现多能互补和综合利用。
4. 储能技术将更加注重环境保护和可持续发展电化学储能技术的发展需要越来越多的资金和技术支持，同时也面临着环境保护和可持续发展的压力。
因此，未来的储能技术不仅需要提高能量密度和安全性，还需要注重环境保护和可持续发展，例如提高电池的回收利用率和减少生产过程中的排放等。
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用。
目前，太阳能光伏发电系统有三个发展方向：独立运行、并网型和混合型光伏发电系统。
在独立运行系统中，储能单元一般是必须有的，它能将由日照时发出的剩余电能储存起来供日照不足或没有日照时使用。
目前，国际光伏能源产业的需求开始由边远农村和特殊应用向并网发电与建筑结合供电的方向发展，光伏发电已有补充能源向替代能源过渡。
能源储存技术的发展现状及未来趋势
能源储存技术的发展现状及未来趋势能源储存技术在当今社会变得越来越重要。
由于可再生能源的使用逐渐增加，能源储存技术也面临着挑战和机遇。
因此，开发和改进能源储存技术，已成为当前和未来的研究重点。
本文将介绍能源储存技术的发展现状及未来趋势。
一、发展现状现代电网的能源储存技术主要由传统的机械能、蓄电池和超级电容器三类储存技术构成。
传统机械能储存技术主要包括水泵蓄能、飞轮储能、压缩空气储能等。
前两者主要用于短时储存，后者可以用于中长时间储存，但其成本较高。
电化学储能技术是当前最成熟、应用最广泛的能源储存技术。
主要包括铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池等。
超级电容器是一种全新的能源储存技术，其能量密度和能量储存容量都远低于电池，但其具有很高的功率密度和长寿命。
二、未来趋势1. 研发新型材料当前，新型储能材料及技术正成为研究热点。
钠离子电池、锂硫电池、锌空气电池等新型电池正在研究与开发之中，这些新型电池的能量密度均高于当前的锂离子电池。
另外，固态电池、纤维电池等新型电池，由于具有更高的安全性和寿命，也成为未来储能技术的研究方向。
此外，石墨烯、纳米材料等新型材料也受到研究关注。
2. 提高能量密度和容量未来，提高能量密度和容量是能源储存技术的重要发展方向。
高能量密度、高安全性的电池、超级电容器成为研究重点。
在提高储能密度的同时，确保安全性，使储能系统满足高强度、高温度、长寿命以及环保等要求，减少对环境的影响。
3. 提高可再生能源的利用率可再生能源的利用率也成为储能技术的研究方向之一。
目前，风电、光伏等可再生能源仍然存在不稳定性，随时可能出现断供情况，因此需要联合储能技术来解决。
未来，联合储能系统的研究将会得到更多的关注和投入。
同时，对于储能设施本身，建造低成本、高效能的储能站点，通过云控技术对储能设施进行远程集中管理，减少运维成本，成为目前趋势。
4. 能源互联网的崛起随着能源互联网概念的提出，未来储能技术不仅要满足供能的要求，还必须具备智能化、网络化的功能。
电化学储能技术的前景展望
电化学储能技术的前景展望随着社会经济的发展和环境问题的逐渐突出，新能源储能技术备受关注。
电化学储能技术是目前比较成熟的一种新能源储存技术，其应用范围已经广泛，如移动电源、储能型光伏、无线传感器网络等。
本文将从技术、市场和政策三个角度，对电化学储能技术的前景展望进行分析。
一、技术前景展望电化学储能技术主要包括电池、超级电容器和红外线储能器三大类。
电池是一种具有电化学反应性能的器件，将电能转换为化学能并储存起来；超级电容器则是一种具有高效能量转换和快速充放电性能的电能存储器件；红外线储能器则是利用具有吸收、辐射和传导功能的硅基纳米结构材料实现太阳光能的转化和存储的一种技术。
相较于传统的燃油发电、水力发电和火力发电方式，电化学储能技术具有容量大、寿命长、效率高、环保节能等优点。
尤其是在应对能源结构调整、建设智能电网、深化产业升级等方面，电化学储能技术将成为主要推动力。
在电池领域，锂离子电池和铅酸电池是目前应用最广泛的电池种类。
锂离子电池因为具有超高的比能量和寿命长的优点，其将所有电化学储能技术中应用最广泛的一种；而铅酸电池则因为成本低、安全性高，目前在低功率、长周期和低成本领域拥有较好的应用前景。
在超级电容器领域，同样分为有机电解质超级电容器和无机电解质超级电容器两种。
有机电解质超级电容器因其容量大、电压稳定性高、成本低等特点，被广泛应用于电动车、高铁、电磁炉等工业领域；而无机电解质超级电容器则因其功率密度高、寿命长、环境适应性好等特点，在太阳能、风能等分布式能源系统中拥有广阔的市场前景。
在红外线储能器领域，由于其具有良好的吸光、散热和辐射特性，适用于太阳光能的收集、灰色天气中低光强条件下的红外光谱分析等领域，因此该技术在军事、制药、环境等行业中拥有十分广泛的应用。
二、市场前景展望电化学储能技术的市场前景非常广泛，应用场景包括但不限于电动汽车、储能型光伏、智能电网、移动电源、无线传感器网络等。
其中，电动汽车作为电化学储能技术的代表性应用场景之一，其市场发展前景广阔。
超级电容器项目投资计划及资金方案
超级电容器项目投资计划及资金方案一、项目背景和市场前景超级电容器是一种新兴的储能设备，能够充电速度快、寿命长、储存容量大、能量密度高等特点，被广泛应用于新能源汽车、轨道交通、电力储能等领域。
随着可再生能源的快速发展和新能源汽车的普及，超级电容器市场迎来了快速增长的机遇。
根据市场研究机构的预测，全球超级电容器市场规模将达到1000亿美元以上。
二、项目目标和预期效益本项目的目标是建设一家超级电容器生产企业，实现年产量1万台的超级电容器生产，并在市场上占有一定的份额。
预计项目投资额为1000万美元，预期公司在投产后的第三年即可实现盈利，并逐渐回本。
预计年净利润为300万美元，预计项目回报率为30%以上。
三、投资计划本项目计划通过多种方式筹集资金，主要包括以下几个方面：（1）自筹资金：项目发起人将出资300万美元作为项目启动资金。
（3）合作伙伴投资：吸引国内外优秀的投资机构和企业作为合作伙伴，共同投资本项目。
2.资金运用本项目的资金运用主要包括以下几个方面：（1）土地建设：根据项目的需求，选址并购置适合的工厂土地，投资200万美元。
（2）厂房设备：购买超级电容器生产所需的生产线设备和相关设备，投资400万美元。
（3）研发与设计：投资100万美元用于技术研发和产品设计。
（4）市场推广：投资100万美元用于市场调研、品牌建设和产品推广。
（5）人力资源：投资100万美元用于人员招聘、培训和福利待遇。
四、投资风险与对策1.技术风险：超级电容器是一项高新技术，研发和生产过程中存在一定的技术风险。
为降低技术风险，公司将与国内外著名的科研机构建立合作关系，共同推进技术攻关和新产品的研发。
2.市场风险：超级电容器市场竞争激烈，市场需求不确定性较大。
为降低市场风险，公司将加大市场调研力度，根据市场需求调整产品结构和定价策略。
3.资金风险：项目资金需求较大，且项目回报周期较长，存在资金回收不及时的风险。
公司将注重财务管理，合理安排资金运用，并与银行建立良好的合作关系，确保资金的正常流动。
超级电容器电极材料研究进展
超级电容器电极材料研究进展一、本文概述随着能源危机和环境污染问题日益严重，高效、环保的能源存储和转换技术成为了全球科研工作的热点。
超级电容器，作为一种新型的储能器件，因其具有高功率密度、快速充放电、长循环寿命等优点，在电动汽车、电子设备、可再生能源系统等领域具有广阔的应用前景。
电极材料作为超级电容器的核心组成部分，其性能直接影响着超级电容器的整体性能。
因此，研究和开发高性能的超级电容器电极材料成为了当前的研究重点。
本文旨在全面综述超级电容器电极材料的研究进展，包括各类电极材料的性能特点、合成方法、改性策略及其在超级电容器中的应用。
文章首先介绍了超级电容器的基本原理和分类，然后重点分析了碳材料、金属氧化物、导电聚合物等常见电极材料的性能优势和存在的问题。
接着，文章综述了近年来通过纳米结构设计、复合改性、表面修饰等手段提高电极材料性能的研究进展。
文章展望了超级电容器电极材料未来的发展方向和潜在应用领域。
通过本文的阐述，期望能够为超级电容器电极材料的研究和应用提供有益的参考和启示。
二、超级电容器电极材料分类超级电容器的性能与电极材料的特性密切相关，因此，对电极材料的研究一直是超级电容器领域的热点。
根据材料种类的不同，超级电容器的电极材料主要分为碳材料、金属氧化物/氢氧化物、导电聚合物以及复合材料等几大类。
碳材料：碳材料是超级电容器中应用最广泛的一类电极材料，包括活性炭、碳纳米管、石墨烯等。
这类材料具有比表面积大、导电性好、化学稳定性高等优点，适合用作双电层电容器的电极材料。
然而，碳材料的储能机制主要是物理吸附，因此其能量密度相对较低。
金属氧化物/氢氧化物：金属氧化物/氢氧化物如RuO₂、MnO₂、NiOOH 等，具有较高的赝电容特性，能够实现快速的氧化还原反应，从而提供更高的能量密度。
然而，这类材料的导电性较差，且在充放电过程中体积变化较大，容易导致电极结构破坏，影响循环稳定性。
导电聚合物：导电聚合物如聚吡咯、聚噻吩等，具有良好的导电性和赝电容特性，是超级电容器电极材料的另一类重要选择。
石墨烯超级电容
石墨烯超级电容
鉴于石墨烯的特殊物理性质，它被广泛应用于储能技术之中，特别是超级电容器技术，其中有许多受益于该技术的优势，给电子行业带来了诸多发展机遇。
石墨烯超级电容器技术拥有小体积、高电容、高电压、低损耗和低温度运行等优势，可用于替代锂离子电池，具有广阔的应用前景。
石墨烯超级电容器具有抗湿度和振动强度高的优势，而且能够轻松应对高温和低温环境，是一种非常有用的储能技术。
石墨烯的基本原理是通过锂离子分子在电极层之间的穿梭来进
行电容释放，从而实现超高储能效率，从而达到超高的电能存储容量。
石墨烯超级电容器由离子液体、碳极片、离子导体膜和外壳等构成，它们共同参与电极层之间的穿梭物质的电容释放，从而实现同样的储能效率，它的存储容量比锂离子电池高出数倍。
此外，石墨烯超级电容器也具有可持续性和安全性的优势，它不会对环境造成任何污染，而且其电容释放集中在电极层之间，不会发生火灾和爆炸危险。
这些特性使石墨烯超级电容器变得更加安全可靠。
现在，石墨烯超级电容器已经发展到可以在无人机、汽车、手机、电子设备、电子芯片等领域应用，它为这些领域提供了更安全、更可靠的储能技术，大大降低了成本。
石墨烯超级电容器技术日益成熟，将会在电子行业引发一场革命，成为电子行业今后可持续发展的重要技术支撑。
它能够满足行业对可靠性、安全性和可持续性的高要求，为行业的发展提供了有力支持。
总之，石墨烯超级电容器技术可以有效提高电子行业的安全性、可靠性和可持续性，将成为电子行业未来的战略性技术支撑和发展动力。
超级电容储能发展历史
超级电容储能发展历史超级电容储能是一种能够高效储存和释放电能的先进技术。
它的发展历史可以追溯到上世纪60年代初，当时科学家们开始研究电化学电容器，以寻找一种比传统电池更高效的能量储存方式。
最初的电化学电容器是由两个电极和一个电解质组成的，通过在电极上施加电压，电荷可以在电极和电解质之间移动，实现能量的储存和释放。
然而，由于电极材料的限制，这种电容器的能量密度很低，无法满足实际应用的需求。
随着科学技术的不断进步，研究人员开始寻找新的电极材料，以提高电化学电容器的能量密度。
在20世纪80年代，碳材料被引入到电容器中作为电极材料，这种新型电容器被称为超级电容器。
碳材料具有很高的比表面积和导电性能，可以大大增加电容器的能量密度。
在超级电容器的发展过程中，研究人员还不断改进电解质和电极结构，以提高电容器的性能。
一种重要的改进是使用活性材料作为电极，这可以增加电容器的能量密度，并扩大其应用范围。
例如，金属氧化物和导电聚合物等材料被广泛应用于电极制备中。
随着对超级电容器研究的深入，人们发现它具有很多优点。
首先，超级电容器的充放电速度非常快，可以在几秒钟内完成充放电过程。
其次，超级电容器具有很长的寿命，可以进行数万次的充放电循环。
此外，超级电容器还具有较高的功率密度和较低的内阻，可以满足高功率应用的需求。
超级电容器的发展为许多领域带来了新的机遇。
在交通运输领域，超级电容器可以用于回收制动能量，并提供额外的动力输出。
在可再生能源领域，超级电容器可以与太阳能电池和风力发电机等设备结合使用，平衡能源供应和需求。
此外，超级电容器还可以应用于电网调峰、储能系统和便携设备等领域。
总的来说，超级电容器的发展经历了数十年的研究和改进。
通过不断改进电极材料、电解质和电极结构，超级电容器的能量密度和性能得到了显著提高。
超级电容器的应用范围也不断扩大，为各个领域的发展带来了新的机遇。
相信随着科学技术的不断进步，超级电容器将在未来发挥更重要的作用，为人类创造更加绿色、高效的能源未来。
电容器行业
电容器行业一、深耕电容领域六十余载，三大产品线协同发展（一）基础元件应用广泛，国内市场稳定拓展电容器在被动元件中的产值占比达到65%，是电子电路中不可或缺的基础元件之一。
电容器的主要功能在于储存电荷，由两个储存大小相等、符号相反电荷的电极，以及中间隔开电极的绝缘电介质组成。
当电性相反的电荷分别在电容器的两端累积，电容器两端的电势差逐渐增加，累积电荷越多，储存的能量就越大。
电容器的应用涉及能量存储、隔直通交、滤波、调谐回路、能量转换等各方面。
电容器产业链上游主要是电极和电介质材料等行业，下游应用场景广阔，主要可分为军用和民用两大类，军用领域包括舰船、航空、航天、兵器和电子对抗等，民用领域包括工业控制、电力设备及新能源、通讯设备、轨道交通、消费电子、医疗电子设备及汽车电子等。
电容器根据电介质的不同主要分为陶瓷电容器、铝电解电容器、钽电解电容器、薄膜电容器四大类。
陶瓷电容器主要应用于高频电路中，如振荡器、手机等的通信电路；铝电解电容器适合大容量、中低频率电路，如电源、逆变器、变频器；钽电解电容器主要应用于低压电源滤波、低压交流旁路中，如手机电源、电脑主板等；薄膜电容器主要应用于对使用频率特性和介质损失要求较高的滤波器、模拟电路等。
（二）铝电解电容多年积累，前瞻布局薄膜电容、超级电容公司深耕电容器领域60余年，产品线由铝电解电容逐渐拓展至薄膜电容和超级电容。
公司成立于1958年，前身为“平潮镇福利社”，1970年更名为南通县平潮无线电元件厂，开始研发生产铝电解电容器。
1991年公司更名为南通江海电容器厂，2005年吸纳香港亿威投资，成立南通江海电容器有限公司，2010年于深交所上市。
上市之后，公司以铝电解电容为核心，通过合资与收购的方式将业务拓宽至薄膜电容和超级电容。
2013年公司与日本ACT合作，受让ACT的锂离子超级电容器技术，2020年与美国的UCLA大学合作，进一步丰富了在超级电容器领域的技术储备；2018年公司与KEMET合资成立南通海美电子，获得了车载薄膜电容器的制造技术。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
C C C Cathode
Anode
功率密度 P = U 2 / 4R
电极容量:
S C ε ε0 r
d
双电层电容器的储能限制（电压）
5
电解质氧化降解区间
4
正
负
3
双电层电容器
极
（EDLC）
极
Potential / vs. Li/Li+
2
阴离子 阳离子
1
电解质还原降解区间
活性炭
E
1
活性炭
CU 2
Rinaldo Raccichini . Nature Mater. 2014.
石墨烯—超级电容器新机遇
石墨烯材料作为超级电容材料的优势：
高理论比表面积，可达 2675 m2g-1 超高的电子导率，可达 106 S cm-1 优异的化学稳定性及机械强度
(高能量密度) (高功率密度) (循环稳定性)
锂离子电容器
双电层电容器
锂离子电容器
负
正
极
极
阳离子 阴离子
活性炭 1.2 V
活性炭
负
正
极
极
锂离子 阴离子
石墨
活性炭
0.01 V
锂离子电容器储能机理
5
电解质氧化降解区间
4
Potential / vs. Li/Li+
3
双电层电容器
（EDLC）
2
1
电解质还原降解区间
锂离子 阴离子
石墨
活性炭
E 1 CU 2
氧化石墨烯活化 氧化石墨烯还原
CVD方法 氧化石还原法 氧化石墨还原法
离子液体EMIMBF4 (3.5 V)
EMIMBF4/AN (3.5 V)
EMIBF4 (4V)
EMIMBF4 (4V)
Et4NBF4/AN (2.5 V)
能量密度 基于材料 (Wh/kg)
98 127 103.5 86 21.5
石墨烯基超级电容器电荷储存机制
Novoselov, K. S. Nature. 2012 Rinaldo Raccichini . Nature Mater. 2014.
研究报道的石墨烯基超级电容器
材料
活化石墨烯1 多孔石墨烯 2 石墨烯纳米纤维3 介孔石墨烯4 改性石墨烯5
方法
电解液 (操作电压)
P =U2 / 4R S
C ε ε0 r d
总容量（C） 受限于正极容量 活性炭 ～ 100 F/g
需要：高比表面积，高比电容量，高电压稳定性，高导电性材料
石墨烯—超级电容器新机遇
石墨烯结构
碳材料家族一员; 二维蜂巢状晶格; 可形成多孔结构; 可形成掺杂/缺陷结构。
目前已知强度最高、最轻的材料
2
电压： 2.2 - 4.0 V
石墨
0
能量密度 15-20 Wh/kg
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Specific capacity (mAh g-1)
锂离子电容器
公司
类型
尺寸 (mm) 电压区间 (V) 电容量 (F)
JM energy Laminate 180*126*10.9
超级电容器的应用
消费电子
交通运输
升降装备
工业自动化
进一步提升电容器的能量密度（容量）
双电层电容器
锂离子电容器
负 极
正 极
负 极
正 极
阳离子 阴离子
活性炭
活性炭
锂离子 阴离子
石墨
活性炭
能量密度：E 1 CU 2 功率密度
2
电容容量
1 = 1 + 1 电极容量: C C C Cathode Anode
Capacitors （电容） 高功率密度 低能量密度 Batteries （电池） 高能量密度 低功率密度
目标 高能量密度 高功率密度
4
双电层电容器的工作原理
(A)
(B)
2-10 Å
正
负
极
极
阴离子 阳离子
活性炭
活性炭
φ
充电前
φ 充电完成
1-4V
能量密度：E 1 CU 2
2
总容量
1= 1 + 1
电压：
2.7
2 V
（有机体系）
能量密度 5-9 Wh/kg
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Specific capacity (mAh g-1)
锂离子电池工作原理
discharge
Carbon black Carbon black
Anode
Graphite-Li
Li+ + e- + FePO4
充放电时间 循环寿命 能量密度 (Wh/kg) 功率密度 (kW/kg)
循环效率 (%)
锂电池
~ 分钟 < 5, 000 @ 1C
100 to 265 0.3 to 1.5
50% ~ 90%
超级电容器
~秒 > 500, 000
5-9
5-10
> 98%
3
电化学储能器件的特性和应用
微电子
电动汽车
电网储能
TAIYO YUDEN Cylinder 25Φ*40L
ACT
Laminate 100*100*20.1
2.2-3.8 2.2-3.8 2.0-4.0
2000 200 5000
能量密度 (W h kg-1)
14 9.8 15
/index.php/EnergyAndEnvironment/LithiumIonCapacitor/lic_products/ Energy Environ. Sci. 2012, 5, 9363–9373
Graphite + Li+ + e-
～ 0. 01 V （石墨）
LiFePO4
Cathode
1. 能量密度
• Cell Voltage （电压) • Electrode Capacity （容量）
(number of electrons/ions)
2. 功率密度
• Electron Transport Rate • Ion Diffusion Rate
1. Science, 1537 (2011); 332 2. Nat. Commun. 5:4554 (2014) 3. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 2256−2259 4. Nano Lett., 2008, 8 (10), pp 3498–3502 5. Nano letter 2010 10 4863-4868
(电子－离子迁移速度)
3. 器件寿命
• Electrode (Network) Stability • Side Reactions （副反应）
(electrolyte/electrode) (insulated SEI Layer)
工作电压 > 3.0 V 7 能量密度： 100-265 Wh/kg
超级电容器：挑战与机遇
能源的采集和储存
水电
煤电
太阳能
电能
风能
能量储存
生物能
化学能
常用电化学储能装置
电池
法拉第过程 一次电池 铅酸电池 镍氢电池
锂离子电池 液流电池
金属空气电池，等
电容器
法拉第过程
非法拉第过程
极板极化过程
赝电容电容器
双电层电容器
陶瓷电容器 电解质电容器
高分子固体电容器
超级电容器
特征