超級電容器電極材料綜述電子教案

超級(chāojí)電容器電極材料的研究進展ResearchProgressofSupercapacitor’sElectrodeMaterialDesignedbyPengTQ第一頁，共16頁。超級電容器概況(gàikuàng)電極材料研究進展3.展望目錄(mùlù)

CONTENTS第二頁，共16頁。1.1何為(héwéi)超級電容器超級電容器(Supercapacitors),它兼有靜電(jìngdiàn)電容器和電池特性,能提供比靜電(jìngdiàn)電容器更高的能量密度,比電池更高的功率密度和更長的循環(huán)壽命。高能量密度高功率密度長循環(huán)壽命超級電容器超級(chāojí)電容器傳統(tǒng)電容器電池VS第三頁，共16頁。1.2超級(chāojí)電容器的應(yīng)用超級(chāojí)電容器通訊(tōngxùn)電子國防汽車新能源第四頁，共16頁。1.3超級(chāojí)電容器的分類雙電層法拉第雙電層電容器,其電容的產(chǎn)生主要基于電極(diànjí)/電解液上電荷分離所產(chǎn)生的雙電層電容,如碳電極(diànjí)電容器法拉第準(zhǔn)電容器,其電容的產(chǎn)生是電極表面或體相中的二維或準(zhǔn)二維空間上,電活性物質(zhì)進行欠電位沉積,發(fā)生(fāshēng)高度的化學(xué)吸脫附或氧化還原反應(yīng),產(chǎn)生與電極充電電位有關(guān)的電容,如金屬氧化物電極電容器和導(dǎo)電聚合物電極電容器第五頁，共16頁。1.比電容單位為F/g2.功率密度,也稱比功率指單位質(zhì)量或單位體積的超級電容器在匹配負(fù)荷(fùhè)下產(chǎn)生電/熱效應(yīng)各半時的放電功率。它表征超級電容器所能承受電流的能力,單位為kW/kg或kW/L。3.能量密度,也稱比能量指單位質(zhì)量或單位體積的電容器所給出的能量,單位為Wh/kg或Wh/L。4.循環(huán)穩(wěn)定性1.4超級(chāojí)電容器的性能指標(biāo)第六頁，共16頁。1.5超級(chāojí)電容器的組成電極材料是影響超級電容器性能和生產(chǎn)成本的最關(guān)鍵因素之一。超級(chāojí)電容器集流體電解質(zhì)電極隔膜第七頁，共16頁。1.5超級(chāojí)電容器的組成超級(chāojí)電容器電極材料碳素材料(cáiliào)金屬氧化物。。。。導(dǎo)電聚合物第八頁，共16頁。碳素材料原理EDLC種類活性炭（AC）；活性炭纖維（CFA）；碳納米管（CNTs）；炭氣凝膠（CAGs）；石墨等優(yōu)點原料豐富價格低廉；比表面大；導(dǎo)電性好；化學(xué)穩(wěn)定性高缺點比電容相對較小；能量密度不高研究熱點活化活性炭（物理/化學(xué)）；碳材料的分散高度有序的碳納米管陣列；修飾石墨烯；復(fù)合材料：如CNT與金屬氧化物、導(dǎo)電聚合物、石墨烯的復(fù)合材料2.1碳材料(cáiliào)第九頁，共16頁。2.1碳材料(cáiliào)Wang,Huanwen,etal."Cuttingandunzippingmultiwalledcarbonnanotubesintocurvedgraphenenanosheetsandtheirenhancedsupercapacitorperformance."

ACSappliedmaterials&interfaces

4.12(2012):6827-6834.第十頁，共16頁。金屬氧化物材料原理以法拉第電容為主，也包含雙電層電容：離子的吸附/脫吸附和插入/脫出種類貴金屬氧化物（RhO、IrO）；賤金屬氧化物（Co3O4、NiO/NiOH、MnO2、V2O5等）優(yōu)點高的比電容（是碳材料的10~100倍）；穩(wěn)定性好缺點結(jié)構(gòu)致密，導(dǎo)電性能差；電勢窗口太窄研究熱點通過不同的制備方法（如PLD）得到納米化的結(jié)構(gòu)，如已制備了納米棒、納米片納米環(huán)、分級多孔納米花、中空納米球等，主要為了增大表面積，同時有利于離子的傳輸；復(fù)合材料2.2過渡(guòdù)金屬第十一頁，共16頁。2.2過渡(guòdù)金屬Wang,Huanwen,YalanWang,andXuefengWang."Pulsedlaserdepositionoftheporousnickeloxidethinfilmatroomtemperatureforhigh-ratepseudocapacitiveenergystorage."

ElectrochemistryCommunications

18(2012):92-95.Wang,Huanwen,YalanWang,andXuefengWang."Pulsedlaserdepositionoflarge-areamanganeseoxidenanosheetarraysforhigh-ratesupercapacitors."NewJournalofChemistry

(2013).PLD第十二頁，共16頁。導(dǎo)電聚合物材料原理主要是法拉第準(zhǔn)電容：電極內(nèi)具有高電化學(xué)活性的導(dǎo)電聚合物進行可逆的P型或n型摻雜或去摻雜；還有一部分電極/溶液界面的雙電層種類聚吡咯；聚苯胺；聚噻吩優(yōu)點通過設(shè)計聚合物的結(jié)構(gòu)，優(yōu)選聚合物的匹配性，來提高電容器的整體性能；比電容大；成本低缺點品種少；直接用導(dǎo)電有機聚合物作電化學(xué)電容器電極材料電容器內(nèi)電阻較大；充放電過程會發(fā)生膨脹，影響使用壽命研究熱點開發(fā)新的導(dǎo)電聚合物；改進導(dǎo)電聚合物電極材料的性能，優(yōu)化超級電容器陰、陽極上聚合物的電化學(xué)匹配性；復(fù)合材料2.3導(dǎo)電(dǎodiàn)聚合物第十三頁，共16頁。3.展望(zhǎnwàng)提高能量(néngliàng)密度高比(ɡāobǐ)電容寬電勢窗口1.要有大的比表面積，高比表面意味著有更多的反應(yīng)活性點。2.要有合適的孔分布，孔網(wǎng)絡(luò)以及孔長度，這些條件都有利于離子以較高的速率傳輸。3.復(fù)合電極的電荷傳輸電阻要低。4.有較高的電化學(xué)穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性。電極材料第十四頁，共16頁。3.展望(zhǎnwàng)未來電極材料的發(fā)展有兩個重要的方向:復(fù)合材料材料納米化納米結(jié)構(gòu)(jiégòu)的材料具有高比表面積，能