资源描述：
《超级电容器文献综述》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、高比能量水基电解质炭基超级电容器的研究文献综述一、课题背景和意义超级电容器(Supercapacitor)，又称超大容量电容器(Ultracapacitor)或电化学电容器(Electrochemicalcapacitor),是一种重要的电化学能量存储与转换装置W从双电层理论的提出到超级电容器的问世，经历了很长一段历史。20世纪50年代木，Becke屮请了双电层电容器的专利，超级电容器的研究才取得实质性进展［人1971年，口本NEC公司成功制备了第一个商用超级电容器⑷。在七八十年代，Conway和
2、他的合作者利用應电容电极材料RuO?制备了性能更加优异的超级电容器⑸。美国政府在1989年制定了超级电容器领域的短期和中长期研究计划项目，更是加速推动了超级电容器产业的发展。2007年，《Discovery》将超级电容器列为2006年世界七大技术发现之一，认为其是能量储存领域的一项革命性发展，并将在某些重要领域替代传统能量存储装置。至此，超级电容器已得到齐界的广泛关注和认可，并成为全球新型储能器件的一个研究热点［3^-1I］o作为一种新型的储能器件，超级电容器具有众多优点，图1.1是其与电池和普通
3、电容的对比情况。对比结杲显示与电池相比，超级电容器具有较低的能量密度,但是其功率密度较高；与普通电容相比，超级电容器具有较低的功率密度，但是其能量密度较高。能吊密度(Wh/kg)0.010.10.5151050100S001000图1.1不同储能器件对比二、超级电容器的组成和工作原理2.1超级电容器的组成超级电容器是一种重要的电化学能量存储装置，其结构示意图如图2.1所示。超级电容器的主要构件为对称的双电极、防止电极接触短路的隔膜、电解质和电极材料基底•集流体。COCationCurrentCol
4、lectorActiveMaterialAnionSeparator图2.1超级电容器的构成图示2.2工作原理基于超级电容器的不同构成材料及工作原理，可将其分为三类：⑴电化学双电层电容器(ElectrochemicalDoubleLayercapacitor,EDLC)；(2)法拉第贋电容器(FaradicPseudocapacitor,FPC)；(3)混合朵化型电容器(HybridSupercapacitor,HSC)o2.2.1EDLC的工作原理EDLC是通过电极
5、界面双电层储存能量的。EDL
6、C可被看作是由两个无反应活性的多孔电极薄板悬浮在电解质溶液中，中间以带孔膜隔开而构成的装置，其机理为：充电过程中，在外电场作用K,溶液中的止离了、负离了分别向负、止极转移，并在电极
7、电解质界面分别形成双电层；放电过程中，止负极通过外接电路连通，在界面上聚集的电荷进行定向迁移，在外接电路中形成一定的电流,而此时电解质溶液中的止离了和负离了则分别摆脱负极、止极的表面吸引，重新进入电解质内部，形成均态分布局面。此外，由于两极间极短的距离和巨大的多孔电比表面积，从而产生极大的电容量。2.2.2FPC的工作
8、原理FPC的工作原理是：借助电极表面及体相中可逆的掺朵
9、去掺杂、欠电位吸附
10、脱附或者快速的氧化还原过程所产生的“贋•电容》來进行电荷及能量的储仏在充放电过程中，反应过程是在整个体系中进行，因而可实现的比电容值的最大化,所以在相同的体积或重量时，FPC的电容量是EDLC电容量的几十倍乃至百倍。2.2.3HSC的工作原理HSC是采用两种不同工作原理的活性材料作为组成部件而组装的朵化装置，其同时基于双电层电容和法拉第准电容原理进行工作。HSC在进行工作时,不仅有双电层电容的贡献，而且有法拉第贋电容的支持
11、；此外，HSC体系还可以得到更高的工作电势窗。因此,HSC的比能量远远高于单纯的EDLC或FPC,并兼备较高的比功率和优异的循坏性能。三、电极材料3.1双电层电容材料基于双电层原理來存储电容及能量的电极材料称为双电层电容材料，其主耍是指碳基电极材料。目前碳基材料的研究主要集中在活性炭(ActivatedCarbon,AC)、碳纳米管(CarbonNanotube,CNT)^石墨烯(Graphene,GE)^碳气凝胶(CarbonAerogels,CA)和有机化合物或天然生物质体的碳化物等。3.1.
12、1AC材料AC是最早用来作为超级电容器的电极材料［叨。制取AC的原料主要有煤矿［⑴、石油焦［⑷、木材［国、坚果壳［⑹、碳水聚合物［⑺等。理论上，AC电极材料的比表面积越高，其Cs就越大，但实际比较复杂［叫对AC材料的研究方向主要在增加其比表面积，期能有更大的双电层电容表现。AC材料是貝有高比表面积，制取原料丰富，价格相对便宜是应用最广泛的超级电容器电极材料。3.1.2CNT材料1991年，LijimaS.［⑼首次发现CNT,由于CNT独特的结构，引起了社会齐界的广泛关注。作为新型的
