超级电容器(新能源材料与器件导论第二十节课件)
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《超级电容器》课件
发展历程和前景
1
1 990年
2
实现了高性能的电化学电容器，并开
始在特定领域得到应用。
3
1 978年
超级电容器首次被发现，但技术限制 和高成本限制了商业应用。
2 000年
随着技术进步和成本下降，超级电容 器在多个领域得到广泛应用。
主要厂商
1 Maxwell Technologies
全球领先的超级电容器制造商，提供各种容量和尺寸的产品。
总结和展望
超级电容器是一种具有巨大潜力的电能存储技术，虽然还存在一些挑战和限制，但随着技术的不断进步 和应用需求的增长，它将继续发展并在更多领域得到应用。
超级电容器
超级电容器是一种高容量和高功率的电能存储设备，具有快速充放电速度和 长寿命的特点。
定义和原理
超级电容器是一种能够存储和释放巨大电荷量的装置，通过电荷在电容器的 正负极板之间的吸附和脱附实现能量的存储和释放。 超级电容器的工作原理基于电双层电容和电化学电容两种机制。
应用领域
可再生能源
超级电容器可以存储和释放电能，用于平衡可再生能源的波动性，提高能源利用效率。
2 Nesscap Energy
韩国超级电容器制造商，专注于高功率和高温应用领域。
3 Skeleton Technologies
欧洲超级电容器制造商，开发具有高能量和高功率密度的创新产品。
未来研究方向
超级电容器的研究正在关注提高能量密度、降低成本、延长寿命和提高温度 稳定性等方面的技术改进。
新材料和新结构的研发有望推动超级电容器的性能提升，进一步拓展其应用 领域。
交通运输
超级电容器可以作为电动汽车和混合动力车辆的辅助能源储存装置，提供高功率的提供短时电源支持，防止电子设备数据丢失。
超级电容器.
超级电容器超级电容器从储能机理上面分的话，超级电容器分为双层电容器和赝电容器。
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。
概述超级电容器（supercapacitor,ultracapacitor），原理又叫双电层电容器(Electrical Double-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。
超级电容器的研究PPT课件
2、孔径分布
孔径越大，电化学吸附速度越快，即使在比表面 积和总电容量相对低的情况下也可在大电流下传 递更多的能量。
超级电容器的研究
3、表面官能团
主要通过两种途径： 1）改变表面的润湿性能 2）官能团自身发生可逆的氧化还原反应 从制备高容量、耐高压、稳定性好的电容器角度 出发 , 要求活性炭材料表面的官能团有一个合适 的比例。
3) 液体电解质超级电容器 4) 固体电解质超级电容器
超级电容器的研究
三、碳材料超级电容器的性能特点
1、活性炭（AC）电极材料 性能特点：表面积较高，孔径可调，可批量 生产，价格低廉。
碳纤维
超级电容器的研究
2、碳气凝胶电极材料 优点：比表面积高，密度变化范围广，结构 可调。
制备方法如上图所示
超级电容器的研究
超级电容器的研究
2) 赝电容型超级电容器 (1) 金属氧化物材料 • 贵金属氧化物材料 —RuO2：无定型RuO2拥
有更高的电导率，更高的比电容，更高的电 化学可逆性。 • 替代RuO2的廉价金属氧化物材料—MnO2和 NiO。
超级电容器的研究
(2) 导电聚合物材料
聚苯胺(PANI)、聚 吡(PPy)和聚噻吩
超级电容器的研究
超级电容器的研究
缺点：
如果使用不当会造成电解质泄漏等现象； 和铝电解电容器相比，它内阻较大，因而不可以用于 交流电路。
超级电容器的研究
二、超级电容器的分类
1. 按原理分：双电层型超级电容和赝电容 型超级电容器。
1) 双电层型超级电容器
包括：活性炭（粉、纤维）电极材料、碳气凝胶电极 材料、碳纳米管电极材料、石墨烯电极材料超级电 容器。
3、碳纳米管(CNT)电极材料：单壁纳米管和多 壁 纳米管
孔径越大，电化学吸附速度越快，即使在比表面 积和总电容量相对低的情况下也可在大电流下传 递更多的能量。
超级电容器的研究
3、表面官能团
主要通过两种途径： 1）改变表面的润湿性能 2）官能团自身发生可逆的氧化还原反应 从制备高容量、耐高压、稳定性好的电容器角度 出发 , 要求活性炭材料表面的官能团有一个合适 的比例。
3) 液体电解质超级电容器 4) 固体电解质超级电容器
超级电容器的研究
三、碳材料超级电容器的性能特点
1、活性炭（AC）电极材料 性能特点：表面积较高，孔径可调，可批量 生产，价格低廉。
碳纤维
超级电容器的研究
2、碳气凝胶电极材料 优点：比表面积高，密度变化范围广，结构 可调。
制备方法如上图所示
超级电容器的研究
超级电容器的研究
2) 赝电容型超级电容器 (1) 金属氧化物材料 • 贵金属氧化物材料 —RuO2：无定型RuO2拥
有更高的电导率，更高的比电容，更高的电 化学可逆性。 • 替代RuO2的廉价金属氧化物材料—MnO2和 NiO。
超级电容器的研究
(2) 导电聚合物材料
聚苯胺(PANI)、聚 吡(PPy)和聚噻吩
超级电容器的研究
超级电容器的研究
缺点：
如果使用不当会造成电解质泄漏等现象； 和铝电解电容器相比，它内阻较大，因而不可以用于 交流电路。
超级电容器的研究
二、超级电容器的分类
1. 按原理分：双电层型超级电容和赝电容 型超级电容器。
1) 双电层型超级电容器
包括：活性炭（粉、纤维）电极材料、碳气凝胶电极 材料、碳纳米管电极材料、石墨烯电极材料超级电 容器。
3、碳纳米管(CNT)电极材料：单壁纳米管和多 壁 纳米管
超级电容原理及应用简介课件
法规与标准
随着超级电容的应用领域不断扩大 ，需要制定相应的法规和标准以确 保其安全可靠地应用。
未来发展前景
技术创新
随着科研技术的不断进步，未来超级 电容有望在能量密度、循环寿命等方 面取得突破性进展。
应用领域拓展
产业链完善
未来超级电容的产业链将进一步完善 ，包括材料、制造、应用等方面，这 将有助于推动其大规模应用和商业化 进程。
超级电容的发展历程
01 20世纪60年代
超级电容的初步研究和发展。
02 20世纪90年代
随着电子技术和新能源产业的发展，超级电容的 应用逐渐广泛。
03 21世纪初
超级电容在电动汽车、混合动力汽车、能源存储 系统等领域得到广泛应用。
02
超级电容的工作原理
电化学双电层理论
总结词
电化学双电层理论是超级电容工作原理的基础，它解释了超级电容如何通过电极表面的双电层 来储存电荷。
5. 重复实验步骤，多次测 量以获得更准确的数据。
4. 当超级电容充满电后， 使用数字万用表测量电容 器的放电电压和电流。
结果分析与讨论
• 通过实验数据，分析超级电容的充电和放电特性，包括充电时间、电压变化、电流变化等。 讨论超级电容的储能原理以及在储能技术领域的应用前景。
• · 通过实验数据，分析超级电容的充电和放电特性，包括充电时间、电压变化、电流变化等。 讨论超级电容的储能原理以及在储能技术领域的应用前景。
THANKS
感谢观看
详细描述
法拉第准电容器理论认为，超级电容的电极表面存在可逆的氧化还原反应，这些反应与双电层的形成和电荷的储 存释放有关。在充电过程中，电解液中的离子在电极表面发生氧化或还原反应，将电荷储存于双电层中；在放电 过程中，这些反应发生逆向反应，电荷被释放出来。
随着超级电容的应用领域不断扩大 ，需要制定相应的法规和标准以确 保其安全可靠地应用。
未来发展前景
技术创新
随着科研技术的不断进步，未来超级 电容有望在能量密度、循环寿命等方 面取得突破性进展。
应用领域拓展
产业链完善
未来超级电容的产业链将进一步完善 ，包括材料、制造、应用等方面，这 将有助于推动其大规模应用和商业化 进程。
超级电容的发展历程
01 20世纪60年代
超级电容的初步研究和发展。
02 20世纪90年代
随着电子技术和新能源产业的发展，超级电容的 应用逐渐广泛。
03 21世纪初
超级电容在电动汽车、混合动力汽车、能源存储 系统等领域得到广泛应用。
02
超级电容的工作原理
电化学双电层理论
总结词
电化学双电层理论是超级电容工作原理的基础，它解释了超级电容如何通过电极表面的双电层 来储存电荷。
5. 重复实验步骤，多次测 量以获得更准确的数据。
4. 当超级电容充满电后， 使用数字万用表测量电容 器的放电电压和电流。
结果分析与讨论
• 通过实验数据，分析超级电容的充电和放电特性，包括充电时间、电压变化、电流变化等。 讨论超级电容的储能原理以及在储能技术领域的应用前景。
• · 通过实验数据，分析超级电容的充电和放电特性，包括充电时间、电压变化、电流变化等。 讨论超级电容的储能原理以及在储能技术领域的应用前景。
THANKS
感谢观看
详细描述
法拉第准电容器理论认为，超级电容的电极表面存在可逆的氧化还原反应，这些反应与双电层的形成和电荷的储 存释放有关。在充电过程中，电解液中的离子在电极表面发生氧化或还原反应，将电荷储存于双电层中；在放电 过程中，这些反应发生逆向反应，电荷被释放出来。
超级电容器简介
二、超级电容器的基本分类
超级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。
相应的两类电极根据电极材料—-—组成三种电容器 双电层电容器 （碳材料超级电容器）正、负极——多孔炭 准电容器 混合材料电容器 正、负极——金属化合物、石墨、 导电聚合物。 电压、能量密度高
2、准电容储能材料 3、高性能电解质溶液
4、以减轻重量为中心的结构设计
活性炭是双电层电容器传统的电极材料，石墨结构的导电炭、碳化物的衍 生碳、碳纳米管、炭黑和石墨烯等各种各样不同结构的碳在双电层电容器 中的应用也越来越广泛。 法拉第赝电容的电极材料主要包括过渡金属氧化物材料和导电聚合物材料， 过渡金属氧化物电极的电容来源于氧化还原反应，比电容远高于双电层的比 电容，过渡金属氧化物电极材料的导电性差，在过渡金属氧化物中例如 MnO2和 NiO 等它们差的导电性阻碍了它们作为超级电容器电极材料的应用。 导电聚合物当氧化反应发生时，离子转移到聚合物骨架；当还原反应发生时，
离子从聚合物骨架中转移到电解液中，导电聚合物的氧化还原反应在聚合物
的整体中进行，不仅局限于表面。然而，导电聚合物存在循环稳定性差的问 题，在长时间的循环测试中导电聚合物会发生收缩和溶胀，影响其循环寿命。
研究人员通过复合的方式在具有高比表面积和良好导电性以及多孔的碳材料
表面负载过渡金属氧化物，制备了具有多层次结构的碳基复合材料。通过这 种方式提高了赝电容电极材料的利用率，改善了复合材料的性能。
4.
以减轻重量为中心的结构设计
碳是双电层电容器理想的电极材料，在水溶液和非水溶液理想极化的条件下电压分别为 1 V 和 3.5 V
电容器电解质：
新能源材料 超级电容器
第三章超级电容器材料 根据使用电极材料的不同可分为两大类：（1）以炭材料为电极，以电极双电层电容的机制储存电荷，本质是静电型能量储存方式，通常被称作双电层电容器(EDLC)。
电容量与电极电位和比表面积的大小有关，因而常使用高比表面积的活性碳作为电极材料，从而增加电容量。
例如，活性碳的表面积可达1000m2/g，电容量可达100F/g，且碳材料还具有成本低，技术成熟等优点，该类超级电容在汽车上应用也最为广泛。
（2）以二氧化钌或者导体聚合物等材料为正极，活性炭作为负极材料，以氧化还原反应的机制存储电荷，通常被称作电化学电容器。
与双电层电容器的静电容量相比，相同表面积下超电容器的容量要大 10～100倍，因此可以制成体积非常小、容量大的电容器。
但由于贵金属的价格高，主要用于军事领域。
根据储能原理分类：双电层型超级电容和赝电容型超级电容器。
1) 双电层型超级电容器包括：活性炭（粉、纤维）电极材料、炭气凝胶电极材料、碳纳米管电极材料、石墨烯电极材料超级电容器。
以上电极材料可以制成：1.平板型超级电容器，在扣式体系中多采用平板状和圆片状的电极，另外也有多层叠片串联组合而成的高压超级电容器，可以达到300V以上的工作电压。
2.绕卷型溶剂电容器，采用电极材料涂覆在集流体上，经过绕制得到，这类电容器通常具有更大的电容量和更高的功率密度。
电解液的分解电压决定了最大工作电位窗口⏹电极材料决定容量C⏹电解液决定V max,由于与电压的平方关系，因此电解液分解电压关系到能量密度⏹高的能量密度可以通过提高电极材料容量C，或者电解液电化学稳定窗口来获得。
6. 电解液电容器电解质：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）LiAlCl4/SOCl2季磷盐( R4P+)电导率高、电化学稳定性好，可以提高电容器的分解电压 (达5.4～5.5 V)。
《超级电容器》PPT课件
寿命：
在25℃环境温度下的寿命通常在90 000小时，在60℃ 的环境温度下为4 000小时，与铝电解电容器的温度寿 命关系相似。寿命随环境温度缩短的原因是电解液的 蒸发损失随温度上升。寿命终了的标准为：电容量低 于额定容量20%，ESR增大到额定值的1.5倍。
循环寿命：
20秒充电到额定电压，恒压充电10秒，10秒放电到额 定电压的一半，间歇时间：10秒为一个循环。一般可 达500000次。寿命终了的标准为：电容量低于额定容 量20%，ESR增大到额定值的1.5倍。
Dimension(mm)
Volume Weight
(ml)
(g)
AC
D
L WT
<123 10 20
1.6
2.4
<35
8
30
<70 10 30
<38 16 25
<23 18 40
<61
8
20
<29 10 20
<26
8
30
<26 10 30
<21 16 25
<14 18 40
1.5
2.2
2.4
3.6
5.0
Nominal Voltage (V)
Dimensions (mm)
Product Family
4.5V
20.0 x 15.0 28.5 x 17.0 39.0 x 17.0
GZ 2 GW 2 GS 2
DC capacitance 2 (mF ± 20%) 4
75 140 - 550 250 - 1200
ESHSP-1700C0-002R7
ESHSP-3500C0-002R7
超级电容器PPT课件
有机系超级电容器的优缺点
优点
具有较高的分解电压 较高的能量密度 较高的电化学稳定性 耐高压 产品使用寿命长 工作温度范围宽
缺点
电容器的过充会导致有毒的挥发性 物质产生，同时也会使电容器的储 电能力显著下降甚至消失
有机电解液应该尽量避免水的存在， 水的存在会导致电容器性能的下降， 自放电加剧
4
4-2 超级电容器的电解液
16
3
三种超级电容器对比
三种超级电容器的优缺点对比
双电层电容器
工作温度范围宽
温度变化小
优
功率密度高
点
安全性高 寿命高
已商业化
缺
电压低 能量密度低
点
成本高
自放电大
法拉第赝电容器
能量密度大
功率密度低 电压低
除RuO2外研究中 成本最高
混合超级电容器
工作温度范围宽 能量密度高 安全性高 寿命高
产业化推进中 温度变化大 功率密度低
1.用于小型超级电容器的无纺布隔膜（扣式）
规格
MPF
厚度范围（μm）
应用
30～300
低自放电扣式
材料
P.P.聚丙烯
2.用于大型超级电容器的纤维素隔膜（卷绕式或叠层式）
规格
TF40 TF45 TF48
厚度范围（μm）
30，35，50，60，70 30，35，40，50，60, 40，50
应用
低 ESR 型 低自放电型
研究趋势：材料复合，降低成本
22
4
4-1超级电容器的电极材料
2.碳纳米管
单壁纳米管 多壁纳米管 优点：高导电率，比功率高， 缺点：比表面积小，成本高。
因此一般作为添加剂使用
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高比表面 良好的电解 液浸润性 高中孔孔容
孔容 12~40Å 400l/g，大 高电导率 于40Å的孔容 50l/g
高性价比
高的堆积 比重 高纯度 灰份 < 0.1%
17
已研制的电容炭材料
活性炭(粉、纤维、布)
纳米碳管 A 应用最多的 电极材料
B
C
碳气凝胶 D 活化玻态炭 D
活化玻态炭
循环 寿命
20秒充电到额 定电压，恒压 充电10秒， 10秒放电到额 定电压的一半， 间歇时间10秒 为一个循环。 一般可达 500000次。
密度
这里指： 功率密度 （kW/kg ）和能量 密度（ wh/kg）， 根据不同 超容性能 而变化。
寿命随环境温度缩短的原因是电解液的蒸发损失 随温度上升。寿命终了的标准为：电容量低于额 定容量20%，ESR增大到额定值的1.5倍
KOH电解液体系
23
有机电解液电容炭性能比较
编号 ACC-507-25 ACC-5092-25 电容炭 AC-701 比容量 内阻 生产厂家 （F/g） （m ） 30 2.48 松下电器产业中央研究所 25 3.40 松下电器产业中央研究所 24 2.71 三菱化学 35 2.53 防化研究院第一研究所
21
活性炭纤维的研究举例
纺丝原料的“掺杂” 1、过渡金属螯合物 —活化催化剂 2、低分解点、低残炭量共聚物 3、纳米材料 — 炭黑等 酚醛树脂纤维和布 炭化、活化
22
生产用粉状活性炭性能的比较
充放电流密度 （mA/g） 防化院 质 量 比 巨容用炭 容 量 奥威用炭 （F/g） 金正平炭 50 272 190 127 87 1000 2000 5000 8000 220 149 104 65 198 129 87 53 162 133 83 未测 69 64 42 未测 成型密度 （g/cm3） 0.72 0.76 0.65 0.68
额定 电流
漏电 流 一般为 10μA/F
5秒内 放电到 额定电 压一半 的电流
12
7.1.8 超级电容器的性能指标
等效串 联电阻 专项规 性能指标 划的总 体任务
以规定的恒 定电流和频 率（DC和 大容量的 100Hz或小 容量的KHz ）下的等效 串联电阻。
寿命
在25℃环境温 度下的寿命通 常在90 000小 时，在60℃的 环境温度下为 4 000小时， 与铝电解电容 器的温度寿命 关系相似。
24
导电性 好，比 功率高
比表面 小，比 容量低
成本高
因而一般是做添加剂使用！
碳纳米管特点
25
碳气凝胶——电子导电性好
碳气凝胶制备方法
R+F以Na2CO3催化热凝 凝胶 丙酮置换 无水凝胶 液体CO2置换 超临界干燥 RF-气凝胶 炭化 碳气凝胶 电容器产品性能：功率 4000 W/kg，能量 1 Wh/kg
10-3—10-6秒
10-3—10-6秒 <0.1 >100000 <100000 >0.95
15
7.2 超级电容器技术及电极材料的进展
超级电容 器的核心 多孔电容炭材料
准电容储能材料
高性能电解质溶液
研究内容
以减轻重量为中心的结构设计
16
7.2.1 多孔电容炭材料
比表面 > 1000m2/g 理论比电容 > 250 F/g
2
目录
7.2 风能基本参数及我国风能分布
7.2.1 多孔电容炭材料 7.2.2 准电容储能材料 7.2.3 高性能电解质溶液 7.2.4 以减轻重量为总新的结构设计
3
7.1 超级电容器概述
7.1.1 什么是超级电容器？
超级电容(supercapacitor)，是相对于传统电容器而言 具有更高容量的一种电容器。通过极化电解质来存储能 量。
超容
锂离子电池
14
对比数据
性 能 铅酸电池 超级电容器 普通电容器
充电时间
放电时间 比能Wh/kg 循环寿命 比功率W/kg 充放电效率
1-5小时
0.3-3小时 30- 40 300 < 300 0.7-0.85
0.3-若干秒
0.3-若干秒 1- 20 >10000 >1000 0.85-0.98
充放电寿 命很长 可以提供很 大电流放电
高的放电电 流
可达500000次，或 90000小时，而蓄电池 的充放电寿命很难超过 1000次
快速充电
可以数十秒 到数分钟内 快速充电
5
（-40+70℃）
7.1.3 超级电容器的分类
分类
以炭材料为电极，以电 极双电层电容的机制储 存电荷，本质是静电型 能量储存方式，通常被 称作双电层电容器 (EDLC)。电容量与电极 电位和比表面积的大小 有关，因而常使用高比 表面积的活性碳作为电 极材料，从而增加电容 量。
18
活性炭
优势
性能影 响因素
研究趋势
(1)成本较低； (2)比表面积 高; (3)实用性 强； (4)生产 制备工艺成熟； (5)高比容量， 最高达到 500F/g，一般 200F/g。
(1)炭化、活 化条件，高 温处理；(2) 孔分布情况； (3)表面官能 团 (4)杂质。
材料复合 、降低成 本
廉价金属
1. 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。 2.NiO材料 溶胶-凝胶法 制得多孔NiO比 容量265F/g。 3. 多孔V2O5水合 物比容量350 F/g（在KCl溶 液）。 4. Co2O3干凝胶 比容量291F/g。 （KOH溶液 中）。 5.-Mo2N比容量
第八章
超级电容器
1
目录
7.1 超级电容器概述
7.1.1 7.1.2 7.1.3 7.1.4 7.1.5 7.1.6 7.1.7 7.1.8 7.1.4 什么是超级电容器？ 超级电容器的特点 超级电容器的分类 超级电容器工作原理 制备高性能的超级电容器的两个途径 超级电容器的优缺点 超级电容器制作工序 超级电容器的性能指标 超级电容器与锂离子电池对比
text2 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。
9
7.1.6 超级电容器的优缺点 优缺点对比
在很小的体积下达到法 拉级的电容量；无须特 别的充电电路和控制放 电电路；和电池相比过 充、过放都不对其寿命 构成负面影响；从环保 的角度考虑，它是一种 绿色能源；超级电容器 可焊接，因而不存在像 电池接触不牢固等问题
纳米孔玻态炭 项目 比表面积m2/g 电导率S/cm 800~1900 7~60 碳气凝胶 （美国） 400~1000 5~40
电极密度g/cm3
最佳比容量F/g 制备条件
0.73
230 常规方法、简单方便
0.70
170 超临界干燥周期 长、费用高
28
7.2 超级电容器技术及电极材料的进展
导电聚合物
1. 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 2. 性能特点： 可快速充放电、 温度范围宽、不 污染环境 ； 3. 存在问题： 稳定性、循 环性问题。
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7.2 超级电容器技术及电极材料的进展
多孔电容炭材料
超级电容器是介于电容器和电池之间的储能器件，它既具有 电容器可以快速充放电的特点，又具有电池的储能特性。
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7.1.2 超级电容器的特点
超级电容器的八大特点 电容量大
可任意并联 增加电容量 等效串联电阻 ESR相对常规 电容器大 10F/2.5V的ESR 绿色环保 为110mΩ
工作温度范 围宽
超级电容器采用活性炭粉 与活性炭纤维作为可极化 电极与电解液接触的面积 大大增加，则电容量越大。
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7.1.9 超级电容器与锂离子电池电池对比
1. 超低串联等效电阻； 2. 功率密度较电池高，功 率密度是锂离子电池的数 十倍以上； 3. 循环寿命：50万次 4.大电流放电：一枚4.7F电 容能释放瞬间电流18A以上 5. 工作范围广： -40℃～ +70℃
1. 串联电阻较高； 2. 功率密度较低； 3. 循环寿命约为1000次 ； 4. 充放电效率较低：一 般为几个小时； 5. 一般电池是-20℃～ 60℃
缺点：制备费力
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玻态炭
电导率高，机械性能好； 结构致密，慢升温制作难，价贵。 玻态炭
只能表层活化
纳米孔玻态炭
纳米孔玻态炭 整体多孔，比能量提高 快速升温炭化，成本大降
活性玻态炭
多孔碳层 厚15~20 um
多孔碳层的电导率高，比功率18kW/L；但电容器 的比能量很低（0.07Wh/L）
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纳米孔玻态炭与碳气凝胶性能比较
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。
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7.1.5 制备高性能的超级电容器的两个途径
text1 增大电极材料比表面积,从而增大双电层电容量。
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。
多孔电容炭材料
准电容储能材料
高性能电解质溶液
研究内容
以减轻重量为中心的结构设计
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准电容器对金属化合物的性能要求：
高比表面——高比能量
低电阻率 ——高比功率
要求
化学稳定性——长寿命 高纯度——减少自放电
价格低——便于推广应用
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三种主要的准电容器
贵金属 贵金属
1.贵金属RuO2电容性 能研究 (1) 使用硫酸电解液； 容量高，功率大，成 本高。 (2) 热分解氧化法 380F/g溶胶-凝胶法 768F/g 2. 添加W、Cr、Mo、 V、Ti等的氧化物 (1) 降低成本； (2) 复合后性能高: WO3/RuO2比容量 高达560F/g; Ru1yCryO2x H2O比容量 高达840F/g (3)活性炭上沉积0.4 mm无定形钌膜达到 900F/g.