- 1、本文档共15页,可阅读全部内容。
- 2、有哪些信誉好的足球投注网站(book118)网站文档一经付费(服务费),不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
- 3、本站所有内容均由合作方或网友上传,本站不对文档的完整性、权威性及其观点立场正确性做任何保证或承诺!文档内容仅供研究参考,付费前请自行鉴别。如您付费,意味着您自己接受本站规则且自行承担风险,本站不退款、不进行额外附加服务;查看《如何避免下载的几个坑》。如果您已付费下载过本站文档,您可以点击 这里二次下载。
- 4、如文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“版权申诉”(推荐),也可以打举报电话:400-050-0827(电话支持时间:9:00-18:30)。
- 5、该文档为VIP文档,如果想要下载,成为VIP会员后,下载免费。
- 6、成为VIP后,下载本文档将扣除1次下载权益。下载后,不支持退款、换文档。如有疑问请联系我们。
- 7、成为VIP后,您将拥有八大权益,权益包括:VIP文档下载权益、阅读免打扰、文档格式转换、高级专利检索、专属身份标志、高级客服、多端互通、版权登记。
- 8、VIP文档为合作方或网友上传,每下载1次, 网站将根据用户上传文档的质量评分、类型等,对文档贡献者给予高额补贴、流量扶持。如果你也想贡献VIP文档。上传文档
查看更多
超级电容器电极材料研究现状及存在问题
功能材料课程报告
指导老师:
学 院: 材料科学与工程学院
专 业: 材料加工工程
姓 名:
学 号:
日 期: 2012 年 7 月 13 日
超级电容器电极材料研究现状及存在问题
摘要:电极材料是决定电容器性能的重要因素,高性能电极材料的开发是超级电容器研发的重点。本文主要讨论了超级电容器阳极材料的研究现状及存在问题,这些材料包括:碳材料、贵金属氧化物、导电聚合物和一些其他材料。复合或混合型电极材料可以显著提高超级电容器的综合性能,已经成为超级电容器电极材料发展的主要趋势。
关键词:超级电容器;电极材料;研究现状;存在问题
1电极材料的研究现状
1.1正极材料
目前用作超级电容器电极的材料主要有三类:碳材料、金属氧化物材料和导电聚合物材料。
1.1.1 碳材料 碳是最早被用来制造超级电容器的电极材料。碳电极电容器主要是利用储存在电极与电解液界面的双电层能量,其比表面积是决定电容器容量的重要因素。尽管高比表面的碳材料比表面积越大,容量也越大,但实际利用率并不高,因为多孔碳材料中孔径一般要2nm及以上的空间才能形成双电层,从而进行有效的能量储存。而制备的碳材料往往存在微孔(小于2nm)不足的情况。所以这个系列主要是向着提高有效比表面积和可控微孔孔径(大于2nm)的方向发展。除此之外,碳材料的表面官能团、导电率、表观密度等对电容器性能也有影响[1]。
碳电极电容器其电容的大小和电极的极化电位及电极比表面积大小有关,故可以通过极化电位的升高和增大电极比表面积达到提高电容大小的目的。电极/电解质双电层上可贮存的电量其典型值约为15~40μF·cm-2。选用具有高表面积的高分散电极材料可以获得较高的电容。对理想可极化体系而言,可通过无限提高充电电压而大量储存能量。但是,对于实际体系却受电极材料和电解液组成的电极系统的可极化性和溶剂分解的限制,可通过加大电极比表面积来增加电容值。电容C可由下式给出
C=ε·ε0Ad
式中: ε0为自由空间的绝对介电常数,ε为电导体和内部赫姆霍兹面间区域的相对介电常数,A为电极表面积,d为导体与内赫姆霍兹面之间的距离。
近年来研究主要集中在提高碳材料的比表面积和控制碳材料的孔径及孔径分布,并开发出许多不同类型的碳材料,主要有: 多孔碳材料、活性碳材料、活性碳纤维、碳气溶胶以及最近才开发的碳纳米管等[2]。
多孔碳材料、活性碳材料和活性碳纤维:这个排列基本代表了碳材料为提高有效比表面积的发展方向。之所以发展为活性碳,主要是在于通过活化处理(如水蒸汽)后,可以增加微孔的数量,增大比表面积,提高活性碳的利用率。这些材料随制作电极工艺的不同先后出现过:活性碳粉与电解液混合制成的糊状电极;用聚四氟乙烯作粘结剂将活性碳粉粘结成型,成园片状电极以及活性碳/碳复合体的固体电极等。
到目前为止,已找到有比表面积超过3000m2/g的活性碳材料,但其实际的利用率仅为10%左右(因为2nm的微孔是不能形成双电层的)。致使活性碳电极材料的电容量最高只达到280F/g和120F/s (分别在水电解液和非水电解液中)。但由于其价格低廉,在市场上一直占有重要的地位[3]。
碳气溶胶材料:由于活化碳材料不能有效的控制微孔的孔径分布,造成比表面积的浪费,于是出现了碳气溶胶这种新材料·这种碳气溶胶是由于Lawrenee Livermore National Laboratory公司的R.W.Pekala研究小组开发的。将间苯二酚和甲醛按摩尔比1:2混合后,溶解在适量的去除离子且重蒸馏的水中,用碳酸钠作为碱性试剂,然后经一系列处理得到碳气溶胶。这种方法制得的碳气溶胶的比表面积为100、700 m2/g,密度为0.3、1.09g/cm”,但微孔可控制在一定的狭小范围,从而避免因微孔2nm而不能形成双电层的限制。这种形态使得该材料具有能将所储能量迅速放出的能力,从而从理论上讲具有高的功率密度。
将这种碳气溶胶作成超级电容器的电极,微孔玻璃纤维为隔膜,4mof/L的氢氧化钾为电解液,组装成超级电容器。所得的电容器的功率可达7.7kw/kg,能量E可达27.38J/g(充电电压1.2v),比容量39F/g(以碳和电解液的重量之和为准,水电解液)。但由于此材料的制备繁琐费时,给其应用带来了一定的困难。
碳纳米管材料:随着1991年碳纳米管的首次正式提出,由于其独特的结构性能广泛地引起了各界人士的关注。其应用现在已涉及到纳
文档评论(0)