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1、------------------------------------------------------------------------------------------------电化学电容器中炭电极的研究及开发I_电化学电容器_戴贵平第17卷第1期新 型 炭 材 料Vol.17 No.12002年3月NEWCARBONMATERIALSMar.2002文章编号: 1007-8827(2002)01-0071-09电化学电容器中炭电极的研究及开发I.电化学电容器戴贵平, 刘 敏, 王茂章, 成会明(中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家实验室,辽宁沈阳 110016)摘 要: 在
2、介绍电双层电容器的基本原理及所使用的电极材料、电解质溶液、隔板和集电极等关键材料的基础上,进一步阐明了几种具有实用价值的电容器,如带有准电容量的金属氧化物电容器、导电高分子电容器和混合电容器的原理结构、性能及优缺点。最后评述了电化学电容器的独特性能、应用现状、新应用领域的开拓以及目前技术的开发现状和对今后发展的要求。关键词: 电化学电容器;超级电容器;电能存储中图分类号: TM535文献标识码: A1 前言 伴随人口的急剧增长和社会经济的快速发展,资源和能源日——————————————————————————————————————---------------------------
3、---------------------------------------------------------------------渐短缺,生态环境日益恶化,人类将更加依赖洁净和可再生的新能源。有的学者则更进一[1]步认为21世纪将是以电池为基础的社会。近年来在许多储能装置应用方面对功率密度的要求越来越高,已超过了当前水平电池的标准设计能力。一般除要求成本低、寿命长外,更希望有更高的单位重量或单位体积的能量密度(Whkg)或最大的功率密度(Wkg)。电化学电容器(ElectrochemicalCapacitors,EC),特别是超级电容器(Supercapacitors,＊1Ultr
4、acapacitors),在功率特性方面具有独特的优势。尽管它们的能量密度比充电电池低,但其功率密度大,可作为功率脉冲能源,能大电流瞬时充放电,在电动汽车中可作为车辆的启动、加速、爬坡时[5]提高功率和刹车时回收能量的重要器件;和电池组合使用时可防止电池的过量消耗和劣化。正如人体一样,在马拉松这样需要耐力的运动中使用的是存储在脂肪和筋肉中的能量,而在百米短跑等短时间突发运动中,其能量则来自于血液;高能量密度的电池和高功率密度的电容器具有不同的功能,也有着不同的应用领域。日本在20世纪70年代末期首先开发了具有数法拉(F)容量并可快速充放电的电双层电容器(EDLC-ElectricDoubl
5、eLayerCapacitors), 收稿日期:2001-06-05; 修回日期:2001-12-30——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------作为小型后备电源使用,近年来电化学电容器和超级电容器得到了快速发展,仅1994年EDLC的市场销售额就已经达到90亿～100亿日元,2000年估计将超过1000亿日元。图1为各种轻便能源装[12]置的适用目的比较。[6][2-
6、4]图1 各种能源装置的适用目的Fig.1 Applicationsofvariousenergydevices2 电双层电容器(EDLC)的原理及其关键材料2.1 基本原理传统电容器是在相向的金属平板电极间夹持介电常数高的物质(如云母),当两极间施加电压时可存储符号相反的电荷,并能很快地放出,即以纳秒脉 基金项目:国家自然科学基金(50025204,50032020)和中国科学院创新项目 通讯作者:成会明,E-mail:Cheng@imr.ac.cn 作者简介:戴贵平(1973-),男,江西抚州人,博士研究生,主要从事纳米碳管的电化学研究。E-mail:gpdai@imr.ac.cn 7
7、2··新 型 炭 材 料——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------2第17卷冲方式操作,其储电荷容量很小,每cm仅为皮(Pico-,10-12电率为ε,则其静电容量为式(1):ε (1)4πδ由于每
