超级电容器的概述
超级电容器研究综述
一、超级电容器的发展与进步（一）概述在古代，人们发现了与琥珀及橡皮相摩擦，引起表面贮存电荷的可能性。
然而这一效应的缘由直到18世纪中叶方被人们理解。
140年后，人们开始对电有了分子原子级的了解。
早期的有关莱顿瓶的发现和研究，开启了电容器的序幕。
之后，电容器不断的发展起来，现如今，其发展起来的电化学超级电容器，已经应用于国防设备、电力设备、通讯设备、铁路设施、电子产品、汽车工业等方方面面，成为当代社会不可缺少的一部分。
电能能够以两种截然不同的方式存贮：一种间接方式是作为潜在可用的化学能，存贮在电池里。
另一种直接的方式，则是以静电学形式将正负电荷置于一个电容器的不同极板之间来存贮电能。
超级电容器在存贮电荷时有着两种原理，一种是通过双电层原理，以非法第模式来存贮电能；而另一种则是法拉第模式，通过发生氧化还原反应来产生赝电容。
目前双电层型超级电容器一般采用碳材料做电极，通过碳材料的大的比表面积来增加双电层的面积，而赝电容型超级电容器一般采用氧化物或聚合物的材料来做为电极。
同时，二者在制作超级电容器的时候也可以并用，从而使得超级电容器也可以划分为对称超级电容器和非对称超级电容器，对称即指电容器的两极的材料相同，非对称则不同。
在电解质方面，超级电容器绝大多数均采用液体电解质，如水及其它有机溶剂。
超级电容器的电化学性能分析有很多方法，但通常都包括以下四种图：循环伏安曲线，恒流充放电曲线，交流阻抗谱，循环稳定性曲线。
通过这四种图可以比较明确地判断出一个超级电容器的电化学性能的好坏，具体判断方法之后会详细说明。
超级电容器有着非常高的功率密度，但是其能量密度却比较低，它有着极好的循环充放电稳定性但是电压窗口却比较窄。
但是人们也在对其进行着不断的研究来改善超级电容器的这些弊端。
（二）超级电容器的原理超级电容器又称为电化学电容器，是介于传统电容器和电池之间的新型电化学储能器件，它的出现填补了Ragone图中传统电容器的高比功率和电池的高比能量之间的空白。
新能源材料-超级电容器
8.1 超级电容器概述 8.2 碳材料系列 8.3 金属氧化物材料 8.4 导电聚合物材料 8.5 复合材料 8.6 其他材料
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8.1 超级电容器概述
超级电容器(Supercapacitors)是从上世纪七、八十年代 发展起来的通过极化电解质来储能的一种电化学元件。它不 同于传统的化学电源，是一种介于传统电容器与电池之间、 具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原假电容电 荷储存电能。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。
(a) 碳气凝胶 (b) 花朵上的碳气凝胶
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8.2 碳材料系列
碳气凝胶的制备： 1）形成有机凝胶：有机凝胶的形成可得到具有三维空 间网络状的结构凝胶； 2）超临界干燥：超临界干燥可以维持凝胶的织构而把 孔隙内的溶剂脱除； 3）碳化：碳化使得凝胶织构强化，增加了机械性能， 并保持有机凝胶织构。 只有热固性有机气凝胶才能制备碳气凝胶，否则碳化将破坏 凝胶结构。碳气凝胶的原料一般采用间苯二酚和甲醛，二者 在碱催化剂作用下发生缩聚反应，形成间苯二酚甲醛 RF(resorcinol formaldehyde)凝胶。用超临界干燥法把孔隙 内的溶剂脱除形成RF气凝胶，RF气凝胶在惰性气体下碳化 得到保持其网络结构的碳气凝胶。
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8.1 超级电容器概述
双电层原理示意图
功能材料研究所
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双电层电容器充电状态电位分布曲线
Profile of the potential across electrochemical double 功能材料研究所 layer capacitor in the charged condition
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。
4、微晶结构
对超级电容器来说,中孔比例大一些比较好 中孔碳材料的方法主要有三种: 1）催化活化法 2）混合聚合物炭化法 3）模板炭化法
3、发展趋势：
• 提高性能、降低成本是超级电容器发展的主旋律。 • 从超级电容器的发展历史来看，电容器虽然能够 提供高功率，但电容器不能像电池一样提供高的 重量能量比，期望将来超级电容器能够代替电池 作为储能元件，兼具高能量和高功率的性能。 • 超级电容器是绿色环保、能源开发的重要方向之 一，它的研发必将带动整个电子产业及相关行业 的发展，目前国内超级电容器的开发生产刚刚起 步，具有广阔的发展空间。
双电层原理示意图
2. 性能特点
—介于电池和物理电容器之间
性 能 铅酸电池 1-5小时 超级电容器 0.3-若干秒 普通电容器 10-3—10-6秒
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
0.3-3小时
30- 40 300 < 300 0.7-0.85
0.3-若干秒
1- 20 >10000 >1000 0.85-0.98
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。
(2) 导电聚合物材料 聚苯胺(PANI)、聚吡 (PPy)和聚噻吩(PTh) 他们的一些相关衍生 物。 优点： 价格低廉、对环境友 好、高导电率、高度 可逆以及活性可控。
根据工作原理超级电容器课件
contents
目录
• 超级电容器的概述 • 超级电容器的工作原理 • 超级电容器的组成与结构 • 超级电容器的性能参数 • 超级电容器的制造工艺 • 超级电容器的优缺点与前景展望
01
超级电容器的概述
定义与特点
定义
超级电容器是一种能够储存大量 电能的电子器件，通过极化电解 质来储存电荷。
加强与其他技术的结合
结合超级电容器和电池、燃料电池等其他能源存储技术，实现优势互 补，提高能源利用效率。
加强标准化和模块化设计
推动超级电容器的标准化和模块化设计，提高产品的互换性和可靠性。
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玻璃纤维膜
玻璃纤维膜具有较好的孔径分布和较高的热稳定性，在某些 特殊需求的超级电容器中也有应用。
超级电容器的电解液
有机电解质溶液
有机电解质溶液具有较高的离子导电 率和稳定性，是超级电容器中常用的 电解液类型。
固体聚合物电解质
固体聚合物电解质具有较好的化学稳 定性和机械性能，尤其在高温和低温 环境下表现出较好的性能。
通过熔融挤出、溶液浇铸或拉伸等方法制备薄膜，并经过热处理和 拉伸以提高其机械性能和电气性能。
薄膜处理
对薄膜进行表面处理，以提高其润湿性和电导率，并降低阻抗。
电解液的制备工艺
电解质的选用
选择具有高离子电导率、 低阻抗和稳定的电化学性 能的电解质，如有机电解 液和离子液体等。
电解质的配制
将电解质溶解在适当的溶 剂中，形成电解液，并调 整其浓度和成分以满足实 际需求。
04
超级电容器的性能参数
电化学性能参数
充放电时间
超级电容器的充放电时间较短， 可以在短时间内完成电荷的储 存和释放，提高能源利用效率。
超级电容器简介课件
用。
政策支持与产业发展建议
政策引导与资金支持 建立产业联盟 加强国际合作与交流
超级电容器与其他储能技术 的比较
与电池的比较
充放电速度
。
循环寿命
能量密度 成本
与超级电感的比较
储能原理
超级电容器通过双电层储能， 而超级电感通过磁场储能。
响应速度
超级电容器简介课件
目录
• 超级电容器的性能特点 • 超级电容器的制造工艺与材料 • 超级电容器市场现状与趋势 • 超级电容器的发展前景与挑战 • 超级电容器与其他储能技术的比较
超级电容器概述
定义与工作原理
定义 工作原理
超级电容器的主要类型
根据电解质类型
根据储能原理
可分为水系超级电容器和有机系超级 电容器。
超级电容器的发展前景与挑 战
技术创新与突破方向
材料创新
结构设计 集成化技术
市场拓展与合作机会
电动汽车领域
与电动汽车制造商合作，开发高 性能的超级电容器，提升电动汽
车的续航里程和加速性能。
智能电网领域
与电网公司合作，研发用于智能 电网的储能超级电容器，提高电 网的稳定性和可再生能源的接入
能力。
工业应用领域
主要应用领域市场现状与趋势
总结词
详细描述
市场竞争格局与挑战
总结词
超级电容器市场竞争激烈，企业需要不 断创新以保持竞争优势。
VS
详细描述
目前，全球超级电容器市场已经形成了较 为稳定的竞争格局，但随着新技术的不断 涌现和市场的不断扩大，竞争也日趋激烈。 企业需要不断加大研发投入，提高产品性 能和降低成本，以应对市场竞争的挑战。 同时，企业还需要加强与上下游企业的合 作，共同推动超级电容器市场的快速发展。
《超级电容器：科学与技术》笔记
《超级电容器：科学与技术》阅读札记目录一、超级电容器概述 (2)1. 超级电容器的定义与特点 (2)2. 超级电容器的发展历程 (4)二、超级电容器的科学与技术基础 (5)1. 超级电容器的结构原理 (7)1.1 电极材料 (8)1.2 电解质 (9)1.3 隔膜与外壳 (10)2. 超级电容器的性能参数 (11)三、超级电容器的制造技术 (12)1. 材料制备技术 (13)1.1 电极材料的制备 (15)1.2 电解质的制备 (16)1.3 其他材料的制备 (17)2. 制造工艺技术 (18)2.1 电极的制备工艺 (20)2.2 电解液的灌注工艺 (21)2.3 组装与封装工艺 (22)四、超级电容器的应用领域 (24)1. 电动汽车与智能交通系统 (25)2. 电子产品与可穿戴设备领域的应用现状和发展趋势分析 (26)一、超级电容器概述超级电容器是一种电能储存装置，它能够在短时间内快速充放电，并具有较高的功率密度和能量密度。
与传统的电容器相比，超级电容器具有更大的电容量和更高的储能效率。
它们主要由电极材料、电解质和隔膜组成，通过电极与电解质之间的界面效应来储存电能。
超级电容器在电动汽车、电子设备、航空航天、可穿戴设备等领域得到广泛应用。
由于其充放电过程不涉及化学反应中的相变，因此具有快速充放电、循环寿命长、工作温度范围宽等优势。
超级电容器还能够与电池等其他储能器件组合使用，提高系统的整体性能。
在阅读本书的过程中，我对超级电容器的分类、结构特点、性能参数以及应用领域有了更加清晰的认识。
我将详细记录书中关于超级电容器的科学与技术方面的内容，以便更好地理解和应用这一重要技术。
1. 超级电容器的定义与特点超级电容器，又称电化学电容器或双电层电容器，是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能器件。
它通过极化电解质来储存能量，与相同尺寸的普通电容器相比，超级电容器的容量显著更高。
超级电容器不仅具有极高的功率密度（即单位重量或体积内储存的能量），还拥有极长的循环寿命，能够在数千至数万次的充放电循环中保持稳定性能。
超级电容器实验报告(一)
超级电容器实验报告（一）引言概述:
超级电容器是一种新型的储能装置，具有高能量密度、快速充放电、循环寿命长等特点。
本实验旨在研究超级电容器的基本原理、性能测试和应用前景。
本文将从电容器的结构与工作原理、性能测试方法、性能参数、应用领域以及未来发展方向五个方面阐述超级电容器的相关知识。
一、电容器的结构与工作原理
1. 介绍超级电容器的基本结构，包括正负极材料、电解液和隔离层等。
2. 解释超级电容器的工作原理，包括离子吸附和分离、双电层电容和电化学电容等。
二、性能测试方法
1. 介绍超级电容器的电容测试方法，包括交流电容测试和直流电容测试。
2. 解释超级电容器的内阻测试方法，包括交流内阻测试和直流内阻测试。
三、性能参数评估
1. 讨论超级电容器的能量密度和功率密度的概念和计算方法。
2. 介绍超级电容器的循环寿命评估方法，包括循环稳定性测试和寿命预测方法。
四、应用领域
1. 介绍超级电容器在能源储存领域的应用，如电动车辅助动力、再生能源储存等。
2. 讨论超级电容器在电子设备领域的应用，如电子产品的快速充电和持续供电等。
五、未来发展方向
1. 探讨超级电容器的研究趋势，如材料改进和结构优化等。
2. 分析超级电容器在新兴应用领域的潜力，如智能穿戴设备和无人驾驶技术等。
总结:
通过本实验，我们深入了解了超级电容器的结构与工作原理，了解了性能测试方法和评估参数，探讨了超级电容器在各个应用领域的潜力，并展望了其未来的发展方向。
超级电容器作为一种新型的储能装置，具有广阔的应用前景和发展空间，必将在能源存储和电子设备领域发挥重要作用。
超级电容器工作原理
超级电容器工作原理引言概述：超级电容器是一种新兴的电子元件，具有高能量密度、快速充放电和长寿命等特点，被广泛应用于电子设备、汽车、航空航天等领域。
本文将详细介绍超级电容器的工作原理。
一、电容器基本原理1.1 电容器的定义和结构电容器是一种能够存储电荷的电子元件，由两个导体板和介质组成。
导体板上的电荷会在两板之间形成电场，存储电能。
1.2 电容器的充放电过程充电过程：当电容器接入电源时，电荷从电源流入导体板，导体板上的电荷逐渐增加，电场强度增大，电容器储存的电能增加。
放电过程：当电容器与电源断开连接时，导体板上的电荷会通过电路释放出来，电场强度减小，电容器储存的电能逐渐减小。
1.3 电容器的电容量和电压电容量是电容器存储电荷的能力，单位为法拉(F)。
电容量越大，电容器存储的电能越多。
电压是电容器两板之间的电势差，单位为伏特(V)。
电压越高，电容器存储的电能越大。
二、超级电容器的结构和特点2.1 超级电容器的结构超级电容器由两个电极和电解质组成。
电极通常采用活性炭材料，具有大表面积和高导电性。
电解质是一种能够导电的液体或者固体，能够提高电容器的电导率和存储电荷的能力。
2.2 超级电容器的高能量密度超级电容器的电极具有大表面积，能够存储更多的电荷，因此具有高能量密度。
相比之下，传统电容器的电能密度较低。
2.3 超级电容器的快速充放电由于超级电容器的电极和电解质具有低电阻性质，电荷在电容器内部的传输速度非常快，因此具有快速充放电的特点。
三、超级电容器的工作原理3.1 双电层电容效应超级电容器的电极表面存在双电层结构，即电极表面的电荷分布形成两层电荷层。
这种双电层结构使得超级电容器能够存储更多的电荷。
3.2 电化学反应超级电容器的电解质能够发生电化学反应，将电能转化为化学能。
这种反应可以增加电容器的电能存储能力。
3.3 电容器的电压稳定性超级电容器具有较好的电压稳定性，即在充放电过程中，电容器的电压变化较小。
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金属有机基碳Байду номын сангаас料
• MOFs具有丰富多样的结构、高的比表面积、大的孔容，使得MOFs 可以被作为一种碳前躯体来制备纳米多孔碳材料，它扩大了制备出新 颖结构和功能化的纳米多孔碳材料的类型。到目前为止，MOF-5、 Al-PCP和ZIF-8这几种MOFs化合物已被证明是一种能制备出在其他 吸附、传感、催化、电化学电容上具有优异性能的纳米多孔碳材料。 • 2000年美国歇根大学 Yaghi 和他的同事合成了一系列具有热稳定性 好、永久性孔结构等的MOF-n 材料。而MOF-n材料最具有代表性的 是MOF-5，具有类沸石结构，它的比表面积超过了沸石、传统的分子 筛、活性炭、碳纳米管，成为了金属有机骨架化合物(MOFs)发展史 上的一个重要的里程碑。 • 金属有机骨架化合物MOF-5是由锌化合物与对苯二甲酸络合成的具有 立方体结构的多孔材料。
• 传统电容器的面积是 导体的平板面积 • 超级电容器的面积是 基于多孔碳材料 • 1.庞大的表面积 • 2.极小的电荷分离距 离
比表面积 大
电容量大 （超级电 容）
电荷分离 距离极小
功率密度 大以及充 放电速率 快
影响ECs的关键因素
• 高性能电极材料 比表面积大的多孔碳材 料 • MOFs材料（Graphite Oxide Composites）
谢谢观看
超级电容器的概述
报告人：章开 2014年11月6日
双电层型 • 超级电容器的分类
赝电容型
双电层型电极材料主要为碳基材料，有活性炭、碳纤维和碳纳米管等
赝电容型电极材料主要为金属氧化物和导电聚合物等（能量密度高）
电容器的分类
• 超级电容器也称电化学电容器（ECs）或双 电层型电容器，主要依靠两电极材料之间 的电场来储存和转换能量。有着功率密度 高、充放电速率快、循环寿命长等优点(不 发生化学反应、可逆) • 赝电容型电容器:是指在电极-电解质界面的 双电层发生快速的法拉第电荷转移反应来 进行电荷存储的电容器
• 多孔的 MOFs具有纳米孔穴及连续孔道，孔壁由 有机分子链构成，加入碳源或者直接热解 MOFs 都可以作为超级电容器极碳材料。 • 纳米多孔碳材料是超级电容器极应用最多的电极 材料。而基于金属有机骨架化合物制备的纳米多 孔碳是近年发展一种新型材料。金属有机骨架化 合物具有高的比表面积、大孔容以及可调道结构， 最近被证实能作为碳前躯体或模板来制备多孔材 料。如MOF -5、Al -PCP、ZIF-8已经被应用来制 备多孔碳材料。这类具有方法简单、电化学性能 优异等特点来制备多孔碳材料。