能量储存材料与器件

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1、Capl超级电容器超级电容器：1、电容值大，能量密度高2、功率密度高3、充放电效率高4、循环寿命长5、工作温度范围广6、可靠性高7、绿色环保三种类型：1、将电荷储存在电极/电解质溶液界面处的电双层中，以高比表面积炭作为电极材料2、利用发生在电极表面的二维或准二维法拉第反应储存电荷,以过渡金属氧化物作为电极材料3、以导电聚合物为电极材料，导电聚合物充放电时周期性地成为氧化态或还原态，即氧化还原型准电容，具有类金属性质,电容是双层的双层型电容器特点：电荷储存是非法拉第过程，是静态储电方式,不发生通过电极表面的电荷转移，以绝缘体为介质

2、双目莫型：Helmholtz模型、Stern模型、Grahame模型鹿电容：又称法拉第准电容，是在电极表面或体相中的二维或准二维空间上，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸附，脱附，氧化，还原反应，产生和电极充电电位有关的电容电极材料：活戦粉末特点：1、高比表面2、具有发达的介孔3、高电导率4、高堆积比重5、高纯度6、良好的电解液浸润性处理方式：气相热处理、液相热处理电极材料:碳气凝胶结构特征：1、交联结构2、颗粒间的链接3、粒子间的线形或梯形聚合物链4、粒子内部的单独聚合物链优点：1、高比表面积2、低密度3、高导电率

3、4、可直接成型，不需粘结剂电解质对化学电容器行为的影响：1、电解质的电导率影响电容器的功率输出能力2、电解液中阴离子的吸附，影响比双层电容值3、通溶剂的绝缘性质，决定比双层电容的值及其对电极电势的依赖电解质电导率的决走因素:1、给定盐或酸溶液中自由电荷载流子、阳离子和阴离子的浓度2、电解质电离离子的迁移率或每个离子对电导的贡献3、溶剂的粘度水溶液电解质介质：电导率高、分子直径小利于形成双电层、容易挥发电化学窗口窄酸性水溶液（H2SO4、HBF4、HCI、HN03、H3PO4）碱性水溶液（KOH、LiOH）中性水溶液(KCI、Na

4、CLLiCLLi2SO4)非水溶液电解质介质：季披盐、锂盐、季隣盐特殊：四烷基季披盐R4N+1、在非水溶剂中具有良好的导电性和溶解性2、避免了过充使碱金属沉积在电容器阴极的可能性3、价格昂贵，必须足够纯净干燥4、在强烈过充电时会在负极发生分解Cap2金属空气电池金属空气电池：以空气中的氧气作为正极活性物质，金属（Li、Mg、Al、Zn、Cd、Fe）作为负极活性物质,水为电解质的一种高能电池。四种类型:一次电池、二次可充电池、金属板更换式电池、金属粒更换式电池根据阳极材料又分为：铝空、锌空、镁空、锂空、铁空等主要缺点：由于金属■空

5、气电池工作时需要不断的供应空气，因此它不能在密封状态或缺少空气的环境中工作。此外,电池中的电解质容易受空气湿度的影响而使电池性能下降，空气中的氧会透过空气电极并扩散到金属电极上，形成腐蚀电池引起自放电。工作勰02+2H2O+4e-*4OH",列=+0.401V4M+n02+2nH2O—4Af(0H)nM+nH2O—Af(0H)n+yH2铝-空气电池电池原理：负极采用铝合金,在电池放电时被不断消耗，正极是多孔性氧电极，跟H2/O2燃料电池的氧电极相同,电池放电时，从外界进入电极的氧气在与电解质和催化剂的三相界面发生电化学反应生成0

6、H・。电解液可分为碱性溶液,中性溶液。正极：O2+2H2O+4e-^4OH-负极：4A1+3C32+6H2O+4OH-^4A1(OH)4(碱性)4Al+3O2+6H2dAl(OH)3(中性)腐蚀：2A1+6H2O->2A1(OH)3+3H2特点：由于存在腐蚀反应”存在发热”和氢气产生”需做安全处理(中性)1、电导率较低,铝酸盐不可溶,功率难提高2、电压低(碱性)1、电压高2、阳极产物可溶，电导率高,阳极效率高锌■空气电池正极：Zn+2OH-=Zn(OH)2+2e-负极：0.5O2+H2O+2e_=2OH_总反应2Zn+O2+2H

7、2O=2Zn(OH)2存在的问题：1、锌电极直接氧化，出现锌枝晶2、空气催化剂活性偏低3、电解液的碳酸化4、锌电极钝化锂■空气电池正极：()2+2H2()+4l4()H・负极：LiiLi++c・水基电解质：1、放电产物为LiOH,溶于水基电解质，不会堵塞输氧通道2、开路电压高，充放电过电位低，充放电效率高有机电解质:1、氧溶解度高2、对锂腐蚀小3、制备简单镁■空气电池正极:MgTMg2++2c-负极："+2H2O+4e—4OH・总反应：Mg+l/2O2+H2O^Mg(OH)2铁-空气电池负极:Fe+20H-=Fe(OH)2+2e

8、-Fe(OH)2+OH-=FeOOH+H2O+eCap3铅酸电池铅酸电池正极：PbSO4+2H2OPbO2+H2SO4+2H++2e-1/2O2+2H++2e-负极PbSO4+2H++2e・Pb+H2SO4副反应2"+羽总反应PbSO4+2H2O^^PbO2+P