1、超級電容器電極材料的研究進(jìn)展Research Progress of Supercapacitors Electrode Material Designed by PengTQ超級電容器Research Progress of Supe 超級電容器概況 電極材料研究進(jìn)展3. 展望目錄 CONTENTS 超級電容器概況目錄 CONTENTS1.1 何為超級電容器超級電容器 (Supercapacitors),它兼有靜電電容器和電池特性,能提供比靜電電容器更高的能量密度,比電池更高的功率密度和更長的循環(huán)壽命。高能量密度高功率密度長循環(huán)壽命超級電容器超級電容器傳統(tǒng)電容器電池VS1.1 何為超級電容器

2、超級電容器 (Supercapac1.2 超級電容器的應(yīng)用超級電容器通訊電子國防汽車新能源1.2 超級電容器的應(yīng)用超級通訊電子國防汽車新能源1.3 超級電容器的分類雙電層法拉第雙電層電容器, 其電容的產(chǎn)生主要基于電極/電解液上電荷分離所產(chǎn)生的雙電層電容, 如碳電極電容器法拉第準(zhǔn)電容器, 其電容的產(chǎn)生是電極表面或體相中的二維或準(zhǔn)二維空間上, 電活性物質(zhì)進(jìn)行欠電位沉積, 發(fā)生高度的化學(xué)吸脫附或氧化還原反應(yīng), 產(chǎn)生與電極充電電位有關(guān)的電容, 如金屬氧化物電極電容器和導(dǎo)電聚合物電極電容器1.3 超級電容器的分類雙電層法拉第雙電層電容器, 其電容1. 比電容 單位為F/g2. 功率密度, 也稱比功率指單

3、位質(zhì)量或單位體積的超級電容器在匹配負(fù)荷下產(chǎn)生電/熱效應(yīng)各半時的放電功率。它表征超級電容器所能承受電流的能力, 單位為kW /kg或kW /L。3. 能量密度, 也稱比能量指單位質(zhì)量或單位體積的電容器所給出的能量, 單位為Wh /kg或Wh/L。4. 循環(huán)穩(wěn)定性1.4 超級電容器的性能指標(biāo)1. 比電容 單位為F/g1.4 超級電容器的性能1.5 超級電容器的組成電極材料是影響超級電容器性能和生產(chǎn)成本的最關(guān)鍵因素之一。超級電容器集流體電解質(zhì)電 極隔 膜1.5 超級電容器的組成電極材料是影響超級電容器性能和生產(chǎn)1.5 超級電容器的組成超級電容器電極材料碳素材料金屬氧化物。導(dǎo)電聚合物1.5 超級電容器

4、的組成超級電容器碳素材料金屬氧化物。碳素材料原理EDLC種類活性炭（AC）；活性炭纖維（CFA）；碳納米管（CNTs）；炭氣凝膠（CAGs）；石墨等優(yōu)點原料豐富價格低廉；比表面大；導(dǎo)電性好；化學(xué)穩(wěn)定性高缺點比電容相對較?。荒芰棵芏炔桓哐芯繜狳c活化活性炭（物理/化學(xué)）；碳材料的分散高度有序的碳納米管陣列；修飾石墨烯；復(fù)合材料：如CNT與金屬氧化物、導(dǎo)電聚合物、石墨烯的復(fù)合材料2.1 碳材料碳素材料原理EDLC種類活性炭（AC）；活性炭纖維（CFA）2.1 碳材料Wang, Huanwen, et al. Cutting and unzipping multiwalled carbon nanot

5、ubes into curved graphene nanosheets and their enhanced supercapacitor performance.ACS applied materials & interfaces4.12 (2012): 6827-6834.2.1 碳材料Wang, Huanwen, et al. 金屬氧化物材料原理以法拉第電容為主，也包含雙電層電容：離子的吸附/脫吸附和插入/脫出種類貴金屬氧化物（RhO、IrO）；賤金屬氧化物（Co3O4、NiO/NiOH、MnO2、V2O5等）優(yōu)點高的比電容（是碳材料的10 100倍）；穩(wěn)定性好缺點結(jié)構(gòu)致密，導(dǎo)電性能差

6、；電勢窗口太窄研究熱點通過不同的制備方法（如PLD）得到納米化的結(jié)構(gòu)，如已制備了納米棒、納米片納米環(huán)、分級多孔納米花、中空納米球等，主要為了增大表面積，同時有利于離子的傳輸；復(fù)合材料2.2 過渡金屬金屬氧化物材料原理以法拉第電容為主，也包含雙電層電容：離子的2.2 過渡金屬Wang, Huanwen, Yalan Wang, and Xuefeng Wang. Pulsed laser deposition of the porous nickel oxide thin film at room temperature for high-rate pseudocapacitive energy

7、 storage.Electrochemistry Communications18 (2012): 92-95.Wang, Huanwen, Yalan Wang, and Xuefeng Wang. Pulsed laser deposition of large-area manganese oxide nanosheet arrays for high-rate supercapacitors.New Journal of Chemistry(2013).PLD2.2 過渡金屬Wang, Huanwen, Yalan 導(dǎo)電聚合物材料原理主要是法拉第準(zhǔn)電容：電極內(nèi)具有高電化學(xué)活性的導(dǎo)電聚

8、合物進(jìn)行可逆的P型或n型摻雜或去摻雜；還有一部分電極/溶液界面的雙電層種類聚吡咯；聚苯胺；聚噻吩優(yōu)點通過設(shè)計聚合物的結(jié)構(gòu)，優(yōu)選聚合物的匹配性，來提高電容器的整體性能；比電容大；成本低缺點品種少；直接用導(dǎo)電有機(jī)聚合物作電化學(xué)電容器電極材料電容器內(nèi)電阻較大；充放電過程會發(fā)生膨脹，影響使用壽命研究熱點開發(fā)新的導(dǎo)電聚合物；改進(jìn)導(dǎo)電聚合物電極材料的性能，優(yōu)化超級電容器陰、陽極上聚合物的電化學(xué)匹配性；復(fù)合材料2.3 導(dǎo)電聚合物導(dǎo)電聚合物材料原理主要是法拉第準(zhǔn)電容：電極內(nèi)具有高電化學(xué)活性3. 展望 提高能量密度高比電容寬電勢窗口1.要有大的比表面積，高比表面意味著有更多的反應(yīng)活性點。2.要有合適的孔分布，孔網(wǎng)絡(luò)以及孔長度，這些條件都有利于離子以較高的速率傳輸。3.復(fù)合電極的電荷傳輸電阻要低。4.有較高的電化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性。電極材料3. 展望 提高高比電容寬電勢窗口1.要有大的比表面積，3. 展望未來電極材料的發(fā)展有兩個重要的方向: 復(fù)合材料 材料納米化納米結(jié)構(gòu)的材料具有高比表面積，能夠為電