電子技術(shù)在新能源中的應(yīng)用

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)超級電容器電極材料及應(yīng)用分析 學校：廣西科技大學 院系：電氣與信息工程學院班級：電科Z141 學號：1 姓名：于泳濤 摘要超級電容器作為一種新型的電子儲能元件，在技術(shù)和工藝上不斷得到革新和開發(fā)，被科學界和工業(yè)界所重視，甚至各個國家都設(shè)立和制定相應(yīng)計劃來發(fā)展這種新型元件。超級電容器已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但仍然受制于能了密度過低的問題，在部分領(lǐng)域內(nèi)無法得到應(yīng)用，因此便有對超級電容器的電極材料進行改良的方案，本文將對這一方案以及超級電容器在未來的發(fā)展進行分析論述。關(guān)

2、鍵詞：超級電容器、電極。超級電容器的概述超級電容器是介于傳統(tǒng)電容器和蓄電池（各類蓄電池）之間的一種新型儲能電子元件，具有許多的優(yōu)點，比如充電無污染、工作溫度范圍寬、抗干擾能力強、免維修、長壽命、充放電快等等。和傳統(tǒng)電容器相比，超級電容器具有極大的電容量，是一個法拉級的電容器，而通常模擬仿真和實際使用的傳統(tǒng)電容器均為微法和皮法（1法拉=1106微法=1012皮法），同時循環(huán)壽命可以達到幾十萬次以上；與化學電池相比，超級電容器不會產(chǎn)生污染、安全穩(wěn)定性高、高效實用等。因為種種優(yōu)勢，超級電容器一直被各個國家廣泛應(yīng)用于工業(yè)、電子、軍事等行業(yè)，具有不可估量的價值。但是開頭已經(jīng)說明，超級電容器一直存在一個問

3、題單位能量密度低，這個問題就限制了超級電容器在一些方面的應(yīng)用，比如電動汽車。雖然超級電容器電池充電速度快，儲能高，但因為單位能量密度過低而并不被業(yè)內(nèi)人士看好，因此現(xiàn)在國內(nèi)一些電動汽車用的仍是鋰電池作為電源。 因此，為了解決能量密度過低的問題，研究超級電容器的電極材料便成了現(xiàn)在的主要研究方向。為了更好的分析超級電容器的電極問題，首先來介紹一下各類超級電容器的充放電原理。超級電容器按照儲存電能方式的不同可分為雙電層電容型、法拉第贗電容型（是一種準電容）、混合電容型。雙電層電容型，顧名思義是用高比面積碳素材料與溶液間之間的接觸面，作為雙電層原理研制出的。由于陰陽離子在固體電極和電解液之間的表面上分別

4、吸附和累積，造成兩固體電極之間的電勢差，從而實現(xiàn)能量的儲存，相應(yīng)的，電勢差越大，所儲存電量越多。在充電的時候因為外電路電流進入超級電容器，負極的一端就會吸引陽離子，而正極的一端就會吸引陰離子。當放電的時候，兩極吸附的陰陽離子就會重新回到溶液中，形成一股定向移動的電流。這種無化學物質(zhì)價態(tài)變化的充放電方式，是純物理性質(zhì)的。因此其電極通常采用高比表面積的碳材料（比如活性炭以及石墨烯或者碳納米管等），不需要金屬氧化物（電容器外殼和電極鍵帽不算在內(nèi)）。贗電容型超級電容器是利用作為電極的活性物質(zhì)進行欠電沉積，發(fā)生高度可逆的氧化還原反應(yīng)/化學吸附現(xiàn)象，引起氧化物的價態(tài)升降，從而進行電子的產(chǎn)生與儲存。如果要產(chǎn)

5、生大量的電子，那么電極材料就要具有較大的比表面積。放電時，兩極上的氧化物離子會重新回到電解液中，而儲存的電荷則會通過外電路釋放，形成電流。因為充放電過程是化學反應(yīng)過程，所以電極材料需要有能進行價態(tài)變化的金屬化合物（多價金屬）和導電聚合物。因為涉及到了化學反應(yīng)，所以會出現(xiàn)一些不可逆的現(xiàn)象，影響到循環(huán)使用?；旌想娙菪蛣t是講雙電容型與贗電容型相結(jié)合，兩極采用不同的吸附電子的方式來進行充電。正極采用雙電層電容器的充電方式，而負極則采用法拉第贗電容器的充電方式。超級電容器的電極材料 相比于傳統(tǒng)電容器來說，超級電容器有著自己獨特的電極材料需求，根據(jù)超級電容器的種類來決定電極材料的采用。 雙電層電容器因為要

6、形成兩極板的電勢差，必須要使電極盡量吸附電子，因此常使用活性炭、碳素凝膠、碳納米管、石墨烯作為電極材料。法拉第贗電容器是利用電極材料中的金屬氧化物的多價態(tài)金屬進行電子的吸附和失去來完成充放電過程（氧化還原反應(yīng)），因此采用的是金屬氧化物以及導電聚合物作為電極?；旌闲碗娙萜鲃t比較復雜，正極充電過程是純物理的，負極充電則是采用化學充電，因此經(jīng)常使用復合電極材料、贗電容+雙電層電極。 而其中，石墨烯是比較特殊的存在，相比于石墨和碳素凝膠以及碳納米管，石墨烯具有價格便宜、較好的電學特性、力學特性以及形態(tài)特性和表面性質(zhì)不受孔徑大小分布的影響等優(yōu)勢，在超級電容器的電極材料中有較大的潛力。石墨烯有著固定的蜂巢

7、結(jié)構(gòu)以及較大的比表面積，具有很強的電子吸附能力，同時，被吸附的電子也會互相產(chǎn)生作用力，使得被吸附的電子不會脫出蜂巢結(jié)構(gòu)，能較好的進行累積。石墨烯因而能較好的緩解超級電容器能量密度過低的問題，是現(xiàn)在熱門研究方向。超級電容器的未來發(fā)展趨勢 超級電容器在生活中取得了很多應(yīng)用，公用電器以及工業(yè)和醫(yī)療電器：稅控機、電焊機、雷管、X光機、磁共振等；網(wǎng)絡(luò)通訊：電腦、中繼站、電力數(shù)據(jù)傳輸?shù)?；軍工：雷達、警棍、精準炮彈等。現(xiàn)在科技日新月異，電子產(chǎn)品的使用越來越廣泛，超級電容的市場份額也越來越高。 目前我們國家有些地方比如上海，已經(jīng)出現(xiàn)超級電容公交車，公交車是電車的變種（電動公交車有很大一部分是電力以及燃料混合的

8、混合動力），通過車載電容驅(qū)動,每次充滿電可以運行6公里。而早在2014年，澳大利亞某大學已經(jīng)有研究聲明稱，他們所研發(fā)的超級電容器公交車可以再充滿電的情況下行駛500公里，到了2020年這個數(shù)據(jù)將會被刷新。足以看見我國的技術(shù)與世界領(lǐng)先水平還稍有差距，但是并不是說就毫無亮點，因為我國是世界上目前唯一一個可以量產(chǎn)和使用超級電容公交車的國家，且面向世界銷售?？偨Y(jié) 綜上所述，我們可以得知：超級電容器是介于傳統(tǒng)電容器和蓄電池（多指化學電池）之間的一種新型儲能電子元件，正因為介于兩者之間，因此有著種種優(yōu)勢和潛力，眾所周知，它具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的經(jīng)濟價值，以及極高的科學發(fā)展?jié)摿?。雖然目前受制于能量密度過低（電極材料的開發(fā)）的原因，但是并不是說超級電容器就沒有未來