电池中添加活性炭 与 超级电容器
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
三、关于‘镍炭超级电容器’的
问题 结束语
3
一、超级电容器及其变种
超级电容器
活 性 炭
隔 膜
活 性 炭
两个电极均以双电层原理蓄电 的储能器件
超级电容器主要用活性炭（大 比表面的炭）作为活性物质
超级电容器的电解液 水溶液体系：酸、碱、中性 有机溶液体系——电压高
超级电容器主要特性—— 充放电循环寿命长，比功率高，但比能量低
将在第三节中详细讨论
12
小结：超级电容器与电池的变种
分类、名称
电极材料举例
负极
正极
超级 超级电容器 电容 混合型超级电容器 器及 变种 混合型电池电容器
活性炭 活性炭 钛酸锂 钛酸锂
活性炭 氧化物 活性炭 活性炭+锂盐
电池 电池电极与活性炭 活性炭电极 PbO2 添加 电极并联=超级电池 并联铅电极
所以，将30%活性炭混入负极不是创新 只能算是一个企图进一步提高比功率的镍氢电池
——电容型镍氢电池
19
“镍碳超级电容器” 优于动力型镍氢吗？
现有镍氢电池负极中加1-3%科琴炭，改为功率 型时电极减薄，比功率已满足混合电动车要求
比能量降低为45Wh/kg 活性炭加入30%，电池比能量将至少打七折
报道：比能量是锂离子电池的 2/3（实际40Wh/kg）
（江苏常州，辽宁朝阳，2011年6月）
• 活性炭混入镍氢电池负极
（天津国泰之光研究院，2011年9月）
混入活性炭的效果： (+) 比功率提高 循环性改善 (--) 比能量减低——活性炭占了电极部分位置 可能增加电极析气量和调浆、涂佈难度
9
电容型铅酸电池 ——“铅炭电池”
炭加到入铅酸电池的负极中
—
+
报道又说，公交车百公里耗电为70度。(此数偏小) 由此可以算出，此次路试用电147度电能。 电池比能量以42Wh/kg计,则电池应重 3.5 吨!
实际可能﹥4 吨，这样的“世界纪录” 价值何在？
那么，该行车试验是否有哗众取宠之嫌呢？ 还是续驶里程数据不可靠呢?
22
如用于纯电动车，难说有优势
• 价格不低于锂离子电池，更高于铅酸电池 • 比能量远低于锂离子电池
加15-30% LiMn2O4
负极：Li4Ti5O12
4C恒电流下：14.47Wh/kg，5000次衰减<8%
Xuebo Hu et.al J PowerSources187(2009)635
6
二、电池添加活性炭的变种
电池中的电极与活性炭电极 并联
电池的电极中混入活性炭 ——电容型电池
7
超级电池——铅酸电池铅负极并联炭电极
比功率和寿命已满足混合电动车要求
国内也已用于多种混合电动车
17
2011年9月科技日报: 镍碳超级电容器
“镍碳超级电容器”与镍氢电池有何差别？
+
氧 化 镍
—
储氢 合金
+
科琴炭
+
—
氧 化 镍
储氢 合金
+
活性炭
镍氢电池 科琴炭在负极占1-3%
已是生产配方
“镍碳超级电容器”
活性炭在负极中占30% 储氢合金占70%
8 价格不低—— 稀土价高
更影响竞争力
16
再说“常规”镍氢电池 (金属氢化物-镍电池)
天津和平海湾引进日本生产技术:
负极加科琴炭1-3%
+
提高比功率、延长寿命
氧
国内多家镍氢电池厂也加
化 镍
导电性活性炭
—
储氢 合金
+
科琴炭
比能量约60-70Wh/kg
日本动力型镍氢电池——比能量约45Wh/kg
用于混合电动轿车Prius的电源，6.5Ah
磷酸
磷酸铁锂锂离子动力电容电池 ”
铁锂
石
正极：LiFePO4 –加活性炭 ； 负极：碳
+ 炭
墨
②朝阳 立塬新能源有限公司
2011年6月会议，2012年1月成果鉴定会
正极：LiFePO4 –加活性炭 ； 负极：碳
功率型： 78Wh/kg， 3000次衰减至65.8Wh/kg（84%） 2243W/kg；—20℃下，71.2Wh/kg；
5
混合型电池电容器
混合型超级电容器的活性炭正极中
混入锂离子电池电极材料 ——活性炭仍为主
①国外报道 A.D.Pasquier et.al J Power Sources136(2004)160
正极：活性炭电极
加少部分 LiCoO2
+
—
负极：Li4Ti5O12
炭
钛
②成都有机所
+
酸
锂盐
锂
正极：活性炭电极 60-45%
• 搞清机制，以利改进活性炭 和电池工艺
可能因电极、体系而异；要深入研究
14
三、关于“镍碳超级电容器”
《科技日报》2011年9月多次、长篇报道:
镍碳超级电容器
研制者自己也表示：“高能镍碳超 级电容器的研发成功，是电动车电源的 一个新突破，它将对电动车产业发展带 来深刻影响。”
此事引起了电池和电动车专业人士 的很大关注和议论。
—
+
—
+
Pb PbO2
活
性
PbO2
炭
—
铅酸电池
+ 混合电容器
超级电池 UltraBattery
Pb 活 性 炭
PbO2
L.T.Lam & R.Louey J Power Sources
158(2006)1140
8
二、电池添加活性炭的变种
电池的电极中混入活性炭 ——电容型电池
• 将活性炭混入铅酸电池负极 • 活性炭混入锂离子电池正极
• 以这种“浅放方式”下的“长寿命”，含混 地代表电池在纯电动汽车行驶中“深放方式” 的寿命，显然是有意制造轰动效应以蒙混局 外人，使公众误认为是一项了不起的成果。
21
电动车的续驶里程怎么那么长？
电动车的续驶里程主要取决于电池的电能容量 即 电池重量×比能量
据《科技日报》的采访报道： “满员路试”结果，一次充电行驶210公里；
电池的比能量可提高到50多Wh/kg 减少炭量的方向正确—— 原加30%，不对！
种种迹象表明：
“镍碳超级电容器” 属于镍氢电池类!
难说是“电动车电源 的一个新突破”
不会“对电动车产业发 展带来深刻影响”
一场闹剧，并未落幕 市场考验，来日方长 经验教训，各自总结
24
结束语
• 添加适量活性炭，可能改善各种电池性能 • 活性炭的性能有一定要求，最好是“定做” • 政府要支持特种活性炭的研发和生产 • “镍碳超级电容器” 不是 “电动车电源的一个新
活性 炭的 变种
铅酸锂离子 镍氢-
电池的电极 中加入部分 活性炭—— 电容型电池
铅+活性炭 石墨 AB5+活性炭
PbO2 锂盐+活性炭
NiO
13
对混入电池的活性炭的要求
• 活性炭的性能要求
高比表面
高中孔孔容
高电导率
高纯度
高密度
高性价比
浸润性好
• 活性炭的混入量——几%（几十% ?）
多加，则负面效果增加太多
电池中添加活性炭 与
超级电容器
杨裕生 2012年4月，深圳
1
电动车对电源的要求
安全 高比能量 高比功率 长寿命 低廉 环保
相互制约
高比能量电池与超级电容器并联使用——外并 高比能量电池与超级电容器相互渗透——内并
超级电容器提高比能量 电池提高比功率和寿命
2
今天讲几个问题
一、超级电容器及其变种 二、电池添加活性炭的变种
突破”——性能很“一般”
• 媒体要有责任心，要拧干水份，更不要添油加醋 • 要实事求是做事，不要炒作、忽悠 • 有影响力的同志(老同志)，要防止被人忽悠
25
谢谢！
26
科琴炭的比表面1400m2/g——高导电性活性炭
“镍碳超级电容器”与镍氢电池差别在活性炭的用量
但是，负极中的活性炭均占小头——活性炭为辅
18
“镍碳超级电容器”是创新吗？
活性炭在负极中占30%,储氢合金占70%。于是：
1、这是以镍氢电池为主体的电池，而不是电容器 2、其比能量应约为 60Wh/kg×70%≌42Wh/kg 3、活性炭密度低于储氢合金，故负极体积增大 4、双电层放电可减轻储氢合金大电流负担，负极 寿命可能延长，但电池的寿命还受限于正极
4
一、超级电容器及其变种
混合型超级电容器 活
一个电极以双电层原理蓄电的 性 储能器件（另一为电池电极） 炭
—
活 性
+—
氧活 化性
+
氧 化
例1：正极PbO2,负极活性炭 例2: 正极NiOOH,负极活性炭
炭 铅炭 镍
+
—
活钛
例3: 正极活性炭,负极Li4Ti5O12
性酸 炭锂
比功率、比能量介于
电池与超级电容器之间，接近超级电容器
能量型：117Wh/kg，500次容量保持97.0% 1740W/kg；—20℃下，94.2Wh/kg
11
电容型镍氢电池
镍氢电池的负极中加入活性炭
+
—
氧 化 镍
储氢 合金
+
活性炭
科技日报2010年9月报道
“镍碳超级电容器”
活性炭在负极中占30% 储氢合金占主导地位
镍氢电池的基本结构未变 电池负极中的活性炭占小头——活性炭为辅
增加了安全隐患——充电时活性炭容易析出氢气
减少了储氢合金，就减弱了消除氧气的能力； 于是，充电后期电池中将同时积累氢气和氧气
负面效果增加太多；故其必要性很成问题
20
电池的循环寿命数据也有疑问
• 电池的充电-放电循环寿命与充放电的深度 密切相关联。
• 按《科技日报》报道的情况，该电池以<超 级电容器>标准测寿命,当然可以很长。
只与管式铅酸电池相当 • 也有安全隐患——类似于锂离子电池
镍氢电池，产能过剩
• 现在，这个“一次充电行驶了210公里”的“成 就”，在高层的人士中造成了错觉，好像真是我 国“电动车电源的一个新突破” ！
大量国拨资金投入其产业化，没有必要！
23
最近现场考察：⑴充放电曲线有平台
⑵山东理工大学将其称为“镍氢动力电容电池” ⑶各种炭的总添加量降低到百分之几
—
+
Pb
PbO2
活
性
PbO2
炭
铅酸电池
—
Pb
铅炭电池
+
advanced lead- 炭
acid batteries
+
PbO2
混合电容器
较超级电池 工艺简单
10
电容型锂离子电池
锂离子电池正极中加入活性炭——活性炭为辅
①常州 华日升凯晟能源科技有限公司
2011年6月会议，7月技术论证咨询会
+
—
“高功率、高能量和高安全性
15
先说“常规”镍氢电池 (金属氢化物-镍电池)
正极：NiOOH/Ni(OH)2 负 电极 解： 液A：BK5O型H储水氢溶合液金 电压：1.2V
+
—
氧 化 镍
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ储氢 合金
优点：
9 安全、环境友好 9 比功率较高 9 资源循环利用 9 循环寿命较长 9 能量转换效率较高
不足：
8 比能量不及锂离子 电池
问题 结束语
3
一、超级电容器及其变种
超级电容器
活 性 炭
隔 膜
活 性 炭
两个电极均以双电层原理蓄电 的储能器件
超级电容器主要用活性炭（大 比表面的炭）作为活性物质
超级电容器的电解液 水溶液体系：酸、碱、中性 有机溶液体系——电压高
超级电容器主要特性—— 充放电循环寿命长，比功率高，但比能量低
将在第三节中详细讨论
12
小结：超级电容器与电池的变种
分类、名称
电极材料举例
负极
正极
超级 超级电容器 电容 混合型超级电容器 器及 变种 混合型电池电容器
活性炭 活性炭 钛酸锂 钛酸锂
活性炭 氧化物 活性炭 活性炭+锂盐
电池 电池电极与活性炭 活性炭电极 PbO2 添加 电极并联=超级电池 并联铅电极
所以，将30%活性炭混入负极不是创新 只能算是一个企图进一步提高比功率的镍氢电池
——电容型镍氢电池
19
“镍碳超级电容器” 优于动力型镍氢吗？
现有镍氢电池负极中加1-3%科琴炭，改为功率 型时电极减薄，比功率已满足混合电动车要求
比能量降低为45Wh/kg 活性炭加入30%，电池比能量将至少打七折
报道：比能量是锂离子电池的 2/3（实际40Wh/kg）
（江苏常州，辽宁朝阳，2011年6月）
• 活性炭混入镍氢电池负极
（天津国泰之光研究院，2011年9月）
混入活性炭的效果： (+) 比功率提高 循环性改善 (--) 比能量减低——活性炭占了电极部分位置 可能增加电极析气量和调浆、涂佈难度
9
电容型铅酸电池 ——“铅炭电池”
炭加到入铅酸电池的负极中
—
+
报道又说，公交车百公里耗电为70度。(此数偏小) 由此可以算出，此次路试用电147度电能。 电池比能量以42Wh/kg计,则电池应重 3.5 吨!
实际可能﹥4 吨，这样的“世界纪录” 价值何在？
那么，该行车试验是否有哗众取宠之嫌呢？ 还是续驶里程数据不可靠呢?
22
如用于纯电动车，难说有优势
• 价格不低于锂离子电池，更高于铅酸电池 • 比能量远低于锂离子电池
加15-30% LiMn2O4
负极：Li4Ti5O12
4C恒电流下：14.47Wh/kg，5000次衰减<8%
Xuebo Hu et.al J PowerSources187(2009)635
6
二、电池添加活性炭的变种
电池中的电极与活性炭电极 并联
电池的电极中混入活性炭 ——电容型电池
7
超级电池——铅酸电池铅负极并联炭电极
比功率和寿命已满足混合电动车要求
国内也已用于多种混合电动车
17
2011年9月科技日报: 镍碳超级电容器
“镍碳超级电容器”与镍氢电池有何差别？
+
氧 化 镍
—
储氢 合金
+
科琴炭
+
—
氧 化 镍
储氢 合金
+
活性炭
镍氢电池 科琴炭在负极占1-3%
已是生产配方
“镍碳超级电容器”
活性炭在负极中占30% 储氢合金占70%
8 价格不低—— 稀土价高
更影响竞争力
16
再说“常规”镍氢电池 (金属氢化物-镍电池)
天津和平海湾引进日本生产技术:
负极加科琴炭1-3%
+
提高比功率、延长寿命
氧
国内多家镍氢电池厂也加
化 镍
导电性活性炭
—
储氢 合金
+
科琴炭
比能量约60-70Wh/kg
日本动力型镍氢电池——比能量约45Wh/kg
用于混合电动轿车Prius的电源，6.5Ah
磷酸
磷酸铁锂锂离子动力电容电池 ”
铁锂
石
正极：LiFePO4 –加活性炭 ； 负极：碳
+ 炭
墨
②朝阳 立塬新能源有限公司
2011年6月会议，2012年1月成果鉴定会
正极：LiFePO4 –加活性炭 ； 负极：碳
功率型： 78Wh/kg， 3000次衰减至65.8Wh/kg（84%） 2243W/kg；—20℃下，71.2Wh/kg；
5
混合型电池电容器
混合型超级电容器的活性炭正极中
混入锂离子电池电极材料 ——活性炭仍为主
①国外报道 A.D.Pasquier et.al J Power Sources136(2004)160
正极：活性炭电极
加少部分 LiCoO2
+
—
负极：Li4Ti5O12
炭
钛
②成都有机所
+
酸
锂盐
锂
正极：活性炭电极 60-45%
• 搞清机制，以利改进活性炭 和电池工艺
可能因电极、体系而异；要深入研究
14
三、关于“镍碳超级电容器”
《科技日报》2011年9月多次、长篇报道:
镍碳超级电容器
研制者自己也表示：“高能镍碳超 级电容器的研发成功，是电动车电源的 一个新突破，它将对电动车产业发展带 来深刻影响。”
此事引起了电池和电动车专业人士 的很大关注和议论。
—
+
—
+
Pb PbO2
活
性
PbO2
炭
—
铅酸电池
+ 混合电容器
超级电池 UltraBattery
Pb 活 性 炭
PbO2
L.T.Lam & R.Louey J Power Sources
158(2006)1140
8
二、电池添加活性炭的变种
电池的电极中混入活性炭 ——电容型电池
• 将活性炭混入铅酸电池负极 • 活性炭混入锂离子电池正极
• 以这种“浅放方式”下的“长寿命”，含混 地代表电池在纯电动汽车行驶中“深放方式” 的寿命，显然是有意制造轰动效应以蒙混局 外人，使公众误认为是一项了不起的成果。
21
电动车的续驶里程怎么那么长？
电动车的续驶里程主要取决于电池的电能容量 即 电池重量×比能量
据《科技日报》的采访报道： “满员路试”结果，一次充电行驶210公里；
电池的比能量可提高到50多Wh/kg 减少炭量的方向正确—— 原加30%，不对！
种种迹象表明：
“镍碳超级电容器” 属于镍氢电池类!
难说是“电动车电源 的一个新突破”
不会“对电动车产业发 展带来深刻影响”
一场闹剧，并未落幕 市场考验，来日方长 经验教训，各自总结
24
结束语
• 添加适量活性炭，可能改善各种电池性能 • 活性炭的性能有一定要求，最好是“定做” • 政府要支持特种活性炭的研发和生产 • “镍碳超级电容器” 不是 “电动车电源的一个新
活性 炭的 变种
铅酸锂离子 镍氢-
电池的电极 中加入部分 活性炭—— 电容型电池
铅+活性炭 石墨 AB5+活性炭
PbO2 锂盐+活性炭
NiO
13
对混入电池的活性炭的要求
• 活性炭的性能要求
高比表面
高中孔孔容
高电导率
高纯度
高密度
高性价比
浸润性好
• 活性炭的混入量——几%（几十% ?）
多加，则负面效果增加太多
电池中添加活性炭 与
超级电容器
杨裕生 2012年4月，深圳
1
电动车对电源的要求
安全 高比能量 高比功率 长寿命 低廉 环保
相互制约
高比能量电池与超级电容器并联使用——外并 高比能量电池与超级电容器相互渗透——内并
超级电容器提高比能量 电池提高比功率和寿命
2
今天讲几个问题
一、超级电容器及其变种 二、电池添加活性炭的变种
突破”——性能很“一般”
• 媒体要有责任心，要拧干水份，更不要添油加醋 • 要实事求是做事，不要炒作、忽悠 • 有影响力的同志(老同志)，要防止被人忽悠
25
谢谢！
26
科琴炭的比表面1400m2/g——高导电性活性炭
“镍碳超级电容器”与镍氢电池差别在活性炭的用量
但是，负极中的活性炭均占小头——活性炭为辅
18
“镍碳超级电容器”是创新吗？
活性炭在负极中占30%,储氢合金占70%。于是：
1、这是以镍氢电池为主体的电池，而不是电容器 2、其比能量应约为 60Wh/kg×70%≌42Wh/kg 3、活性炭密度低于储氢合金，故负极体积增大 4、双电层放电可减轻储氢合金大电流负担，负极 寿命可能延长，但电池的寿命还受限于正极
4
一、超级电容器及其变种
混合型超级电容器 活
一个电极以双电层原理蓄电的 性 储能器件（另一为电池电极） 炭
—
活 性
+—
氧活 化性
+
氧 化
例1：正极PbO2,负极活性炭 例2: 正极NiOOH,负极活性炭
炭 铅炭 镍
+
—
活钛
例3: 正极活性炭,负极Li4Ti5O12
性酸 炭锂
比功率、比能量介于
电池与超级电容器之间，接近超级电容器
能量型：117Wh/kg，500次容量保持97.0% 1740W/kg；—20℃下，94.2Wh/kg
11
电容型镍氢电池
镍氢电池的负极中加入活性炭
+
—
氧 化 镍
储氢 合金
+
活性炭
科技日报2010年9月报道
“镍碳超级电容器”
活性炭在负极中占30% 储氢合金占主导地位
镍氢电池的基本结构未变 电池负极中的活性炭占小头——活性炭为辅
增加了安全隐患——充电时活性炭容易析出氢气
减少了储氢合金，就减弱了消除氧气的能力； 于是，充电后期电池中将同时积累氢气和氧气
负面效果增加太多；故其必要性很成问题
20
电池的循环寿命数据也有疑问
• 电池的充电-放电循环寿命与充放电的深度 密切相关联。
• 按《科技日报》报道的情况，该电池以<超 级电容器>标准测寿命,当然可以很长。
只与管式铅酸电池相当 • 也有安全隐患——类似于锂离子电池
镍氢电池，产能过剩
• 现在，这个“一次充电行驶了210公里”的“成 就”，在高层的人士中造成了错觉，好像真是我 国“电动车电源的一个新突破” ！
大量国拨资金投入其产业化，没有必要！
23
最近现场考察：⑴充放电曲线有平台
⑵山东理工大学将其称为“镍氢动力电容电池” ⑶各种炭的总添加量降低到百分之几
—
+
Pb
PbO2
活
性
PbO2
炭
铅酸电池
—
Pb
铅炭电池
+
advanced lead- 炭
acid batteries
+
PbO2
混合电容器
较超级电池 工艺简单
10
电容型锂离子电池
锂离子电池正极中加入活性炭——活性炭为辅
①常州 华日升凯晟能源科技有限公司
2011年6月会议，7月技术论证咨询会
+
—
“高功率、高能量和高安全性
15
先说“常规”镍氢电池 (金属氢化物-镍电池)
正极：NiOOH/Ni(OH)2 负 电极 解： 液A：BK5O型H储水氢溶合液金 电压：1.2V
+
—
氧 化 镍
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ储氢 合金
优点：
9 安全、环境友好 9 比功率较高 9 资源循环利用 9 循环寿命较长 9 能量转换效率较高
不足：
8 比能量不及锂离子 电池