6导电高分子在固体钽电解电容器中的应用
导电高分子材料在超级电容器上的应用
导电高分子材料在超级电容器上的应用摘要导电高分子是超级电容器一类重要的电极材料, 其电容主要来自于法拉第准电容。
采用不同掺杂方式的导电性高分子( n 型或p 型) 作为电极材料使相应的超级电容器分为3 种基本类型, 这 3 种类型的超级电容器各具有不同的导电结构及特性。
阐述了超级电容器导电高分子的工作原理和分类，介绍了导电高分子超级电容器的研究现状和优缺点。
关键词超级电容器导电高分子电极材料前言超级电容器是一种性能介于电池与传统电容器之间的新型的储能器件, 具有功率密度高、充放电速度快、使用寿命长等优点,有着广阔的应用前景[ 1, 2], 如便携式仪器设备、数据记忆存储系统、电动汽车电源及应急后备电源等。
特别是在电动汽车上, 超级电容器与电池联合分别提供高功率和高能量, 既减小了电源的体积又延长了电池寿命[3, 4] 。
导电高分子是一类重要的超级电容器电极材料, 其电容主要来自于法拉第准电容。
目前应用于超级电容器的导电高分子主要有聚吡咯( polypyrrole) 、聚苯胺( polyan2iline) 、聚噻吩( polyt hiophene) 等。
导电高分子超级电容器电极的优点是, 可通过设计高分子的结构, 优选高分子的匹配性, 来提高电容器的整体性能。
1 超级电容器导电高分子电极的工作原理导电高分子材料由于缺乏有效的长程有序, 其内部自由电荷的运动受到限制, 因而大多数导电高分子的导电性较差, 但在导电高分子材料处于掺杂状态下时, 其导电性显著提高, 电活性增强。
虽然高分子材料的导电性对其应用产生了一些限制, 但在其应用于超级电容器的电极材料时, 由于材料表面和内部分布着大量的可充满电解液的微孔, 并且能形成网络式立体结构,电极内电子、离子的迁移可通过与电解液内离子的交换完成, 因此作为超级电容器电极材料的导电高分子无需很高的导电性。
以导电高分子为电极的超级电容器, 其电容一部分来自电极/ 溶液界面的双电层, 更主要的部分来自电极在充放电过程中的氧化、还原反应。
导电高分子材料在超级电容器领域中的应用及性能优化方法探讨
导电高分子材料在超级电容器领域中的应用及性能优化方法探讨导电高分子材料作为一种具有导电性能的聚合物材料，具有很高的研究和应用价值。
在超级电容器领域中，导电高分子材料的应用主要体现在超级电容器的电极材料方面。
本文将从超级电容器的背景、导电高分子材料的性能优势、导电高分子材料在超级电容器中的应用以及导电高分子材料在超级电容器中性能优化的方法等方面进行探讨，并提出一些未来的发展方向。
超级电容器是一种电能存储器件，具有高能量密度、高功率密度、长寿命和环保等特点。
它可以作为电储能装置中的一种重要组成部分，用于储存和释放电能。
与传统的化学电池相比，超级电容器具有快速充放电能力、长寿命和较高的功率密度，但能量密度相对较低。
因此，超级电容器的能量密度提升成为研究的重要方向之一。
导电高分子材料具有良好的电导性和介电性能，是超级电容器的理想电极材料。
它们可以通过调控材料的化学结构和纳米结构，优化电极的电容性能。
首先，导电高分子材料具有较高的电导率，可以提高电极的导电性能和充放电速度。
其次，导电高分子材料具有较高的比表面积，可以提供更大的电极与电解质接触面积，增加电容储存容量。
此外，导电高分子材料还具有良好的电化学稳定性和循环稳定性，可以提高超级电容器的循环寿命。
导电高分子材料在超级电容器中的应用主要分为两类：一类是纳米纤维状导电高分子材料制备的纳米电极材料，另一类是通过表面改性制备的纳米电极材料。
首先，纳米纤维状导电高分子材料制备的电极材料具有较高的比表面积和导电性能。
通过电纺丝、溶液旋涂等方法可以制备具有多级孔隙结构的纳米电极材料。
这种结构可以增大电极与电解质之间的界面，提供更多的电极活性位点，增加了储存电荷的容量。
同时，纳米纤维状电极材料还具有较好的电子、离子传导性能，提高了电极的充放电速度。
研究表明，纳米纤维状电极材料在超级电容器中具有较高的电容量和循环寿命。
其次，通过导电高分子材料的表面改性可以制备具有较好电极性能的纳米材料。
导电高分子在固体钽电解电容器中的应用
(2) PEDT 取代MnO2 作钽固体电解电容器的阴极,不仅具 有电导率高、生产工艺简单的优点,而且其可靠性大大提 高。
(3) PEDT 取代MnO2 作钽固体电解电容器的阴极,可以显 著降低电解电容器Res值,明显改进Res—频率、容量—频 率特性。
历史ⅱ岳麓版第13课交通与通讯 的变化资料
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一、铁路，更多的铁路 1．地位 铁路是 交通建运设输的重点，便于国计民生，成为国民经济 发展的动脉。 2．出现 1881年，中国自建的第一条铁路——唐山 至开胥平各庄铁 路建成通车。 1888年，宫廷专用铁路落成。
解电容器具有极低的Res 和阻抗，在高频区域具有较高的电容
量和较小的损耗角正切，大大减小高频时的噪声，而且容许更 大的纹波电流。
由于钽电解电容器的氧化膜难免会存在裂缝、夹杂物或杂质， 导致漏电流增大，因此电容器的自愈性很重要。对于液体钽电 解电容器，瑕疵处的钽金属被氧化，形成新的氧化膜，具有自
愈性。 ￥
导电高分子在固体钽电解电容器 中的应用
导电高分子钽电解电容器 和二氧化锰钽电解电容器的比较
由于导电高分子可以在室温的条件下合成，不需要热分解， 减少了对氧化膜的破坏，这可以减少中间形成次数。由于导电 高分子的电导率（1～100 S/cm）远高于二氧化锰电导率（0.1 S/cm），因此与二氧化锰钽电解电容器相比，导电高分子钽电
筹办航空事宜
处
三、从驿传到邮政 1．邮政 (1)初办邮政： 1896年成立“大清邮政局”，此后又设 ， 邮传邮正传式部脱离海关。 (2)进一步发展：1913年，北洋政府宣布裁撤全部驿站； 1920年，中国首次参加 万国。邮联大会
导电高分子在电子中的应用
导电高分子在电子中的应用导电高分子是一种特殊的材料，具有良好的导电性能，同时还具有相对较高的机械强度和柔韧性，具有广泛的应用前景。
在电子领域，导电高分子已经成为一种重要的材料，被广泛使用在各种电子产品中。
今天，我们就来探讨下导电高分子在电子中的应用。
一、导电高分子的概述导电高分子是一种特殊的高分子材料，是一种能够导电的聚合物。
它们通常包括一些金属元素或类似于金属的结构，如金属纳米颗粒、碳纳米管或导电聚合物等。
导电高分子结构中的这些元素可以形成电子传输通道，从而将电子从一个地方传输到另一个地方，这就是导电高分子的导电机制所在。
导电高分子的导电性能通常与其结构有关。
结构中含有导电性离子或分子的材料，具有较强的导电性能。
例如，导电聚合物中的共轭结构，可以形成一个持续的电子传输通路，从而提高导电性能。
而金属纳米颗粒或碳纳米管等之所以能够导电，是因为这些物质具有非常好的电子传输性质。
二、导电高分子在电子领域的应用导电高分子因其优异的导电性能，已经成为了电子领域中的重要材料，被广泛应用于许多电子产品中。
下面我们来看一下导电高分子在电子领域中的一些常见应用。
1.导电高分子薄膜的应用导电高分子薄膜是导电高分子材料的一种特殊形式，是一种非常薄的导电膜。
这些薄膜通常具有非常好的导电性能，并且可以在晶体管、太阳能电池、荧光屏幕等各种电子器件中使用。
以金属蒸镀法为例，将导电高分子薄膜制成薄膜电极，可以将其作为有机太阳能电池的阳极或阴极，或者将其用于超级电容器等器件中，大大提高了电子器件的效率和性能。
2.导电高分子的传感应用由于导电高分子能够接收和放电电子，因此它们在传感器和电子探测器等各种电子设备中也有广泛的用途。
导电聚合物可以用于制作温度、湿度、光线等各种传感器，并可以进行高灵敏度的设定。
此外，导电高分子还可以用于医疗器械、气体检测器、液态探测器等多个领域中。
3.基于导电高分子的柔性电子柔性电子具有一定的柔韧性、可拉伸性和可弯折性，并能够自由地弯曲和扭曲，因此可以广泛用于身体贴合型电子、可穿戴设备和医疗器械等。
导电高分子钽电解电容器的研究进展
导电高分子钽电解电容器的研究进展摘要：综述了导电高分子钽电解电容器的最新研究进展。
比较了导电高分子钽电解电容器和二氧化锰钽电解电容器在结构、制造工艺和性能方面的差别。
导电高分子膜的形成工艺对钽电解电容器性能影响很大。
改进和开发新型阴极材料是降低钽电解电容器等效串联电阻Res的重要途径。
关键词：钽电解电容器；聚吡咯；PEDOT；聚苯胺；导电高分子引言钽电解电容器会使用到阴极材料，但是阴极材料的使用会对电容器产生较多的负面影响，例如：影响电容量的大小，影响损耗角正切值的大小，使电容器的漏电流及温度特性受到严重影响，进一步使电容器的使用寿命缩短等。
从钽电解电容器的应用性能提升角度考虑。
有必要对新型阴极材料进行改进及开发。
为了更进一步了解导电高分子钽电解电容器，鉴于此本课题围绕"导电高分子钽电解电容器"进行分析研究具备一定的价值意义。
1传统钽电解电容器及导电高分子钽电解电容器概述（1）传统钽电解电容器。
传统的钽电解电容器阴极材料主要为二氧化锰，而此类阴极材料容易存在一些较为明显的问题，总结起来包括：①二氧化锰的电导率偏低，约为0.1s/cm，从而导致钽电容器在高频性能上明显偏差。
②在高温热分解的作用下，易导致钽阳极体的介质氧化膜遭遇破损，进而使电容器的质量受到严重影响，同时使工作电压难以有效提升，最终使电压和工作电压间的差距越来越大。
③二氧化锰相关工艺存在复杂的特点，在工艺成本上偏，不符合经济性的原则。
（2）导电高分子钽电解电容器。
传统钽电解电容器的阴极材料为二氧化锰，而对于导电高分子钽电解电容器来说，则将二氧化锰取而代之，成为新型的一种钽电解电容器。
对于导电高分子来说，能够基于室温的情况下进行合成工艺，无需经过热分解工艺，能够使对氧化膜造成的破坏得到有效降低，同时使中间形成次数降低。
需了解的是，基于电导率层面分析，导电高分子为1~100s/cm，而对于二氧化锰的电导率则为0.1s/cm，两者比较导电高分子的电导率显著更高；所以导电高分子钽电解电容器在ESR与阻抗方面偏低，基于高频区域存在偏高的电容量及偏低的损耗角正切，能够使高频状态下的噪声有效降低，同时确保纹波电流容许量的提升。
导电高分子在作为电极材料方面的应用
导电高分子特性
总结词
导电高分子具有优良的导电性能、加工性能 和稳定性等特性。
详细描述
导电高分子材料具有优良的导电性能，可以 用于制造电极、导线等电子器件；同时，它 们还具有良好的加工性能，可以通过各种加 工技术如熔融、溶液纺丝等制备成各种形状 和尺寸的制品；此外，一些导电高分子材料 还具有优良的稳定性，可以在高温、氧化、
聚吡咯在超级电容器电极材料中的应用
总结词
聚吡咯是一种具有高导电性和良好电化学活性的导电高分子 材料，被广泛应用于超级电容器的电极材料。
详细描述
聚吡咯具有较高的电导率、良好的电化学稳定性和循环寿命 ，能够提供较高的电容量和快速的充放电速度。此外，聚吡 咯的合成方法也比较简便，有利于降低成本和提高生产效率 。
良好的电化学稳定性
导电高分子电极材料在电化学反应过 程中具有良好的稳定性，不易发生结 构变化和分解，能够保证电极的长期 使用性能。
资源丰富，成本低廉
1
导电高分子材料通常可以通过化学合成或聚合物 共混等方法制备，原料来源广泛，成本相对较低。
2
导电高分子电极材料在生产过程中可以采用规模 化生产，降低生产成本，提高经济效益。
3
导电高分子电极材料的低成本和高资源丰富性使 得其在电池和超级电容器等电极材料领域具有较 大的应用潜力。
加工性能好，易于制备
导电高分子材料具有良好的加工性能，可以通 过溶液涂覆、熔融挤出、3D打印等技术制备成 各种形状和尺寸的电极材料。
导电高分子电极材料在制备过程中可以与其他 材料进行良好的复合，通过调控复合材料的组 成和结构，实现电极材料性能的优化。
导电高分子分类
总结词
导电高分子可以根据其导电机理和化学结构进行分类。
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愈性。 ￥
• 导电高分子钽电解电容器也有两种可能的自愈方式。由于导 电高分子中不存在大量的氧，不容易使钽电解电容器因燃烧而 失效。
• 1．聚吡咯钽电解电容器 • 2．聚乙撑二氧噻吩钽电解电容器 • 3．聚苯胺钽电解电容器
Hale Waihona Puke 1．聚吡咯钽电解电容器• 由于掺杂聚吡咯具有较高的电导率（10～100 S/cm）、 良好的稳定性和掺杂性，因此用聚吡咯来代替二氧化锰引 起了许多钽电解电容器生产商的关注。日本NEC、 Matsushita 等公司对它进行了较系统的研究。最近NEC 开发出的NEOCAPACITOR，就是以聚吡咯为阴极材料的 鉭电解电容器，其结构如图1 所示。
• 经过对导电高分子PEDT 固体钽电解电容器的分析和试 验研究,可以得到以下的结论:
• (1) 改进和开发阴极材料是提高钽电解电容器性能的重要 途径。
• (2) PEDT 取代MnO2 作钽固体电解电容器的阴极,不仅具 有电导率高、生产工艺简单的优点,而且其可靠性大大提 高。
• (3) PEDT 取代MnO2 作钽固体电解电容器的阴极,可以显 著降低电解电容器Res值,明显改进Res—频率、容量—频 率特性。
• 最近PEDOT 由于其良好的 环境稳定性，引起了人们的 关注。Matsushita 研究院的 Yasuo Kudoh等人在含有 EDOT、Fe2(SO4)3、烷基萘 磺酸钠和对硝基苯的水溶液 中合成了PEDOT。烷基萘磺 酸钠和对硝基苯分别用作乳 化剂和增强环境稳定性的添 加剂。所得PEDOT 的最初电 导率是30 S/cm。并比较了 PEDOT 和他们通过化学氧化 聚合得到的最稳定的聚吡咯
• 用聚吡咯代替二氧化锰作为钽电解电容器的阴极材料， 可以使电容器具有极低的Res 和阻抗，在1 kHz以上的频 率范围内，其Res 低于传统MnO2 钽电解电容器的1/5，这 就大大减小了高频时的噪声，并可容许更大的纹波电流，
另外也具有较小的漏电流，其原因是聚吡咯钽电解电容器 从局部温度升高到300℃就开始绝缘，而MnO2 钽电解电 容器则要待局部温度升高到600℃左右才开始绝缘。
• 由于导电高分子可以在室温的条件下合成，不需要热分解， 减少了对氧化膜的破坏，这可以减少中间形成次数。由于导电 高分子的电导率（1～100 S/cm）远高于二氧化锰电导率（0.1 S/cm），因此与二氧化锰钽电解电容器相比，导电高分子钽电 解电容器具有极低的Res 和阻抗，在高频区域具有较高的电容 量和较小的损耗角正切，大大减小高频时的噪声，而且容许更 大的纹波电流。
3．聚苯胺钽电解电容器
• 聚苯胺由于其良好的环 境稳定性，低廉的价格也 引起了人们的关注。2019 年NEC 公司的H. Ishikawa 等人用新型质子酸间苯二 甲基二磺酸（XDSA）作为 掺杂剂，通过化学氧化法 制得聚苯胺。其电导率达5 S/cm。在125℃空气中热 处理1 000 h，电导率没有 变化(图12)。所得聚合物 显示出良好的热稳定性， 这种热稳定性与使用XDSA 作掺杂剂有关。 ￥
三、展望
• 改进和开发新型阴极材料是提高钽电解电容器 性能的重要途径。用导电高分子如聚吡咯、 PEDOT 和聚苯胺代替传统二氧化锰作为钽电解 电容器的阴极材料，可以降低电容器的等效串联 电阻，提高电容器的高频特性。如何在结构复杂 的钽阳极体上形成完整、均匀的高电导率和高稳 定性聚合物膜层，同时尽量减少对介质氧化膜的 破坏，是制造导电高分子钽电解电容器的关键所 在，也是人们研究的重点。
• 目前钽固体电解电容器的阴极材料主要是二氧化锰。但
是二氧化锰钽电解电容器存在诸多问题。 ￥
• 近年来，随着导电高分子的迅速发展，许多研究工作者 用聚吡咯(Polypyrrole)、聚噻吩、聚苯胺(Polyaniline)以及 它们的衍生物等导电高分子来代替二氧化锰。
导电高分子钽电解电容器
和二氧化锰钽电解电容器的比较
二、在钽电解电容器的应用
• 目前用于钽电解电容器的导电高分子有聚吡咯、聚乙撑 二氧噻吩（PEDOT）和聚苯胺等。虽然在通常条件下它 们都可以达到较高的电导率，但聚合条件与聚合环境对电 导率有显著的影响。由于钽阳极体结构复杂，表面还有一 层介质氧化膜，因此如何在其表面形成完整、均匀的高导 电、高稳定的聚合物膜层，且又能尽量减少对介质氧化膜 的破坏，是制造导电高分子钽电解电容器的关键所在。
参考文献
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器的研究进展．电子元件与材料．2019年7月, 第7期
• [2] 熊平．导电高分子在固体钽电解电容器中的应用．成
都电子机械高等专科学校学报．2019年第4期
• [3] 杨亚杰,吴志明,蒋亚东,徐建华．导电聚合物PEDT 对
固体钽电解电容器频率特性的改善．电子元件与材 料．2019年4月, 第4期
• [4] 陈湘宁．导电聚合物BA YTRON R 及其在固体电解电
容器上的应用．电子元件与材料．2000年6月
谢谢聆 听
共同学习相互提高
• 为了寻求最佳的聚吡咯被覆工艺，2019 年NEC公司的 M.Satoh 等人试验了多种在钽阳极体上被覆聚吡咯的方法： 电化学聚合法、化学氧化聚合法，以及电化学聚合和化学
氧化聚合相结合的方法。￥
2．聚乙撑(烯)二氧噻吩钽电解电容器
(3, 4-Polyethylene dioxythiophene, 简称PEDT)
6导电高分子在固体钽电解电容器中的应用
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导电高分子
在固体钽电解电容器中的应用
一、引言
• 随着电子技术向自动化和小型化发展，也要求钽电解电 容器朝着小型化、片式化、高性能的方向发展。阴极材料 不仅严重影响钽电解电容器的电容量、损耗角正切、等效 串联电阻和阻抗的温度频率特性，而且严重影响钽电解电 容器的漏电流、纹波特性、温度特性、使用寿命和可靠性， 因此，改进和开发新型阴极材料是提高钽电解电容器性能 的重要途径。
￥ 的环境稳定性（图9）。
• 下图 为所研制的导电高分子PEDT 固体钽电解电容器的 结构示意图。如结构图所示,固体钽电解电容器的阴极是 紧附于Ta2O5 介质氧化膜表面的PEDT 导电膜,而不是传统 的MnO2 。固体钽电解电容器的阴极引出则是在PEDT 导 电膜表面再涂覆石墨和银浆并焊接引出线而成。