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1、能源材料专题电化学超级电容器电极材料的研究进展*张暋熊暋暋马衍伟昄(中国科学院电工研究所暋北京暋100190)摘暋要暋暋超级电容器是一种利用电化学双电层储能或在电极材料表面及近表面发生快速可逆氧化还原反应而储能的装置,具有高的比功率、比能量和长的循环寿命.文章综述了超级电容器电极材料的储能机理、特点及应用,并重点介绍了石墨烯、二氧化锰及其复合电极材料在超级电容器中应用的最新研究进展.关键词暋暋超级电容器,电极材料,石墨烯,二氧化锰,复合材料Recentadvancesinthedevelopmentofel
2、ectrodematerialsforsupercapacitors昄ZHANG暋Xiong暋暋MA暋Yan灢Wei(InstituteofElectricalEngineering,ChineseAcademyofSciences,Beijing100190,China)Abstract暋暋Supercapacitorsareenergy灢storagedeviceswhichobtainenergyfromtheelectrochemicaldoub灢le灢layerortheredox灢typerea
3、ctionsatorbeyondthesurfaceoftheelectrode.Theypossesshighpowerden灢sityandenergydensity,andhavealonglifecycle.Thisreviewwillsurveythefundamentalprinciples,characteristicsandapplicationsofelectrodematerialsforsupercapacitors,withspecialemphasisonthere灢centpro
4、gressofresearchongraphene,manganeseoxideandtheircompositesaselectrodematerials.Keywords暋暋supercapacitors,electrodematerials,graphene,manganeseoxide,composite认为是支撑可再生能源普及的战略性技术,得到各1暋引言国政府和企业界的高度关注.超级电容器(supercapacitors或ultracapaci灢随着全球气候变暖,资源匮乏,生态环境日益恶tors)
5、,又称电化学电容器(electrochemicalcapaci灢[1—5]化,人类将更加关注太阳能、风能等清洁和可再生的tors),它是一种介于常规电容器与二次电池之新能源.但是,可再生能源(主要包括风能、太阳能)间的新型储能器件(见图1),同时兼有常规电容器的本身特性决定了这些发电的方式和电能输出往往功率密度大和二次电池能量密度高的优点.此外,超受到季节、气象和地域条件的影响,具有明显的不连级电容器还具有对环境无污染、效率高、循环寿命续性和不稳定性,如太阳能可以在晴天发电,而在阴长、使用温度范围宽、安全性
6、高等特点.超级电容器天和晚上就无法工作,风能发电也同样受到时间和在新能源发电、电动汽车、信息技术、航空航天、国防气象的影响.也就是说,可再生能源发出的电能波动科技等领域中具有广泛的应用前景.如超级电容器较大,可调节性差,从而为可再生能源的大规模利用用于可再生能源分布式电网的储能单元,可以有效带来了诸多问题,如果接入电网,电网的稳定性将受提高电网的稳定性.单独运行时,超级电容器可作为到影响.要解决这一问题,必须发展配套的高效储能太阳能或风能发电装置的辅助电源,可将发电装置装置,以解决发电与用电的时差矛盾以及间
7、歇式可*暋中国科学院知识创新工程重要方向项目(KJCX2灢YW灢W26)、国再生能源发电直接并网时对电网的冲击.同时,储能家自然科学基金(批准号:21001103)资助项目技术在离网的太阳能、风能等可再生能源发电应用2011-03-02收到中也具有至关重要的作用.目前,高效储能技术已被昄暋通讯联系人.Email:ywma@mail.iee.ac.cn·656·http:飋飋www.wuli.ac.cn暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋物理·40卷(2011年)10期能源材料专题所产生的能量以较快的速度储存
8、起来,并按照设计极/溶液界面形成的双电层储存能量,称双电层电要求释放,如太阳能路灯在白天由太阳能提供电源容.增大电极活性物质的比表面积,可以增加界面双并对超级电容器充电,晚上则由超级电容器提供电电层面积,从而提高双电层电容.力.此外,超级电容器还可以与充电电池组成复合电2.1.1暋活性炭源系统,既可满足电动车启动、加速和爬坡时的高功活性炭材料由于具有稳定的使用寿命、低廉的率要求,又可延长蓄电池的循环使用寿命,实现
