超级电容器2 mic

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1、超级电容器二、超级电容器发展概况简述1超级电容器研究的意义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，已超过了当前电池的标难设计能力。超级电容器(SC)正是在这样的背景下产生的。“超级电容器”一词来自20世纪60年代末日本NEC公司生产的电容器产品“Supercapacitor”。它泛指具有很高功率和高能量密度的电容器[1]。所谓“超级电容器”本质上是根据电化学原理设计、制造出来的，因此它又被称为电化学电容器(Ele

2、ctrocamicalCapacitors，EC)。新型的电化学电容器具有优良的脉冲充放电性能以及大容量储能性能，并且具有充电快、循环寿命长、环境适应性强、无记忆效应、免维护、对环境无污染等优点。“冷战”时期超级大国间的军备竞赛，特别是美国的“星球大战”、“导弹防御系统”计划大大加快了超级电容器在军事装备的应用。它可作为新一代激光武器、潜艇、导弹以及航天飞行器等高功率军事装备的激发器。军用坦克、卡车在恶劣条件下的启动、爬坡、刹车等动力响应过程的瞬间启动电源等等；近年来电动汽车的兴起，更进一步推动了超级电容器的发展，由于超级电容器具有较大的功率密度，在新一代电动车中，可以与锂离子电池联用，用于

3、解决起步，加速及制动能量的回收，从而起到保护电池，提高整车性能的作用。在普通机车的运行过程中，超级电容器也可以配合蓄电池应用于各种内燃发动机的电启动系统.作为一种新的储能元件，超级电容器填补了传统电容器（如平板电容器、电解电容器）和电池之间的空白，无论是从电荷储存原理、还是器件的性能，它都与常规的物理(介质)电容器有较大的区别。它能提供比普通电容器更高的比能量和比二次电池更高的比功率以及更长的循环寿命，同时还具有比二次电池耐温和免维护的优点。超级电容器具有法拉级的超大电容量；其脉冲功率比蓄电池高近十倍。充放电循环寿命在十万次以上；有超强的荷电保持能力，漏电源非常小。充电迅速，使用便捷；无污染

4、，有利于环保。因此，它在计算机、通信、电力、交通、航空、航天、国防等领域具有广阔的应用前景。各工业国家都纷纷把电化学电容器列为国家重点战略研究开发项目。1996年欧共体制定了超级电容器的发展计划，美国能源部及国防部也制定了相应的发展超级电容器的研究计划。我国在“十五”国家863计划中要求研究满足电动车整车要求的超级电容器。超级电容器正成为研究热点[2]。2研究与发展概况超级电容器的研究源于美国GE公司1957年Becker取得的第一篇双层电容器专利[3]，它以碳材料为电极，硫酸水溶液作电解质，工作电压lV。进入90年代以来，由于电动汽车的兴起，对超级电容器的各类研究也逐渐增多，目前超级电容器

5、的研究主要集中在以下几个方面：（1）电极材料的选择和优化a碳电极材料超级电容器电极材料按照种类可以分为碳电极材料，金属氧化物电极和导电聚合物电极三大类，对于碳电极材料而言（包括活性炭、碳纤维、碳气溶胶和碳纳米管材料等），主要遵循双电层电容储能原理，即利用碳材料具有较大的表面积，通过碳材料吸附电解液中的离子在电极表面形成双电层来完成储能过程[4]；b过渡金属氧化物电极材料对过渡金属氧化物而言，主要是通过在电极表面发生高度可逆的氧化还原反应来实现电荷的储存，自1975年conway发表了过渡金属氧化物准电容储能理论[5]，目前已有许多关于过渡金属氧化物如RuO2[6]、IrO2[7]、MnO2[

6、8]、NiO[9]、Co3O4[10]、V2O5[11]、SnO2[12]作为超级电容器电极材料的报道。按同等表面积计算，遵循法拉第准电容理论的过渡金属氧化物电极，其比容量可达到碳电极材料的10-100倍，其中氧化钌电极材料具有最好的电容特性，但氧化钌昂贵的价格极大的限制了其具体应用，对于用氧化钌制备的超级电容器，氧化钌电极材料的成本就占据了整个电容器价格的90%，所以目前人们进行了许多研究，尝试采用廉价金属氧化物取代氧化钌电极。C导电聚合物材料除了碳材料和过渡金属氧化物可作为超级电容器材料以外，高分子聚合物材料[13]目前也被用于超级电容器电极材料的制备，其储能也是遵循法拉第准电容原理。相

7、比过渡金属氧化物电极工作电压较低的特点，采用高分子聚合物材料可以在高电压下工作，同时也具有较大的能量密度和功率密度，高分子聚合物电极材料代表了超级电容器电极材料研究的一个新的发展方向。但其可逆性相比碳电极和过渡金属氧化物电极较差，此外在长时间的循环过程中保证其稳定性（包括防止外形的膨胀或收缩）及内阻较大也是目前急需解决的问题，而这些因素常常会限制高分子聚合物电极的进一步应用，目前高分子聚合物电极材料仍处于基础