超级电容器综述
超级电容器综述
超级电容器综述超级电容器又称电化学电容器或双电层电容器，是一种新型储能器件，它利用电极/电解质交界面上的双电层或在电极界面上发生快速、可逆的氧化还原反应来储存能量。
超级电容器采用活性碳材料制作成多孔碳电极，同时在相对的多孔电极之间充填电解质溶液，当在两端施加电压时，相对的多孔电极上分别*正负电子，而电解质溶液中的正负离子将由于电场作用分别*到与正负极板相对的界面上，从而形成两个集电层。
由于活性碳材料具有≥1200m2/g的超高比表面积（即获得了极大的电极面积），而且电解质与多孔电极间的界面距离不到1nm（即获得了极小的介质厚度），所以这种双电层结构的超级电容器比传统的物理电容的容值要大很多，比容量可以提高100倍以上，从而使利用电容器进行大电量的储能成为可能。
目前国际上研究与发展的超级电容器可归为以下几类：●双层电容器（Double layer capacitor）由高表面碳电极在水溶液电解质（如硫酸等）或有机电解质溶液中形成的双电层电容，如图6-12.1所示。
该图还表示出一个典型双电层的形成原理，显然双电层是在电极材料（包括其空隙中）与电解质交界面两侧形成的，双电层电容量的大小取决于双电层上分离电荷的数量，因此电极材料和电解质对电容量的影响最大。
一般都采用多孔高表面积碳作为双层电容器电极材料，其比表面积可达1000－3000m2/g，比电容可达280F/g。
●赝电容器（Pseudo－capacitor）由电极表面上或者体相中的二维或准二维空间上发生活性材料的欠电位沉积，形成高度可逆的化学吸附/脱附或氧化/还原反应产生和电极充电电位有关的电容，又称法拉第准电容；典型的赝电容器是由金属氧化物，如氧化钌构成的，其比电容高达760F/g。
但由于氧化钌太贵，现已开始采用氧化钴、氧化镍和二氧化锰来取代；●混合电容器（Hybrid capacitor）由半个形成双层电容的碳电极与半个导电聚合物或其他无机化合物的表面反应或电极嵌入反应电极等构成。
超级电容器及应用概括
超级电容器及应用概括超级电容器（Supercapacitor）是20世纪60年代发展起来的一种新型储能单元，80年代国外已进入商业规模。
由于它具有功率密度很高、充电时间极短、使用寿命特别长等优异特性，近年来得到了飞快的发展，不仅其技术水平在日新月异，而且应用范围也在不断扩大。
超级电容器是将电化学双层电容与法拉弟准电容结合起来做成的电容器，超级电容器的结构形式大致分为两种，一种是柱状电容器，即把基片卷绕起来装进园形金属外壳内，这种电容器适用于低电压大电流充放电的情况；另一种是叠层式电容器，即将电极基片叠起来，组装在塑料或金属壳内，这种电容器用在高电压小电流充放电的情况下比较合适。
超电容器的电容和能量密度跟所有的电极材料紧密相关。
超级电容器具有以下特点：（1）功率密度高。
超级电容器的内阻很小，而且在电极/溶液界面和电极材料本体内均能够实现电荷的快速储存和释放，因而它的输出功率密度高达数kw/kg，是任何一个化学电源都无法比拟的，是一般蓄电池的数十倍。
（2）充放电循环寿命长。
超级电容器在充放电过程中没有发生电化学反应，其循环寿命可达万次以上。
当今蓄电池的充放电循环寿命只有树百次，只有超级电容器的几十分之一。
（3）充电时间短。
从目前的充电试验结果来看，在电流密度在7mA/cm时，完全充电时间只要10—12分钟，而蓄电池在这么短的时间内是无法实现完全充电的。
（4）实现高比功率和高比能量输出。
一般说来，比能量高的储能体系其比功率不会太高；同样，一个储能体系的比功率比较高，其比能量就不一定会很高，许多电池体系就是如此。
超级电容器在可以提供1—5kw/kg，高比功率输出的同时，其比能量可以达到5—20wh/kg。
将它与蓄电池组合起来，就会成为一个兼有高比能和高比功率输出的储能系统。
（5）储存寿命极长。
超级电容器充电之后储存过程中，虽然也有微小的漏电电流存在，但这种发生在电容器内部的离子或质子迁移运动乃是在电场的作用下产生的，并没有出现化学或点化学反应，没有产生新的物质。
超级电容器研究综述
一、超级电容器的发展与进步（一）概述在古代，人们发现了与琥珀及橡皮相摩擦，引起表面贮存电荷的可能性。
然而这一效应的缘由直到18世纪中叶方被人们理解。
140年后，人们开始对电有了分子原子级的了解。
早期的有关莱顿瓶的发现和研究，开启了电容器的序幕。
之后，电容器不断的发展起来，现如今，其发展起来的电化学超级电容器，已经应用于国防设备、电力设备、通讯设备、铁路设施、电子产品、汽车工业等方方面面，成为当代社会不可缺少的一部分。
电能能够以两种截然不同的方式存贮：一种间接方式是作为潜在可用的化学能，存贮在电池里。
另一种直接的方式，则是以静电学形式将正负电荷置于一个电容器的不同极板之间来存贮电能。
超级电容器在存贮电荷时有着两种原理，一种是通过双电层原理，以非法第模式来存贮电能；而另一种则是法拉第模式，通过发生氧化还原反应来产生赝电容。
目前双电层型超级电容器一般采用碳材料做电极，通过碳材料的大的比表面积来增加双电层的面积，而赝电容型超级电容器一般采用氧化物或聚合物的材料来做为电极。
同时，二者在制作超级电容器的时候也可以并用，从而使得超级电容器也可以划分为对称超级电容器和非对称超级电容器，对称即指电容器的两极的材料相同，非对称则不同。
在电解质方面，超级电容器绝大多数均采用液体电解质，如水及其它有机溶剂。
超级电容器的电化学性能分析有很多方法，但通常都包括以下四种图：循环伏安曲线，恒流充放电曲线，交流阻抗谱，循环稳定性曲线。
通过这四种图可以比较明确地判断出一个超级电容器的电化学性能的好坏，具体判断方法之后会详细说明。
超级电容器有着非常高的功率密度，但是其能量密度却比较低，它有着极好的循环充放电稳定性但是电压窗口却比较窄。
但是人们也在对其进行着不断的研究来改善超级电容器的这些弊端。
（二）超级电容器的原理超级电容器又称为电化学电容器，是介于传统电容器和电池之间的新型电化学储能器件，它的出现填补了Ragone 图中传统电容器的高比功率和电池的高比能量之间的空白。
超级电容器综述
超级电容器综述超级电容器(supercapacitor,ultracapacitor),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。
由于石油资源日趋短缺,并且燃烧石油的内燃机尾气排放对环境的污染越来越严重(尤其是在大、中城市),人们都在研究替代内燃机的新型能源装置。
超级电容器简介
3．非常短的充电时间，在0.1-30s即可完成。
4．解决了贮能设备高比功率和高比能量输出之间的矛盾， 将它与蓄电池组合起来，就会成为一个兼有高比功率输出的贮 能系统。
5．贮能寿命极长，其贮存寿命几乎可以是无限的。
6．高可靠性。
四、超级电容器技术及电极材料的进展
电压、能量密度高
按照电解液分,分为水溶液电解液超级电容器和有机电解液超级电容器。
根据结构分为对称型电容器(SymmetricCapacitor)和混合型超级电容器(Hybrid Capacitor)。
三、超级电容器的性能特点——介于电池与物理电容器
之间
优点
1. 高功率密度，输出功率密度高达数KW/kg，一般蓄电池的 数十倍。
氧化还原赝电容即法拉第赝电容是指活性电极材料发生氧化还原反应表现出 来的电容特性,主要包括过渡金属氧化物和导电聚合物。
双电层电容器存储的电荷与它的电容和电压相关 Q=CV，电容和电压是独 立的，但取决于电极的表面积，双电层的厚度和电解液的介质常数。根据 双电层电容器所需设备的性能或是使用的电解液选择电极材料。活性炭是 双电层电容器传统的电极材料
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 layer capacitor in the charged condition
双电层电容器的储能机理本质上与静电容器一致,其依靠材料表面电子和溶液中等量 离子在电极材料/电解液界面的分离储存电量。通常电极材料采用高比表面积炭材料, 具有较高的比表面积(高达2000 m2 /g),远大于电解电容器电极的比表面积,
超级电容器简介课件
THANKS
主要应用领域市场现状与趋势
总结词
电动汽车和可再生能源领域是超级电容器的最主要应用领域，未来市场份额将进一步扩 大。
详细描述
电动汽车和可再生能源领域是超级电容器最主要的应用领域。在电动汽车领域，超级电 容器可以提供快速充电和大功率放电，提高车辆的加速和爬坡性能。在可再生能源领域 ，超级电容器可以用于储存和释放能量，提高能源利用效率。未来，随着电动汽车和可
能量密度与功率密度
能量密度高
超级电容器具有较高的能量密度，能 够存储较多的电能，使得其在混合动 力汽车、电动车等领域具有广泛应用 。
功率密度高
超级电容器具有极高的功率密度，可 以在短时间内释放大量电能，适用于 需要瞬时大功率输出的场合。
循环寿命与稳定性
长寿命
超级电容器经过多次充放电循环后，性能衰减较小，循环寿命长，可达数十万 次以上。
再生能源市场的不断扩大，超级电容器的市场份额也将进一步增加。
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。
响应速度
超级电感的响应速度较快， 能够快速提供和回收能量， 而超级电容器的响应速度相 对较慢。
储能密度
超级电容器的储能密度较高 ，能够存储更多的能量，而 超级电感的储能密度相对较 低。
应用范围
超级电感适用于高频、大电 流的应用场景，而超级电容 器适用于需要快速充放电和 长循环寿命的应用场景。
超级电容器综述
超级电容器综述电子技术查新训练文献综述报告题目超级电容器技术综述学号3130434055班级微电132学生赵思哲指导教师杨莺2014 年5.超级电容器的电极材料2.1超级电容器的电极材料电极材料是超级电容器的关键，它决定着超级电容器的主要性能指标.[5]科学家们对各种具有特定属性的材料已进行了研究，探讨超级电容器的潜力和适用性先进的超[6]级电容器具有高容量的性能，如碳基材料、过渡金属氧化物和导电聚合物。
2.1.1炭材料多孔炭材料比电容高，循环寿命长，且资源丰富、结构多样、成本适中，是超级电容器领域最为活跃的研究方向.如表2。
表2 各种炭材料和期前驱的关系[10]a 活性炭（AC）通过不同工艺炭化、活化制备的 AC 有很高的比表面积（1000～3000 m2/g），高的孔隙率，生产工艺简单且价格低廉，一直受到人们的青睐，是目前已经商品化的电极材料之一。
b 活性炭纤维（ACF)活性炭纤维（ACF）是性能优于活性炭的高效活性吸附材料和环保工程材料，高比表面积的活性炭纤维布是已商品化的电极材料之一。
ACF 的制备一般是将有机前驱体纤维在低温（200～400 ℃）下进行稳定化处理，随后进行炭化活化（700～1000 ℃）。
ACF 具有比表面积高、孔径分布窄、导电性好及比电容高的特点。
如图1.（a）（b）吸脱附等温线（a）和孔径分布曲线(b)[5]图1 ACF的N2C 碳纳米管（CNTs）碳纳米管（CNTs）由于具有化学稳定性好、比表面积大、导电性好和密度小等优点，是很有前景的超级电容器电极材料。
d 炭气凝胶（CAGs）炭气凝胶（CAGs）是唯一具有导电性的气凝胶,具有导电性好、比表面积大、密度变化范围广等特点，且轻质、多孔、非晶态、块体纳米炭材料，其连续的三维网络结构可在纳米尺度控制和剪裁。
它的孔隙率高达 80%～98％，典型的孔隙尺寸小于 50 nm，网络胶体颗粒直径 3～20 nm，比表面积高达 600～ 1100 m2/g，是制备双电层电容器理想的电极材料[8]2.1.2过渡金属氧化物金属氧化物电极在超级电容器中产生的法拉第准电容 (赝电容 )比碳材料电极表面的双电层电容要大很多。
超级电容器综述
超级电容器综述摘要：电化学超级电容器是介于传统电容器和蓄电池之间的一种新型储能装置，以其独特的大容量、高功率密度、高的循环使用寿命、免维护、经济环保等特点，受到了世人的青睐，致使许多新型的电化学超级电容器电板材料相继被发现和应用。
本文综述了超级电容器的原理、电极材料的分类、隔膜、电解液等，介绍了超级电容器的主要应用领域与发展趋势。
关键词：超级电容器原理电极材料综述Reviews of supercapacitorsAbstract：As a new kind of energy storage device, supercapacitors has large capacity, large discharge power, longer cycle service life, free-maintenance, economic and environmental protection, which is between traditional capacitors and chemical batteries. For these advantages, supercapacitors has become extremely popular with researchers, therefore more and more supercapacitor materials have been found and applied. The paper reviews supercapacitors’ principle, the classification of electrode materials, diaphragm, electrolyte, and includes the main field of application, trend of development.Keywords: supercapacitors; principle; electrode materials; review1引言电容器是一种能储蓄电能的设备与器件．由于它的使用能避免电子仪器与设备因电源瞬间切断或电压偶尔降低而产生的错误动作，所以它作为备用电源被广泛应用于声频一视频设备：调协器，电话机、传真机及计算机等通讯设备和家用电器中．电容器的研究是从30年代开始的，随着电子工业的发展．先后经历了电解电容器、瓷介电容器、有机薄膜电容器、铝电解电容器、钽电解电容器和双电层电容器的发展．其中双电层电容器．又叫电化学电容器．是一种相对新型的电容器，它的出现使得电容器的上限容量骤然跃升了3—4个数量级，达到了法拉第级(F)的大容量，正缘于此，它享有“超级电容器”之称。
超级电容器介绍
超级电容器介绍第一篇：超级电容器介绍超级电容器/法拉电容介绍五超级电容器类型简介超级电容器的类型比较多，按不同方式可以分为多种产品，以下作简单介绍。
按原理分为双电层型超级电容器和赝电容型超级电容器：双电层型超级电容器，包括1.活性碳电极材料，采用了高比表面积的活性炭材料经过成型制备电极。
2.碳纤维电极材料，采用活性炭纤维成形材料，如布、毡等经过增强，喷涂或熔融金属增强其导电性制备电极。
3.碳气凝胶电极材料，采用前驱材料制备凝胶，经过炭化活化得到电极材料。
4.碳纳米管电极材料，碳纳米管具有极好的中孔性能和导电性，采用高比表面积的碳纳米管材料，可以制得非常优良的超级电容器电极。
以上电极材料可以制成：1.平板型超级电容器，在扣式体系中多采用平板状和圆片状的电极，另外也有Econd公司产品为典型代表的多层叠片串联组合而成的高压超级电容器，可以达到300V以上的工作电压。
2.绕卷型溶剂电容器，采用电极材料涂覆在集流体上，经过绕制得到，这类电容器通常具有更大的电容量和更高的功率密度。
赝电容型超级电容器：包括金属氧化物电极材料与聚合物电极材料，金属氧化物包括NiOx、MnO2、V2O5等作为正极材料，活性炭作为负极材料制备的超级电容器，导电聚合物材料包括PPY、PTH、PAni、PAS、PFPT等经P型或N型或P/N型掺杂制取电极，以此制备超级电容器。
这一类型超级电容器具有非常高的能量密度，目前除NiOx型外，其它类型多处于研究阶段，还没有实现产业化生产。
按电解质类型可以分为水性电解质和有机电解质类型：水性电解质，包括以下几类1.酸性电解质，多采用36％的H2SO4水溶液作为电解质。
2.碱性电解质，通常采用KOH、NaOH等强碱作为电解质，水作为溶剂。
3.中性电解质，通常采用KCl、NaCl等盐作为电解质，水作为溶剂，多用于氧化锰电极材料的电解液。
有机电解质通常采用LiClO4为典型代表的锂盐、TEABF4作为典型代表的季胺盐等作为电解质，有机溶剂如PC、ACN、GBL、THL等有机溶剂作为溶剂，电解质在溶剂中接近饱和溶解度。
超级电容器简介
已研制的电容炭材料 活性炭（粉、纤维、布） ——应用最多的电极材料
纳米碳管
碳气凝胶 活化玻态炭
纳米孔玻态炭
活性炭
优势： （1）成本较低； （2）比表面积高；
（3）实用性强； （4）生产制备工艺成熟； （5）高比容量，最高达到500F/g，一般200F/g。 性能影响因素： （1）炭化、活化条件，高温处理； （2）孔分布情况； （3）表面官能团 （4）杂质。 研究趋势： 材料复合、降低成本
二、超级电容器的基本分类
超级电容储能机制可分为：
双电层电容--电极表面与电解液间双电层储能。
准电容--电极表面快速的氧化-还原反应储能。
相应的两类电极根据电极材料—-—组成三种电容器 双电层电容器 （碳材料超级电容器）正、负极——多孔炭 准电容器 混合材料电容器 正、负极——金属化合物、石墨、 导电聚合物。 电压、能量密度高
4.
以减轻重量为中心的结构设计
活性玻态炭
纳米孔玻态炭
多孔碳层 厚15~20 um 整体多孔，比能量提高 多孔碳层的电导率高， 快速升温炭化，成本大降 多孔碳层比功率18kW/L 但电容器的比能量很低（0.07Wh/L）
纳米孔玻态炭与碳气凝胶性能比较
项目
比表面积m2/g 电导率S/cm 电极密度g/cm3 最佳比容量F/g 制备条件
双电层电容器的储能机理本质上与静电容器一致,其依靠材料表面电子和溶液中等量 离子在电极材料/电解液界面的分离储存电量。通常电极材料采用高比表面积炭材料, 具有较高的比表面积(高达2000 m2 /g),远大于电解电容器电极的比表面积,
双电层电极、溶液界面结构示意图
Struture diagram of the interface between electrode and electrolyte
超级电容器简介
超级电容器不含有有毒物质，对环境友好 ，且在使用寿命结束后可回收再利用。
02
超级电容器的应用领域
汽车工业
01
02
03
混合动力汽车
超级电容器可以提供瞬时 大电流，辅助发动机启动 和加速，提高燃油效率。
电动汽车
超级电容器可以快速储存 和释放能量，用于启动、 加速和制动回收，提高车 辆性能。
汽车零部件
产业链整合
通过整合上下游产业链，提高生产效率和降低 成本，企业将获得更多竞争优势。
跨界合作
与其他产业领域进行跨界合作，拓展超级电容器的应用领域和商业模式。
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特点与优势
高功率密度
长寿命
超级电容器具有极高的功率密度，能够在 短时间内提供大量电能，适合用于需要瞬 时大电流的场合。
由于超级电容器的充放电过程中发生的电 化学反应较为温和，因此其寿命较长，可 达到数万次甚至数十万次充放电循环。
快速充放电
环境友好
超级电容器可以在短时间内完成充电，放 电速度也较快，提高了使用效率。
寿命与稳定性
薄膜电容器的寿命和稳定性较好，而 超级电容器的寿命和稳定性相对较差 。
Байду номын сангаас
05
超级电容器的市场前景与趋势
市场现状
市场规模
全球超级电容器市场规模持续增长，应用领域不断扩 大。
竞争格局
市场竞争激烈，主要集中在技术领先和品牌优势的企 业。
区域分布
全球超级电容器市场主要集中在中国、欧洲和北美等 地区。
超级电容器可用于汽车零 部件的能量回收和节能控 制，如座椅、车门等。
能源存储
可再生能源
超级电容器可以用于储存太阳能 、风能等可再生能源产生的电能 ，提高能源利用效率。
超级电容器综述_杨盛毅
K eywords: supercapac itors; developm en;t app lication; princ iple; review
0 引言
超级电容器 ( Supercapacitors)是近几十年来, 国内外发展 起来的一种介于常规电容器与化学电池二者之间的新型储 能元件。它具备传统电容那样的放电功率, 也具备化学电池 储备电荷的能力。与传统电容相比, 具备达到法拉级别的超 大电容量、较高的能量、较宽的工作温度范围和极长的使用寿 命, 充放电循环次数可达十万次以上, 且不用维护; 与化学电 池相比, 具备较高的比功率, 且对环境无污染。因此, 超级电 容器是一种高效、实用、环保的能量存储装置, 它优越的性能 得到各方的重视, 目前发展十分迅速。
Review of Supercapacitors
YANG Shengy,i WEN Fang
Abstract: A s a new k ind energy storage dev ice, supercapac itors has large d ischarge pow er, large capac itance as farad g rade, h igher energy, w ider operating temperature range, longer serv ice life, free-ma intenance, econom ic and env ironm ental protection, wh ich is betw een common capacitor and chem ica l batteries. T his paper includes supercapac ito rs. pr inc iple, m ain perfo rm ance index, development sta tus and characteristics, and sums up supercapac ito rs. research status. A t las,t it po ints out attention in use and reso lven.t
超级电容器简介
二、超级电容器的基本分类
超级电容储能机制可分为：
双电层电容--电极表面与电解液间双电层储能。
准电容--电极表面快速的氧化-还原反应储能。
相应的两类电极根据电极材料—-—组成三种电容器 双电层电容器 （碳材料超级电容器）正、负极——多孔炭 准电容器 混合材料电容器 正、负极——金属化合物、石墨、 导电聚合物。 电压、能量密度高
2、准电容储能材料 3、高性能电解质溶液
4、以减轻重量为中心的结构设计
活性炭是双电层电容器传统的电极材料，石墨结构的导电炭、碳化物的衍 生碳、碳纳米管、炭黑和石墨烯等各种各样不同结构的碳在双电层电容器 中的应用也越来越广泛。 法拉第赝电容的电极材料主要包括过渡金属氧化物材料和导电聚合物材料， 过渡金属氧化物电极的电容来源于氧化还原反应，比电容远高于双电层的比 电容，过渡金属氧化物电极材料的导电性差，在过渡金属氧化物中例如 MnO2和 NiO 等它们差的导电性阻碍了它们作为超级电容器电极材料的应用。 导电聚合物当氧化反应发生时，离子转移到聚合物骨架；当还原反应发生时，
离子从聚合物骨架中转移到电解液中，导电聚合物的氧化还原反应在聚合物
的整体中进行，不仅局限于表面。然而，导电聚合物存在循环稳定性差的问 题，在长时间的循环测试中导电聚合物会发生收缩和溶胀，影响其循环寿命。
研究人员通过复合的方式在具有高比表面积和良好导电性以及多孔的碳材料
表面负载过渡金属氧化物，制备了具有多层次结构的碳基复合材料。通过这 种方式提高了赝电容电极材料的利用率，改善了复合材料的性能。
4.
以减轻重量为中心的结构设计
碳是双电层电容器理想的电极材料，在水溶液和非水溶液理想极化的条件下电压分别为 1 V 和 3.5 V
电容器电解质：
超级电容器文献综述
高比能量水基电解质炭基超级电容器的研究文献综述一、课题背景和意义超级电容器(Supercapacitor)，又称超大容量电容器(Ultracapacitor)或电化学电容器(Electrochemical capacitor)，是一种重要的电化学能量存储与转换装置[1-3]。
从双电层理论的提出到超级电容器的问世，经历了很长一段历史。
20世纪50年代末，Becke申请了双电层电容器的专利，超级电容器的研究才取得实质性进展[1]。
1971年，日本NEC公司成功制备了第一个商用超级电容器[4]。
在七八十年代，Conway和他的合作者利用赝电容电极材料RuO2制备了性能更加优异的超级电容器[5]。
美国政府在1989 年制定了超级电容器领域的短期和中长期研究计划项目，更是加速推动了超级电容器产业的发展。
2007年，《Discovery》将超级电容器列为2006年世界七大技术发现之一，认为其是能量储存领域的一项革命性发展，并将在某些重要领域替代传统能量存储装置。
至此，超级电容器已得到各界的广泛关注和认可，并成为全球新型储能器件的一个研究热点[3, 6-11]。
作为一种新型的储能器件，超级电容器具有众多优点，图1.1是其与电池和普通电容的对比情况。
对比结果显示与电池相比，超级电容器具有较低的能量密度，但是其功率密度较高；与普通电容相比，超级电容器具有较低的功率密度，但是其能量密度较高。
图1.1不同储能器件对比二、超级电容器的组成和工作原理2.1超级电容器的组成超级电容器是一种重要的电化学能量存储装置，其结构示意图如图2.1所示。
超级电容器的主要构件为对称的双电极、防止电极接触短路的隔膜、电解质和电极材料基底-集流体。
图2.1超级电容器的构成图示2.2工作原理基于超级电容器的不同构成材料及工作原理，可将其分为三类：(l)电化学双电层电容器(Electrochemical Double Layer capacitor，EDLC)；(2)法拉第赝电容器(Faradic Pseudocapacitor，FPC)；(3) 混合杂化型电容器(Hybrid Supercapacitor，HSC)。
超级电容器综述
级电容器综述电子技术查新训练文献综述报告题目超级电容器技术综述学号3130434055班级微电132学生赵思哲指导教师杨莺2014 年超级电容器技术综述摘要：近年来，随着经济的迅猛发展，人们在实际应用中对储能装置各项技术指标的需求不断提高，而当前电池的标准设计能力已经逐渐无法满足人们的要求，超级电容器应运而生。
超级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。
作为一种新的储能元件,它填补了传统电容器和电池之间的空白,能提供比普通电容器更高的能量和比二次电池更高的功率以及更长的循环寿命,同时还具有比二次电池耐温和免维护的优点。
本文主要针对超级电容器的储能机理、超级电容器电极材料、超级电容器的发展动态以及未来应用的展望进行了简单的论述。
关键词：超级电容器；储能机理；活性炭；发展现状；应用展望。
A Review of the technology of super capacitor Abstract：In recent years，With the rapid development of economy，People advance the need that can equip each technique index sign to continuously raise at practical application。
But the standard design ability of the current battery have already canned not satisfy people's request gradually，The super capacitor emerges with the tide of the times。
The super capacitor is a kind of new energy storing device, it has many characteristics such as short refresh time, long service life, good temperature characteristic, energy conservation,Environment protecting.As a new kind energy storage element, it filled up traditional capacitor and the blank of battery.It can provide energy than the common capacitor higher and the power than secondary battery higher and the longer circulating life.Meanwhile it has the advantage ofrating of temperature and no maintenance than secondary battery.The text mainly aims at the keeping of super capacitor development dynamic state of ability mechanism, super capacitor electrode material, super capacitor and in the future apply of the outlook carried on simple treatise.Key Words：super capacitor; The energy storage mechanism; active carbon; development trend; Application trend .引言近几年出现的超级电容器，它兼有物理电容和电池的特性，是人们未来探索的确定方向。
超级电容器材料综述
超级电容器是一种新型的储能装置，具备充放电快、效率高、稳定性好等优点，是一种清洁的绿色能源,是21 世纪的新型绿色能源。
超级电容器有很大的市场潜力.通过对超级电容器电极材料进行研究，发现多孔碳材料作为超级电容器电极材料的电化学性能的影响。
目前，用于超级电容器的电极材料主要是碳材料，市场上主要是活性炭材料，因为活性炭的成本较低,且活性炭具有很高的比表面积,这是超级电容器电极材料所必须具备的特点。
但是,活性炭的导电性一般，微观结构主要以微孔形式存在，因此在电解液中会有很大的电阻，电解液浸透电极的过程会比较慢，在存储和传输电荷的时候也会比较慢,但是它的成本低，基本可以满足市场的要求,因此被作为市场上电容器的主要材料，其它的碳材料有比活性炭更优越的性能，但是成本较高，所以没有被用作商业化。
因此，寻找性能好，成本低的电极材料是当前超级电容器领域的主要研究方向,从而制备出性能优越，成本低，能够广泛应用于市场的超级电容器，具有重大意义。
目前用于研究超级电容器电极材料的碳材料主要有活性炭、炭气凝胶、碳纳米管、玻璃碳、石墨烯、碳纤维以及碳/碳复合材料。
碳材料原料低廉，表面积大，适合大规模生产。
但是单纯不加修饰碳电极材料没有很高的比电容，还需要对其进行改性等研究.1、活性炭材料对于活性炭材料，不同的处理方法，会得到不同比表面积的活性炭,一般表面积可以高达1000～3000m2/g，而且具有不同的空隙，孔径范围宽，生产工艺简单，成本低廉，可以从沥青、植物硬壳、石油焦、橡胶等各种原材料中得来。
是一种已经商品化的超级电容器电极材料。
活性炭材料的活化方法多种多样，可以分为物理活化和化学活化两种。
2、炭气凝胶电极材料炭气凝胶是一种交联结构的网状的碳材料有多孔性，导电性好，表面积大,孔隙率高，孔径分布广,是唯一可以导电的气凝胶，电导率高。
密度跨度大，孔隙率好,而且质量较轻，属于非晶态的纳米碳材料,同时，在制备的时候,可以通过调节工艺参数控制其孔径分布和微粒尺度.3、碳纳米管碳纳米管这是一种有类似石墨的六边形组成的碳材料，微观上看两端封闭的多层的管子，直径有几十纳米，层间距要比石墨层间距稍大。
超级电容器的现状及发展趋势综述
文献综述超级电容器的现状及发展趋势目录1 前言2 超级电容器发展现状3 超级电容的特点4 超级电容器电压均衡技术解决方案5 超级电容器的发展趋势与展望6 小结21.前言随着化石能源资源的日益匮乏和人们强烈的环保意识，有力地促进了太阳能和风能等可再生能源的发展。
但太阳能、风能具有波动性和间歇性，需要有效的储能装置保证其能够稳定的在电网中并网工作。
同时，电动汽车产业的快速发展也迫切需要发展低沉本、环境友好、能量密度高的储能装置。
超级电容器也叫做双电层电容器是一种具有高能量密度的新型储能元器件，它可提供大功率并具有超长寿命，是一种兼备电容和电池特性的新型元件，在混合动力电动车、脉冲电源系统和应急电源等领域具有广泛的应用前景。
而对于大功率系统来说，由于超级电容单体的电压值和能量都比较低，不能满足应用系统功率、放电时间及电压要求。
为满足实际应用工况的电压需求，需将多个单体串并联以提高储能模块的工作电压，单体电容器参数的分散性是制约超级电容器模块寿命和可靠性的主要因素。
然而市面上同一型号规格的超级电容器在电压、内阻、容量等参数上存在着不一致，并且在超级电容器使用过程中，工作环境不同以及电压不均匀的积累又加剧了超级电容器的参数不一致性。
这种离散性极易造成超级电容的过充或过放，从而影响系统的使用寿命和可靠性。
因此，研究和实现超级电容器的电压均衡对于提高超级电容器的整体性能是十分必要和关键的技术。
基于此本文将主要对超级电容器的发展现状、优缺点、电压均衡方法及未来的发展趋势进行阐述。
2.发展现状超级电容器利用双电层原理直接存储电能，其容量可达数万法拉，是介于蓄电池和传统电容器之间的一种新型储能装置。
超级电容器储存的能量E=25.0V C ⨯⨯，与容量C 和工作电压V 的平方成正比，具有较大的比电容、充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保的特点。
同时，与化学电源相比较，超级电容具有跟高的比功率，能够在短时间内释放化学电源所难达到的大电流，这一性质很好带地满足了某些电设备对瞬时大电流的需求，具有很大的发展潜能。
超级电容器研究综述
一、超级电容器的发展与进步（一）概述在古代，人们发现了与琥珀及橡皮相摩擦，引起表面贮存电荷的可能性。
然而这一效应的缘由直到18世纪中叶方被人们理解。
140年后，人们开始对电有了分子原子级的了解。
早期的有关莱顿瓶的发现和研究，开启了电容器的序幕。
之后，电容器不断的发展起来，现如今，其发展起来的电化学超级电容器，已经应用于国防设备、电力设备、通讯设备、铁路设施、电子产品、汽车工业等方方面面，成为当代社会不可缺少的一部分。
电能能够以两种截然不同的方式存贮：一种间接方式是作为潜在可用的化学能，存贮在电池里。
另一种直接的方式，则是以静电学形式将正负电荷置于一个电容器的不同极板之间来存贮电能。
超级电容器在存贮电荷时有着两种原理，一种是通过双电层原理，以非法第模式来存贮电能；而另一种则是法拉第模式，通过发生氧化还原反应来产生赝电容。
目前双电层型超级电容器一般采用碳材料做电极，通过碳材料的大的比表面积来增加双电层的面积，而赝电容型超级电容器一般采用氧化物或聚合物的材料来做为电极。
同时，二者在制作超级电容器的时候也可以并用，从而使得超级电容器也可以划分为对称超级电容器和非对称超级电容器，对称即指电容器的两极的材料相同，非对称则不同。
在电解质方面，超级电容器绝大多数均采用液体电解质，如水及其它有机溶剂。
超级电容器的电化学性能分析有很多方法，但通常都包括以下四种图：循环伏安曲线，恒流充放电曲线，交流阻抗谱，循环稳定性曲线。
通过这四种图可以比较明确地判断出一个超级电容器的电化学性能的好坏，具体判断方法之后会详细说明。
超级电容器有着非常高的功率密度，但是其能量密度却比较低，它有着极好的循环充放电稳定性但是电压窗口却比较窄。
但是人们也在对其进行着不断的研究来改善超级电容器的这些弊端。
（二）超级电容器的原理超级电容器又称为电化学电容器，是介于传统电容器和电池之间的新型电化学储能器件，它的出现填补了Ragone 图中传统电容器的高比功率和电池的高比能量之间的空白。
超级电容器电极材料综述
1.4 超级电容器的性能指标
• 1. 比电容
单位为F/g
• 2. 功率密度, 也称比功率
超级电容器 电极材料的研究进展
Research Progress of Supercapacitor’s Electrode Material
Designed by PengTQ
目录
CONTENTS
1. 超级电容器概况
2. 电极材料研究进展 3. 展望
1.1
何为超级电容器
传统 电容 器
VS
超级电 容器
3. 展望
1.要有大的比表面积，高 比表面意味着有更多的反 应活性点。 2.要有合适的孔分布，孔 网络以及孔长度，这些条 件都有利于离子以较高的 速率传输。 3.复合电极的电荷传输电 阻要低。 4.有较高的电化学稳定性 和机械稳定性。
高比电容
电极材料
提高 能量密度
宽电势窗口
3. 展望
未来电极材料的发展有两个重要的方向:
2.1 碳材料
Multiwalled Carbon Nanotubes (MWCNTs )多壁碳纳米管 Hummers法剥离 Curved Graphene Nanosheets(CGN )弯曲石墨烯纳米片
Wang, Huanwen, et al. "Cutting and unzipping multiwalled carbon nanotubes into curved graphene nanosheets and their enhanced supercapacitor performance." ACS applied materials & interfaces 4.12 (2012): 6827-6834.
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题目超级电容器技术综述学号班级_____________学生 _______________扌旨导教师_______ 杨莺_______________________ 2014 _______ 年超级电容器技术综述摘要：近年来，随着经济的迅猛发展，人们在实际应用中对储能装置各项技术指标的需求不断提高，而当前电池的标准设计能力已经逐渐无法满足人们的要求，超级电容器应运而生。
超级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。
作为一种新的储能元件,它填补了传统电容器和电池之间的空白, 能提供比普通电容器更高的能量和比二次电池更高的功率以及更长的循环寿命, 同时还具有比二次电池耐温和免维护的优点。
本文主要针对超级电容器的储能机理、超级电容器电极材料、超级电容器的发展动态以及未来应用的展望进行了简单的论述。
关键词：超级电容器；储能机理；活性炭；发展现状；应用展望。
A Review of the technology of super capacitor Abstract ：In recent years，With the rapid development of economy，People advance the need that can equip each technique index sign to continuously raise at practical application 。
But the standard design ability of the current battery have already canned not satisfy people's request gradually ，The super capacitor emerges with the tide of the times 。
The super capacitor is a kind of new energy storing device, it has many characteristics such as short refresh time, long service life, good temperature characteristic, energy conservation,Environment protecting.As a new kind energy storage element, it filled up traditional capacitor and the blank of battery.It can provide energy than the common capacitor higher and the power than secondary battery higher and the longer circulating life.Meanwhile it has the advantage of rating of temperature and no maintenance than secondary battery.The text mainly aims at the keeping of super capacitor development dynamic state of ability mechanism, super capacitor electrode material, super capacitor and in the future apply of the outlook carried on simple treatise.Key Words ：super capacitor; The energy storage mechanism; active carbon; development trend; Application trend .引言近几年出现的超级电容器，它兼有物理电容和电池的特性，是人们未来探索的确定方向。
超级电容器是比物理电容器更好的储能元件。
目前，用于超级电容器的电极材料主要是炭材料，由于一些炭材料比如氧化锰低价高能，所以受到很多科学家的青睐。
超级电容器自面市以来，全球需求量快速扩大，已成为化学电源领域内新的产业亮点。
超级电容器在电动汽车、混合燃料汽车、特殊载重汽车、电力、消费性电子产品等众多领域有着巨大的应用价值和市场潜力，被世界各国所广泛关注。
就目前的国际形势来看，超级电容器有着很大的应用前景。
1 超级电容器概述1.1超级电容器的定义及特点超级电容器是一种介于普通电容器和化学电池之间的储能器件, 兼具两者的优点, 如功率密度高、能量密度高、循环寿命长、可快速充放电, 并具有瞬时大电流放电和对环境无污染等特性. 它涉及材料、能源、化学、电子器件等多个学科, 成为交叉学科研究的热点之一. 作为一种绿色环保、性能优异的新型储能器件, 超级电容器在众多的领域有广泛的应用, 包括国防、军工,以及电动汽车、电脑、移动通信等民用领域, 因而受到了世界各国, 尤其是发达国家的高度重视。
[1]表1 为各钟元件储能性能：[2]表1 各储能系统的性能比较1.2超级电容器的历史发展双电层电容器是建立在双电层理论基础之上的. 1879 年Hemlholz 发现了电化学界面的双电层电容性质; 1957 年, Becker 申请了第一个由高比表面积活性炭作电极材料的电化学电容器方面的专利;1962 年标准石油公司生产了一种6V 的以活性碳(AC) 作为电极材料, 以硫酸水溶液作为电解质的超级电容器.1979 年NEC公司开始生产超级电容器，开始了电化学电容器的大规商业应用；在超级电容器的产业化上，最早1980年NEC /Tokin与1987年松下三菱的产品.到20世纪90年代，Econd和EL IT推岀了适合于大功率启动动力场合的电化学电容器. 如今, Panasonic 、NEC、EPCOS、Maxwell 、Powerstor 、Evans,SAFT, NESS 等公司在超级电容器方面的研究均非常活跃. [3]目前美国、日本、俄罗斯的产品几乎占据了整个超级电容器市场，各个国家的超级电容量器产品在功率、容量、价格等方面都自己的特点和优势. 与国外相比, 我国超级电容器的研究起步晚, 目前国内研制超级电容器企业有天津力神公司、上海奥威科技开发有限公司、北京集星联合电子科技有限公司等. 国内研发和生产的超级电容器主要用于民用，如各种动交通工具的辅助电源、UPS系统、电磁开关.天津力神公司与美国Maxwell 公司合作, 产品性能达到国内领先; 上海奥威科技开发有限公司以开发超级电容器电动汽车为研发目标, 并将上海11 路公共汽车定为超级电容电动车的示范线, 开始了商业化运营, 北京集星联合电子产品主要以卷绕型活性炭纤维布作电极, 生产高电压和高容量的有机超级电容器. [4]这一产品不断地得到市场的认知, 市场的拓展也在成几何倍数增长。
2.超级电容器的电极材料2.1 超级电容器的电极材料电极材料是超级电容器的关键，它决定着超级电容器的主要性能指标. [5]科学家们对各种具有特定属性的材料已进行了研究，探讨超级电容器的潜力和适用性先进的超级电容器具有高容量的性能，如碳基材料、过渡金属氧化物和导电聚合物。
[6]多孔炭材料比电容高，循环寿命长，且资源丰富、结构多样、成本适中，是超级电容器领域最为活跃的研究方向. 如表2。
表2 各种炭材料和期前驱的关系[10]a 活性炭( AC)通过不同工艺炭化、 活化制备的AC 有很高的比表面积（1000〜3000 m /g ），高的孔隙率，生产工 艺简单且价格低廉，一直受到人们的青睐，是目前已经商品化的电极材料之一。
b 活性炭纤维（ ACF ）活性炭纤维（ACF ）是性能优于活性炭的高效活 性吸附材料和环保工程材料，高比表面积的活性炭 纤维布是已商品化的电极材料之一。
ACF 的制备一般是将有机前驱体纤维在低温 （200〜400 C ）下进行稳 定化处理， 随后进行炭化活化 （700〜1000 C ）。
ACF 具有比表面积高、孔径分布窄、导电性好及比电 容高的特点。
如图 1.（ a ） （ b ）图1 ACF 的N 2吸脱附等温线（a ）和孔径分布曲线（b ） [5]C 碳纳米管（ CNTs ）碳纳米管（CNTs ）由于具有化学稳定性好、比表面积大、导电性好和密度小等优点，是很有前景的超 级电容器电极材料。
d 炭气凝胶（ CAGs ）炭气凝胶（CAGS 是唯一具有导电性的气凝胶,具有导电性好、比表面积大、密度变化范围广等特 点， 且轻质、多孔、非晶态、块体纳米炭材料，其连续的三维网络结构可在纳米尺度控制和剪裁。
它的孔隙 大很多。
法拉第准电容是在电极表面或体相中的二维或准二维空间上 高度可逆的化学吸脱附或氧化还原反应。
因为在金属氧化物电极上发生快速可逆的电极反应 , 而且该电 极反应能深入到电极内部 , 因此能量 存储于三维空间中 , 提高了能量密度。
[9]举例：以 RuO 2 为电极 , 以硫酸为电解液 , 其电化学过程可表示如公式 1. [7]2.1.3 导电聚合物电极材料以导电聚合物作为超级电容器的电极材料 , 主要是利用其掺杂去掺杂电荷的能力。
其贮能机理是 : 通 过电极上聚合物中发生快速可逆的 n 型、 p 型元素掺杂和去掺杂氧化还原反应 , 使聚合物达到很 高的贮存 电荷密度 , 从而产生很高的法拉第准电容。
[10]2.2 超级电容器的电极材料展望 超级电容器是继锂离子电池之后又一极具广泛应用潜力的新型储能器件，具有广阔的应用前景和巨大 的经济价值。
电极材料是制约超级电容器发展的关键因素之一。
对当前单一电极材料存在诸如多孔炭材料能量密度及功率密度低、贵金属氧化物价格高、导电聚合物稳定 性差等不足之处，大力开发复合电极材料（如多孔炭／金属氧化物复合材料、多孔炭／导电聚合物复合材 料等）已成为超级电容器电极材料领域的研究重点。
复合电极材料的研发不仅能够实现材料性能和成本的率高达 80%〜 98％，典型的孔隙尺寸小于 50 nm 1100 m2/g ，是制备双电层电容器理想的电极材料金属氧化物电极在超级电容器中产生的法拉第，网络胶体颗粒直径 3〜20 nm ，比表面积高达 600[8] 准电容 （ 赝电容 ） 比碳材料电极表面的双电层电容要 电活性物质进行欠电位沉积 , 发生合理平衡，而且有利于改善超级电容器的综合性能，加快其工业化应用进程。
[11]3. 超级电容器的储能机理如今，超级电容器储存的能量在运输系统中被使用。