超级电容器储能机理简介课件
超级电容的原理及分类
超级电容的原理及分类
超级电容是一种具有超级储电能力、可提供强大脉动功率的物理二次电源。
超级电容如果按储能机理主要分为三类[1]：①由碳电极和电解液界面上电荷分离产生的双电层电容；②采用金属氧化物作为电极，在电极表面和体相发生氧化还原反应而产生可逆化学吸附的法拉第电容；③由导电聚合物作为电极而发生氧化还原反应的电容。
双电层超级电容是靠极化电解液来储存电能的一种新型储能装置，结构如图1所示：
由于双电层电容的充放电纯属于物理过程，其循环次数高，充电过程快，因此比较适合在电动车中应用。
双电层超级电容是悬在电解质中的两个非活性多孔板，电压加载到两个板上。
加在正极板上的
电势吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，从而在两电极的表面形成了一个双电层电容器。
一个超级电容单元的电容量高达几法至数万法[2]由于这种结构采用特殊的工艺，使其等效电阻很低，电容量很大、内阻较小，使得超级电容具有很高的尖峰电流，因此超级电容具有很高的比功率，它的功率密度是电池的50～100倍，可达到10×103W/kg左右，此特点让超级电容非常适合应用在短时大功率的场合。
根据工作原理超级电容器课件
contents
目录
• 超级电容器的概述 • 超级电容器的工作原理 • 超级电容器的组成与结构 • 超级电容器的性能参数 • 超级电容器的制造工艺 • 超级电容器的优缺点与前景展望
01
超级电容器的概述
定义与特点
定义
超级电容器是一种能够储存大量 电能的电子器件，通过极化电解 质来储存电荷。
加强与其他技术的结合
结合超级电容器和电池、燃料电池等其他能源存储技术，实现优势互 补，提高能源利用效率。
加强标准化和模块化设计
推动超级电容器的标准化和模块化设计，提高产品的互换性和可靠性。
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THANKS
玻璃纤维膜
玻璃纤维膜具有较好的孔径分布和较高的热稳定性，在某些 特殊需求的超级电容器中也有应用。
超级电容器的电解液
有机电解质溶液
有机电解质溶液具有较高的离子导电 率和稳定性，是超级电容器中常用的 电解液类型。
固体聚合物电解质
固体聚合物电解质具有较好的化学稳 定性和机械性能，尤其在高温和低温 环境下表现出较好的性能。
通过熔融挤出、溶液浇铸或拉伸等方法制备薄膜，并经过热处理和 拉伸以提高其机械性能和电气性能。
薄膜处理
对薄膜进行表面处理，以提高其润湿性和电导率，并降低阻抗。
电解液的制备工艺
电解质的选用
选择具有高离子电导率、 低阻抗和稳定的电化学性 能的电解质，如有机电解 液和离子液体等。
电解质的配制
将电解质溶解在适当的溶 剂中，形成电解液，并调 整其浓度和成分以满足实 际需求。
04
超级电容器的性能参数
电化学性能参数
充放电时间
超级电容器的充放电时间较短， 可以在短时间内完成电荷的储 存和释放，提高能源利用效率。
超级电容器简介课件
用。
政策支持与产业发展建议
政策引导与资金支持 建立产业联盟 加强国际合作与交流
超级电容器与其他储能技术 的比较
与电池的比较
充放电速度
。
循环寿命
能量密度 成本
与超级电感的比较
储能原理
超级电容器通过双电层储能， 而超级电感通过磁场储能。
响应速度
超级电容器简介课件
目录
• 超级电容器的性能特点 • 超级电容器的制造工艺与材料 • 超级电容器市场现状与趋势 • 超级电容器的发展前景与挑战 • 超级电容器与其他储能技术的比较
超级电容器概述
定义与工作原理
定义 工作原理
超级电容器的主要类型
根据电解质类型
根据储能原理
可分为水系超级电容器和有机系超级 电容器。
超级电容器的发展前景与挑 战
技术创新与突破方向
材料创新
结构设计 集成化技术
市场拓展与合作机会
电动汽车领域
与电动汽车制造商合作，开发高 性能的超级电容器，提升电动汽
车的续航里程和加速性能。
智能电网领域
与电网公司合作，研发用于智能 电网的储能超级电容器，提高电 网的稳定性和可再生能源的接入
能力。
工业应用领域
主要应用领域市场现状与趋势
总结词
详细描述
市场竞争格局与挑战
总结词
超级电容器市场竞争激烈，企业需要不 断创新以保持竞争优势。
VS
详细描述
目前，全球超级电容器市场已经形成了较 为稳定的竞争格局，但随着新技术的不断 涌现和市场的不断扩大，竞争也日趋激烈。 企业需要不断加大研发投入，提高产品性 能和降低成本，以应对市场竞争的挑战。 同时，企业还需要加强与上下游企业的合 作，共同推动超级电容器市场的快速发展。
《超级电容器》课件
发展历程和前景
1
1 990年
2
实现了高性能的电化学电容器，并开
始在特定领域得到应用。
3
1 978年
超级电容器首次被发现，但技术限制 和高成本限制了商业应用。
2 000年
随着技术进步和成本下降，超级电容 器在多个领域得到广泛应用。
主要厂商
1 Maxwell Technologies
全球领先的超级电容器制造商，提供各种容量和尺寸的产品。
总结和展望
超级电容器是一种具有巨大潜力的电能存储技术，虽然还存在一些挑战和限制，但随着技术的不断进步 和应用需求的增长，它将继续发展并在更多领域得到应用。
超级电容器
超级电容器是一种高容量和高功率的电能存储设备，具有快速充放电速度和 长寿命的特点。
定义和原理
超级电容器是一种能够存储和释放巨大电荷量的装置，通过电荷在电容器的 正负极板之间的吸附和脱附实现能量的存储和释放。 超级电容器的工作原理基于电双层电容和电化学电容两种机制。
应用领域
可再生能源
超级电容器可以存储和释放电能，用于平衡可再生能源的波动性，提高能源利用效率。
2 Nesscap Energy
韩国超级电容器制造商，专注于高功率和高温应用领域。
3 Skeleton Technologies
欧洲超级电容器制造商，开发具有高能量和高功率密度的创新产品。
未来研究方向
超级电容器的研究正在关注提高能量密度、降低成本、延长寿命和提高温度 稳定性等方面的技术改进。
新材料和新结构的研发有望推动超级电容器的性能提升，进一步拓展其应用 领域。
交通运输
超级电容器可以作为电动汽车和混合动力车辆的辅助能源储存装置，提供高功率的提供短时电源支持，防止电子设备数据丢失。
超级电容器储能机理简介
课程：电化学研究方法原理 报告人: xxx 学院：化学化工学院 学号: xxx
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Contents 研究背景 储能原理 对比总结
精选课件
2
超级电容器的分类
超级电容器
双电层电容器 赝电容器
碳材料
过渡金属氧化物 导电聚合物
精选课件
定义
❖ 双电层电容器是通过电极/溶液界面上异种电荷 的对峙来储存能量的。其理论基础是电极/溶液 界面的双电层。
MnO2
The charge storage mechanism in MnO2 electrode
9
精选课件
Ref. Toupin M, Brousse T, Bélanger D. Chemistry of Materials, 2004, 16(16): 3184-3190.
导电聚合物
Comparison of charging of (a) double-layer capacitor (carbon) and (b) pseudo-
精选课件
储能原理方程式
❖ ES1+ES2+A-+C+
ES1//A-+ES2// C+ （碳材料）
❖ RuO2+δH++δe-
RuO2-δ(OH) δ (RuO2）
❖ MnO2+H++e-
MnOOH
(MnO2)
❖ Cp
Cp+ne-
)
Cpn+(A-)n+ne- (p-doping) (C+)n+Cpn- (n-doping)
capacitor (conducting polymer).
超级电容器PPT课件
(2) 每个周期的平均成本低；
(3) 良好的可逆性；
优
(4) 充电和放电率非常高；
点
(5) 非常低的内部电阻和随之而来的高周期效率（95%以上）和极 低的放热；
(6) 高输出功率；
(7) 比功率高；
(8) 使用无腐蚀性的电解质和低毒性的材料，提高了安全性；
(9) 简单的充电方法，不必进行过充检测，因为没有过充的可能。
1. MnO2材料 溶胶凝胶法制得的MnO2水 合物在KOH溶液中的比容 量为689F/g
2. NiO材料
溶胶凝胶法制得的多孔 NiO比容量为265F/g
3. 多孔V2O5水合物比容 量为350F/g）（在KCl溶 液中）
4. Co3O4干凝胶
1. 研究情况 聚苯胺、聚对苯、聚吡咯、 聚并苯、聚噻吩、聚乙炔、 聚亚安酯等
4.石墨烯
石墨烯/赝电容材料复合电极
RuO 2纳米粒子/石墨烯
4
4-1 超级电容器的电极材料
法拉第赝电容对金属化合物的要求
要求
高比表面—高比容量 低电阻率—高比功率 化学稳定性—长寿命 高纯度—减少自放电
价格低—便于推广使用
4
4-1 超级电容器的电极材料
三种主要的赝电容器电极材料
贵金属
廉价金属
导电聚合物
4
2
超级电容器的特点
超
级
电容量大
电
容
器 可任意并联
的 增加电容量
八
大
特
工作温度范围宽
点
充放电寿命长
等效串联电阻 相对常规电容大
免维护，环保
大电流放电
快速充电
6
3
分类
3
超级电容器的分类
超级电容器的研究PPT课件
孔径越大，电化学吸附速度越快，即使在比表面 积和总电容量相对低的情况下也可在大电流下传 递更多的能量。
超级电容器的研究
3、表面官能团
主要通过两种途径： 1）改变表面的润湿性能 2）官能团自身发生可逆的氧化还原反应 从制备高容量、耐高压、稳定性好的电容器角度 出发 , 要求活性炭材料表面的官能团有一个合适 的比例。
3) 液体电解质超级电容器 4) 固体电解质超级电容器
超级电容器的研究
三、碳材料超级电容器的性能特点
1、活性炭（AC）电极材料 性能特点：表面积较高，孔径可调，可批量 生产，价格低廉。
碳纤维
超级电容器的研究
2、碳气凝胶电极材料 优点：比表面积高，密度变化范围广，结构 可调。
制备方法如上图所示
超级电容器的研究
超级电容器的研究
2) 赝电容型超级电容器 (1) 金属氧化物材料 • 贵金属氧化物材料 —RuO2：无定型RuO2拥
有更高的电导率，更高的比电容，更高的电 化学可逆性。 • 替代RuO2的廉价金属氧化物材料—MnO2和 NiO。
超级电容器的研究
(2) 导电聚合物材料
聚苯胺(PANI)、聚 吡(PPy)和聚噻吩
超级电容器的研究
超级电容器的研究
缺点：
如果使用不当会造成电解质泄漏等现象； 和铝电解电容器相比，它内阻较大，因而不可以用于 交流电路。
超级电容器的研究
二、超级电容器的分类
1. 按原理分：双电层型超级电容和赝电容 型超级电容器。
1) 双电层型超级电容器
包括：活性炭（粉、纤维）电极材料、碳气凝胶电极 材料、碳纳米管电极材料、石墨烯电极材料超级电 容器。
3、碳纳米管(CNT)电极材料：单壁纳米管和多 壁 纳米管
超级电容原理及应用简介课件
随着超级电容的应用领域不断扩大 ，需要制定相应的法规和标准以确 保其安全可靠地应用。
未来发展前景
技术创新
随着科研技术的不断进步，未来超级 电容有望在能量密度、循环寿命等方 面取得突破性进展。
应用领域拓展
产业链完善
未来超级电容的产业链将进一步完善 ，包括材料、制造、应用等方面，这 将有助于推动其大规模应用和商业化 进程。
超级电容的发展历程
01 20世纪60年代
超级电容的初步研究和发展。
02 20世纪90年代
随着电子技术和新能源产业的发展，超级电容的 应用逐渐广泛。
03 21世纪初
超级电容在电动汽车、混合动力汽车、能源存储 系统等领域得到广泛应用。
02
超级电容的工作原理
电化学双电层理论
总结词
电化学双电层理论是超级电容工作原理的基础，它解释了超级电容如何通过电极表面的双电层 来储存电荷。
5. 重复实验步骤，多次测 量以获得更准确的数据。
4. 当超级电容充满电后， 使用数字万用表测量电容 器的放电电压和电流。
结果分析与讨论
• 通过实验数据，分析超级电容的充电和放电特性，包括充电时间、电压变化、电流变化等。 讨论超级电容的储能原理以及在储能技术领域的应用前景。
• · 通过实验数据，分析超级电容的充电和放电特性，包括充电时间、电压变化、电流变化等。 讨论超级电容的储能原理以及在储能技术领域的应用前景。
THANKS
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详细描述
法拉第准电容器理论认为，超级电容的电极表面存在可逆的氧化还原反应，这些反应与双电层的形成和电荷的储 存释放有关。在充电过程中，电解液中的离子在电极表面发生氧化或还原反应，将电荷储存于双电层中；在放电 过程中，这些反应发生逆向反应，电荷被释放出来。
超级电容储能原理
超级电容储能原理
超级电容储能是一种基于电容器原理的高能量密度储能技术。
传统电容器利用电场储存电能，但其能量密度较低。
超级电容器通过采用高表面积电极材料、导电高分子电解质以及优化电容器结构等措施来提高能量密度，进而实现高效率的能量储存。
超级电容器的工作原理基于两个主要机制：电场储能和双电层电容效应。
首先，电场储能是指电容器中的正负极板之间的电场产生的静电能。
电介质材料的介电常数决定了电场储能的大小。
通过选择高介电常数材料和增加极板面积，可以增加电场能量的储存容量。
其次，双电层电容效应是指电解质中正负离子吸附在电极表面形成的电荷分离层。
在电解质的两个极性界面上形成两层电荷云，分别对应着正离子层和负离子层。
这种电荷分离现象导致电介质中产生双电层电容，增加了电容器的能量储存能力。
为了增加双电层电容效应，常见的做法是使用高表面积的电极材料，例如活性炭、氧化物等。
此外，超级电容器还可以利用快速电离和电荷分离的特性，实现快速的充电和放电过程。
因此，超级电容器在电子设备、汽车、储能系统等领域中被广泛应用，能够提供高功率输出和长寿命的特点。
超级电容器简介_图文
双电层原理示意图
充电时,外电源使电容器正负极分别带正电和负电,而电解液中的正负离子分别移动到电 极表面附近,形成双电层,整个双电层电容器实际上是两个单双电层电容器的串联装置。
双电层电容器充电状态电位分布曲线 Profile of the potential across electrochemical double
1、多孔电容炭材料
性能要求
1、高比表面 > 1000m2/g
理论比电容 > 250 F/g
ห้องสมุดไป่ตู้
各指
2、高中孔孔容 12~40Å 400l/g，
标间
大于40Å的孔容 50l/g，
相互
3、高电导率
矛盾
4、高的堆积比重
5、高纯度 灰份 < 0.1%
6、高性价比
7、良好的电解液浸润性
已研制的电容炭材料
碳气凝胶——电子导电性好
电容器产品性能：功率 4000 W/kg，能量 1 Wh/kg 优点：中孔发达、电导率高 不足：比表面积低、制备工序复杂 发展趋向：非超临界干燥、活化提高比电容
玻态炭 电导率高，机械性能好； 结构致密，慢升温制作难，价贵。
玻态炭
只能表层活化
活性玻态炭
纳米孔玻态炭
多孔碳层 厚15~20 um 多孔碳层的电导率高， 多孔碳层比功率18kW/L
230
170
制备条件
常规方法、简单方便 超临界干燥周 期长、费用高
碳纳米管
特点 1、导电性好，比功率高 2、比表面小，比容量低 3、成本高
作为添加剂使用
2、准电容储能材料
对金属化合物的性能要求：
1、高比表面 ——多孔，高比能量 2、低电阻率 ——高比功率 3、化学稳定性—— 长寿命 4、高纯度—— 减少自放电 5、价格低—— 便于推广应用
《超级电容器的研究》课件
如MnO2、NiO等，具有较高的 电化学活性，可以提供较大的电 容量。
电解质材料
离子液体
具有高离子电导率、低蒸气压、宽电化学窗 口等优点，可以提高超级电容器的性能。
聚合物电解质
如聚苯乙烯磺酸盐、聚丙烯腈等，具有良好 的机械性能和电化学稳定性。
隔膜材料
要点一
聚烯烃隔膜
具有良好的化学稳定性、机械性能和电绝缘性能，是常用 的隔膜材料。
智能家居
超级电容器可以为智能家居设备提供即时的电力供应，确保设备的正常运行。
03
CATALOGUE
超级电容器的关键材料与技术
电极材料
01
活性炭
具有高比表面积、良好的电导性 和化学稳定性，是应用最广泛的 电极材料之一。
碳纳米管
02
03
金属氧Байду номын сангаас物
具有优异的电导性能和机械性能 ，可以提高电极的电化学性能和 稳定性。
《超级电容器的研究》 ppt课件
CATALOGUE
目 录
• 超级电容器的概述 • 超级电容器的应用领域 • 超级电容器的关键材料与技术 • 超级电容器的性能测试与评估 • 超级电容器的研究挑战与展望 • 研究案例与分析
01
CATALOGUE
超级电容器的概述
超级电容器的定义与工作原理
定义
超级电容器是一种具有高容量、快速充放电特性的电化学元件，通常由电极、 电解液和隔膜组成。
02
CATALOGUE
超级电容器的应用领域
电动汽车与混合动力汽车
电动汽车
超级电容器可以提供高功率启动 和加速，改善电动汽车的启动和 加速性能。
混合动力汽车
超级电容器可以辅助发动机提供 额外的动力，同时储存和释放能 量，提高燃油效率。
超级电容器储能的原理
超级电容器储能的原理
超级电容器储能的原理是通过电电解双层电容效应来实现的。
超级电容器由两个电极（通常是活性炭材料）和一个电解质介质组成。
当电容器连接到电源时，正极电极上的电子会向电解质中移动，同时负极电极上的电子会从电解质中移除。
这个过程导致了电解质中产生了带正电和带负电的离子。
由于离子的共吸引力，它们会聚集在电极和电解质界面附近形成一个双层电容，其中正离子聚集在负极附近，负离子聚集在正极附近。
当超级电容器处于充电状态时，电子从电源流向正极电极，然后通过电解质中的离子移动并沉积在负极电极上。
这个过程导致带电离子从电解质中交换，在双层电容中储存电能。
当需要释放电能时，超级电容器的电极连接到外部电路。
在连接后，储存的电能会通过电解质中的离子运动，在电容器的电极之间传递，并驱动电路中的负载工作。
超级电容器以其高能量密度、高电压和长寿命等优点而被广泛应用于需要短时间高功率输出和快速充电和放电的领域，如电动汽车、电子设备和可再生能源储能系统等。
超级电容器.
超级电容器超级电容器从储能机理上面分的话，超级电容器分为双层电容器和赝电容器。
是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。
超级电容器用途广泛。
概述超级电容器（supercapacitor,ultracapacitor），原理又叫双电层电容器(Electrical Double-Layer Capacitor)、电化学电容器(Electrochemcial Capacitor, EC), 黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。
它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。
超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，实际上形成两个容性存储层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近。
超级电容器是建立在德国物理学家亥姆霍兹提出的界面双电层理论基础上的一种全新的电容器。
众所周知，插入电解质溶液中的金属电极表面与液面两侧会出现符号相反的过剩电荷，从而使相间产生电位差。
那么，如果在电解液中同时插入两个电极，并在其间施加一个小于电解质溶液分解电压的电压，这时电解液中的正、负离子在电场的作用下会迅速向两极运动，并分别在两上电极的表面形成紧密的电荷层，即双电层。
它所形成的双电层和传统电容器中的电介质在电场作用下产生的极化电荷相似，从而产生电容效应，紧密的双电层近似于平板电容器，但是，由于紧密的电荷层间距比普通电容器电荷层间的距离更小得多，因而具有比普通电容器更大的容量。
双电层电容器与铝电解电容器相比内阻较大，因此，可在无负载电阻情况下直接充电，如果出现过电压充电的情况，双电层电容器将会开路而不致损坏器件，这一特点与铝电解电容器的过电压击穿不同。
同时，双电层电容器与可充电电池相比，可进行不限流充电，且充电次数可达10^6次以上，因此双电层电容不但具有电容的特性，同时也具有电池特性，是一种介于电池和电容之间的新型特殊元器件。
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课程：电化学研究方法原理 报告人: xxx 学院：化学化工学院 学号: xxx
超级电容器储能机理简介
1
Contents
研究背景 储能原理 对比总结
超级电容器储能机理简介
2
超级电容器的分类
超级电容器
双电层电容器 赝电容器
碳材料
过渡金属氧化物 导电聚合物
超级电容器储能机理简介3源自超级电容器储能机理简介9
Ref. Toupin M, Brousse T, Bélanger D. Chemistry of Materials, 2004, 16(16): 3184-3190.
导电聚合物
Comparison of charging of (a) double-layer capacitor (carbon) and (b) pseudo-
超级电容器储能机理简介
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5
Ref. Simon P, Gogotsi Y. Nature materials, 2008, 7(11): 845-854.
储能原理方程式
• ES1+ES2+A-+C+
ES1//A-+ES2// C+ （碳材料）
• RuO2+δH++δe-
RuO2-δ(OH) δ (RuO2）
• MnO2+H++e-
定义
• 双电层电容器是通过电极/溶液界面上异种电荷的对峙来储存能量 的。其理论基础是电极/溶液界面的双电层。
• 法拉第赝电容器是通过在电极表面或体相中的二维/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/脱附或氧化 还原反应而产生电容的。
超级电容器储能机理简介
4
能量功率图
超级电容器储能机理简介
MnOOH
(MnO2)
• Cp
Cpn+(A-)n+ne- (p-doping)
Cp+ne-
(C+)n+Cpn- (n-doping)
6
(导电聚合物)
超级电容器储能机理简介
碳材料
超级电容器储能机理简介
7
Ref. Zhang L L, Zhou R, Zhao X S. Journal of Materials Chemistry, 2010, 20(29): 5983-5992.
RuO2
超级电容器储能机理简介
8
Ref. Ozolins V, Zhou F, Asta M. Accounts of chemical research, 2013, 46(5): 1084-1093.
MnO2
The charge storage mechanism in MnO2 electrode
capacitor (conducting polymer).
超级电容器储能机理简介
10
Ref. Snook G A, Kao P, Best A S. Journal of Power Sources, 2011, 196(1): 1-12.
对比总结
超级电容器储能机理简介
11
Ref. Simon P, Gogotsi Y, Dunn B. Science Magazine, 2014, 343.