杨裕生_超级电容器技术的几个问题
电池中添加活性炭与超级电容器
电池中添加活性炭与超级电容器杨裕生/中国工程院院士超级电容器的主要不足是比能量不高，而电池的主要问题是要提高比功率和延长循环寿命，二者并联使用在一定程度上可以互补而得到较好的效果。
近些年来，在超级电容器和电池的内部进行“交叉”，即在超级电容器里加入电池的电极材料，也在电池中添加活性炭，使二者的性能均有相应的改善而又可简化外电路。
随着研究的进展，衍生出许多不同的组合方式，产生了许多新的名称。
虽然大多数的组合方式与名称相符，但也有个别是有意无意的名不符实。
本文意想整理一下，首先划分“电池”的变种与“电容器”的变种，然后再行细分，供大家讨论。
一、超级电容器及其变种超级电容器是两个电极均以双电层原理蓄电的储能器件（图1），主要是用活性炭（大比表面的炭）作为储能材料，其电解液有水溶液体系（包括酸、碱、中性）和有机溶液体系，后者可以有较高的电压。
超级电容器的主要特性是充放电循环寿命长，比功率高，但比能量低。
混合型超级电容器是一个电极以双层原理蓄电、另一电极为具有氧化—还原作用的电池电极材料的蓄电器件。
以双层原理蓄电的电极既可以作为正极也可以作为负极。
例1 ：正极为PbO2，负极为活性炭（图2a）；例2 ：正极为NiOOH，负极为活性炭（图2b）；例3 ：正极为活性炭，负极Li4Ti5O12（图2c）。
混合型超级电容器的比功率、比能量介于电池与超级电容器之间，而更接近超级电容器。
混合型电池超级电容器（图3）是混合型超级电容器的活性炭正极中混入小部分锂离子电池电极材料，活性炭仍是该电极的主要成分：① A.D.Pasquier等报道［J Power Sources 136（2004）160］的混合型电池超级电容器（Hybrid battery-supercapacitor）是由上述例3的混合型超级电容器衍生出的，其正极活性炭电极中加入了少部分的LiCoO2 ；负极仍为Li4Ti5O12 ；②成都有机所和中料来方的胡学波等报道［J Power Sources 187（2009）635］的混合型电池超级电容器，其正极活性炭电极中加入了15—30%LiMn2O4，活性炭电极占60—45%比例，负极也是Li4Ti5O12 。
超级电容器的优化设计和制备
超级电容器的优化设计和制备超级电容器是一种高能量密度电子器件，其具有高速充放电速度、高循环寿命、广泛的工作温度范围及良好的安全性能等特点。
因此，超级电容器在储能、电源管理、汽车、航空航天、医麻的监测、军事通讯等领域得到了越来越广泛的应用。
然而，作为新型器件，超级电容器的研究和开发还存在着不少挑战和问题。
面对越来越严格的市场需求和竞争，优化设计和制备成为了推动超级电容器产业发展的必要措施。
下面从主要因素、优化方法以及制备技术等方面探讨超级电容器的优化设计和制备。
一、主要因素超级电容器的电容量主要取决于其电极材料的比表面积、极对极间的距离以及电介质的介电常数等因素。
因此，超级电容器的主要因素包括电极材料、电介质和电解液。
其中，电极材料和电介质是影响超级电容器容量的关键因素。
1. 电极材料电极材料通常分为活性碳、金属氧化物等。
其中，活性碳具有高度孔隙度、良好的导电性和化学稳定性等特点，可以作为超级电容器的优良电极材料。
除此之外，金属氧化物也是一种常见的电极材料，因为其具有高比表面积、良好的化学稳定性和较好的导电性等性质。
2. 电介质电介质是超级电容器的一种重要材料，其主要作用是隔离电极之间的电场。
因此，电介质的介电常数是影响超级电容器电容量的主要因素。
例如，陶瓷是一种传统的电介质材料，其介电常数较高，并且可以承受高温和耐化学腐蚀。
另外，有机电介质材料也是一种常见的超级电容器材料，例如聚丙烯、聚乙烯醇等，这些有机高分子具有低介电常数和良好的机械性能等特点。
二、优化方法优化方法是超级电容器设计和制备的关键。
一般来说，超级电容器的优化设计主要包括分子设计、结构设计和材料设计等方面。
下面从多种角度探讨。
1. 分子设计分子设计是一种从微观上着手，通过设计有利于分子自组装或网络形成优秀的能量储存结构。
例如，研究表明，设计新型离子液体电解质不仅可以提高电容器的储能性能，而且可以缓解我们遇到的环境污染。
此外，合成新型高分子电极材料也可以实现能量储存的优化设计。
超级电容器的发展与应用-杨院士-南通江海
+
②成都有机所
正极：活性炭电极 60-45% 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
8
活性炭 + 锂盐
钛 酸 锂
电池添加活性炭的变种
电池中的电极与活性炭电极并联 电池的电极中混入少部分活性炭 ——电容型电池
4
超级电容器及其变种
超级电容器
活 性 炭 隔 活 性 膜 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
超级电容器的比能量低
5
1、混合型超级电容器
简称混合电容器 一个电极以双电层原理蓄电、 另一个为电池电极的储能器件
（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
11
2.1 电容型铅酸电池 ——“铅炭电池”
炭加到入铅酸电池的负极中
—正极NiOOH,负极活性炭
+
例1：正极PbO2,负极活性炭
advanced lead-acid batteries （美国？） — 活 性 炭
水溶液电解质
氧 化 镍
6
+
1、混合型超级电容器（续）
简称混合电容器
例3: 正极活性炭,负极Li4Ti5O12 有机溶液电解质
超级电容器点燃储能新亮点 新能源领域市场规模呈现快速增长
超级电容器点燃储能新亮点新能源领域市场规模呈现快速增长目前，我国超级电容器在许多应用领域还处于成长和起步阶段。
随着应用开发的不断深入，我国超级电容器将成为化学电源领域新的亮点。
交通运输用超级电容器市场规模占比最大，预计2025年有望达到100亿元。
同时，工业用、新能源用超级电容器等领域市场规模也呈现快速增长。
2018年超级电容器被列入国家专项扶持重点项目，并且入选新兴产业重点产品。
工信部、发改委、科技部出台了一系列专项政策，明确对超级电容器以及新材料领域给予支持，这表明超级电容器产业迎来了很好的发展机遇，预示着未来的增长前景。
超级电容作为核心基础零部件，在加快经济发展，服务社会民生方面，发挥着越来越重要的作用。
不久前，在广西北海市召开的超级电容器技术及产业国际论坛暨产业年会上，中国工程院院士杨裕生指出，“储能器件种类很多，各有特色，要充分发挥超级电容器的优势，继续开拓其他储能器件难以竞争的应用领域。
提高电容器的比能量是我们超级电容界的梦想。
”2018年我国在高电压石墨烯电容器技术方面取得了一些可喜的突破，为进一步提高双电层电容器的体积能量密度，提供了有益的思路，值得产业化探索。
同时，许多企业正在中国超级电容产业联盟倡导的第四类超级电容器——电池型电容器的应用上下功夫。
工信部对超级电容这个新领域也非常重视，给予了大力支持，中国超级电容产业联盟正在积极制订相关标准，这些都是非常正确的发展方向。
新的亮点行业据工业和信息化部科技司巡视员毕开春介绍，近年来，随着我国加快实施制造强国和网络强国战略，深入推进制造业创新中心、智能制造、绿色制造等重大工程，新技术、新产业、新业态、新模式竞相涌现。
以高能量、低成本、节能环保为主要特点的超级电容器研发成功并走向市场，有力支撑新能源汽车、先进轨道交通装备等新兴产业的快速发展，引领传统产业优化升级、实现高质量发展。
与此同时，随着新技术的迭代创新，市场期望超级电容器拥有更大的电容量、更高的能量、更宽的工作范围以及更长的使用寿命，这也为超级电容器的产业发展迎来宝贵契机。
超级电容器的分类与优缺点分析
超级电容器的分类与优缺点分析摘要：电容器是储存电荷的常用电子器件，在许多电子设备中得到了广泛的运用。
由于新时期行业技术的迅速发展，早期的电路结构逐渐被更复杂的电路形式取代，普通的电容器已经满足不了电路运行的需要。
为了达到高负荷或超负荷电路运行的需要，国内开始推广使用超级电容器，这种器件在性能上比传统电容器更加优越。
文中阐述了电容器的原理、基本功能、优缺点等。
常规电容仅能满足结构简单、负荷较小的电路运行要求，对于大负荷的电路运行则难以起到储存电荷的效果。
近年来，超级电容器的推广应用有效地解决了大负荷电路运行的难题，保证了电力电子设备使用性能的正常发挥。
1 超级电容器原理与应用超级电容器实际上属于电化学元件，引起电荷或电能储存流程可相互逆转，其循环充电的次数达到10万次。
凭借多个方面的性能优势，超级电容器的应用范围逐渐扩大，掌握该装置的原理有助于正常的操作使用。
1.1 超级电容器的原理"双电层原理"是超级电容器的核心，这是由该装置的双电层结构决定的。
超级电容器是利用双电层原理的电容器。
当外加电压作用于普通电容器的两个极板时，装置存储电荷的原理是一样的，即正电极与正电荷对应、负电极与负电荷对应。
而超级电容器除了这些功能外，若其受到电场作用则会在电解液、电极之间产生相反的电荷，此时正电荷、负电荷分别处于不同的接触面，这种条件下的负荷分布则属于"双电层",原理如图1.因电容器结构组合上的改进，超级电容器的电容储存量极大。
此外，如果超级电容器两极板间电势小于电解液的标准电位时，超级电容器则是正常的工作状态，相反则不正常。
根据超级电容器原理，其在运用过程中并没有出现化学反应，仅仅是在物理性质上的变化，因而超级电容器的稳定性更加可靠。
图1 超级电容的结构原理1.2 超级电容器的应用目前，超级电容器凭借强大的储存容量及存储性能，在许多大中小型设备中得到了普遍运用，且涉及到的行业较为广泛。
超级电容器目前存在问题
超级电容器目前存在问题
超级电容器是一种介于传统物理电容器件和电池之间的新型器件。
它工作条件友好，工作时无污染、无排放，绿色环保，性能优越，其应用日益广泛，市场前景不可估量，必将对电力电子技术的发展产生深远的影响.
但是超级电容的电压不够造成使用方面的许多困扰。
超级电容器大多使用水性电解液，但水性电解液的工作电压低，只有大约1V左右，使得超级电容器达不到应用时的高工作电压状态，这是超级电容器应用时要解决的问题之一。
为解决这个问题，人们往往把数个超级电容器串联起来使用，来提高超级电容器的工作电压。
但这样会造成单体超级电容器的电压不均衡问题，这是因为在超级电容器制作材料、制作过程的不一致性，造成了超级电容器在充放电过程中各个单体之间电压不一致。
随着循环次数的增大，这种不一致性会严重影响超级电容器的性能。
一般要求单体之间的电压差别不超过5%。
如果差别过大，在充电过程中会使得某个单体电压过高，造成超级电容器的失效，在放电过程中会使得某个单体过放电，也会造成超级电容器失效。
因此，超级电容器应用时要妥善解决电压不均衡的问题。
南京绿索：
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电池储能决定电动汽车的未来——访中国工程院院士、中国人民解放军防化研究院研究员杨裕生
当前 ， 电池成 本 高 已经成 为制 约 电动 汽 车 产业 化 发 展 的重 要 因素 。 电动 汽车 的成 本 主要 包 括 整车 成 本 和 使用 成 本 。 其 中 电池 成 本 约 占整 车成 本 的 一 半 ，而 电动 汽 车 的 使用 成 本 要 低于 燃 油 汽 车 。因此 ，电池成 本 的下 降是 电动汽 车产 业化 的关键 。 目前 ，铅酸 电池 、磷 酸 铁 锂 为正 极 的 锂离 子 电池在 我 国 都 有
ｈ
我 们 必须 看 到 ，在 发 展 电动 汽 车 的背 后 ，还 有 很 多 问题 亟 待 解 决 。在 “ 科技 北 京 ” 发展 建 设 座谈 会 上 ，中 国工 程 院 院 士杨 裕 生
提 出了他 的看法和 建 议。
关键在于电池技术
“ 电池 技术 是 电动 汽车 发 展 的关键 。” 杨 裕 生院 士开 门见 山
Ｏ 小 但 要 克服 它们 ，要 降低 成 本 ，还 是 需做 大 驶 里 程 在 ２ 公 里 左 右 （ 城 市 应 该 更短 ），故 短 程 汽 车 用 户 可
量 工作 ，还 应 有 必 要 的投 入 的。 并 且 ，为 观 。 现在 使 用 电动 自行车 和 轻 型 电动 摩 托车 的广 大群 众 ，在购 买 了下 一步 延 长 电动 汽 车 的续 驶 里 程 ，要 有 力 提升 后 需 要遮 风 挡 雨 的代 步 工具 ，他 们是 短 程 纯 电动 汽 车 的潜
院士 。１ ９ 年 杨裕 生 院士 建立 了 “ ８ ９ 军
现 在 ，成 熟 、安 全 又 廉价 的是 铅酸 电池 ，有 一万 安 时 的 大型 产 品 ，但 存 在 比 能量 低 、 深放 电时 循环 寿 命 较短 等 问题 ，而且 铅 还 有 “ 染 ”的名 声 。 可是 ，它没 有过 时 ，只 要使 用 得 当 ，铅 酸 污 电池 不仅 能在 电动 自行车 上 继 续 发挥 优 势 ，而且 在 微 、小 型 纯 电
研究和优化新型超级电容器的电化学性能
研究和优化新型超级电容器的电化学性能超级电容器作为一种能够高效存储和释放能量的新型储能设备，在诸多领域展现出巨大的应用潜力。
然而，目前超级电容器在电化学性能方面仍然存在一些挑战，例如能量密度、功率密度、循环寿命等方面的限制。
因此，成为了当下的热点和重要问题。
首先，我们需要深入探讨超级电容器的基本原理和电化学性能的影响因素。
超级电容器是一种通过离子在电解质中的迁移来存储电荷的储能设备，其性能受到电解质、电极材料、电极结构等多个因素的影响。
了解这些影响因素对于进一步优化超级电容器的性能至关重要。
在超级电容器的电化学性能中，能量密度和功率密度是两个至关重要的参数。
能量密度决定了超级电容器的存储能量量级，而功率密度则影响了超级电容器的快速充放电能力。
相互关系紧密、互相影响。
接下来，我们需要探讨当前超级电容器面临的挑战及其优化方向。
目前，超级电容器的能量密度普遍较低，无法满足某些高端应用的需求；而循环寿命短、内部电阻大等问题也限制了超级电容器的广泛应用。
因此，提高超级电容器的能量密度、降低内部电阻、延长循环寿命成为了当前研究的重点。
通过优化电解质的组成、改进电极材料的结构、设计合理的电极结构等方法可以有效提升超级电容器的性能。
基于以上分析，我们展开了一项研究，旨在通过实验和模拟方法研究和优化新型超级电容器的电化学性能。
我们选用了特定的电解质和电极材料，并设计了一种新型电极结构，通过调控这些因素并对超级电容器的性能进行测试和分析。
实验结果显示，通过我们的优化设计，超级电容器的能量密度得到了显著提升，同时功率密度和循环寿命也有了一定程度的改善。
这一研究为超级电容器的进一步优化提供了有益的借鉴和方向。
梳理一下本文的重点，我们可以发现，研究和优化新型超级电容器的电化学性能是一项具有重要意义的课题，我们需要加大研究力度，不断探索新的材料和方法，以提高超级电容器的整体性能，并推动其在能源领域的广泛应用。
期待在不久的将来，新型超级电容器能够取代传统的电池成为主流储能设备，为人类社会的可持续发展做出贡献。
蓄电站的安全性--杨裕生
三、影响安全的因素
（一）电池的品种
5、液流电池的安全性
可以大规模蓄电的液流电池近些年发展迅速，得 益于其使用水电解液而具有极低的爆燃危险性。 全钒液流电池的钒有毒，一定要做好与环境隔绝 新近发展的锌-溴液流电池和锌-氯液流电池，虽 然有些优点，但是元素态的溴和氯有毒性和腐蚀 性，容易泄漏，在大规模蓄电站中使用，务必做 好防止有毒气体泄漏的事故发生。
三、影响安全的因素
（一）电池的品种
• 可以估算出日本钠硫电池储能电站的事故概率 约为10－3/站·年 • 换句话说，建1000座与日本平均容量相当的钠 硫电池储能电站，每年就可能燃烧一座。 • 此事提醒人们，大规模使用储能电池时，应该 参考核电站那样事先认真评估其安全性。
三、影响安全的因素
（一）电池的品种
三、影响安全的因素
（一）电池的品种
4、水电解液电池的安全性
金属氢化物/镍电池 ——碱性的水溶液电解液 ——酸性的水溶液电解液 铅酸电池 泄漏时有腐蚀的危险 不过，燃、爆性要低得多 充电时水电解产氢氧 但是也并非绝对不出问题 铅酸电池的这个问题已经得到较好解决 铅酸电池是安全性最高的电池，而且价格 低廉，循环寿命和比能量也在不断提高中。
四、要重视新型水电解液电池 的发展与应用 2、在持续治理铅污染的同时，积极支持研制 比能量大于50Wh/kg、循环寿命达3000次 （80% DOD）、价格低于0.6元/Wh的新技术 铅酸电池。 3、鼓励发展水电解液储能电池新体系——比 能量大于50Wh/kg、循环寿命达4000次、价 格低于0.8元/Wh、生产-回收全过程环境友好 使用上述电池的蓄电站，在合适的进、出 电价条件下，均有可能取得YCC指数达1.0的 运行效果，且有较高的安全保障。
三、影响安全的因素
超级电容器的挑战对策及发展
超级电容器的挑战对策及发展摘要：随着电子行业的发展以及可持续发展，电子装置对供电的需求不断提高，而能量回收也在朝着以电能为主的方向迅速转移。
上述要求既是新能源技术发展的动力，又是超级电容技术快速发展的动力。
而随着新能源技术的迅速发展以及节能减排的不断深入，其在储能等方面的作用也越来越大。
关键词：超级电容器；电容器；电子双层电容器；电容器；混电容器；双电层理论1超级电容器的基本理论超级电容器是利用锂离子在电极与电解液之间的相互作用实现电能的储存与传输。
在两侧施加电压时，正、负电子会聚集在相对的多孔电极上，同时，在有电场作用下，电解液中的正、负离子会聚集在相对的正、负极接眼板上，由此产生了两个集电极层。
1.1超级电容器与电池的异同相比于常规的化学能量储存方式，超级电容器作为一种新型的能量来源，其能量储存方式以电极材料为基础。
由于能量存储不存在任何化学反应，因此该反应具有可逆性。
这也是为什么，超级电容器可以重复充电和放电数十万次，它的基本原理与其它类型的双层电容器相同，它也是通过活性炭的多孔电极与电解质形成的电双层结构，从而获得大容量。
超电容具有比普通电池更高的功耗和更快的充电速度等优点。
但是，与传统的超级电容器相比，锂离子电池的能量密度要高得多，而且容量也要大得多。
而且，因为其化学作用的原理，使其使用寿命大大延长，通常可以进行十万次的充电和放电；而电池的充放电次数则要少的多，铅蓄电池的充放电次数大约是500次，铿电池的充放电次数大约是1000-1500次。
1.2超级电容器的分类因而，按照其工作机制和性能特点，可将其归类为多种类型。
按其储存能量的机理，可将其划分为双极型和双极型；按照电极的材质，可将其分成三类：导电高分子电容器，金属氧化物电容器，炭电容器；按其所采用的电解液系统，可将其分成两类：一类是有机电解质电容，另一类是水性电解质电容；按照电化学电容结构及在电极上反应的差异，超级电容器可以被划分为两种类型，一种是对称型超级电容，另一种是非对称型超级电容。
超级电容器的五个问题
超级电容器1、么是超什级电容器，超级电容器的类型。
超级电容器就是在电极和电解液两种不同的介质中形成双电层（静电学过程）以达到储存电量的目的。
超级电容器分为双电层电容器，法拉第赝电容和混合电容器。
法拉第赝电容即为电极有法拉第模式的双电层电容器，法拉第模式为在电荷在电极材料中传输中导致电极材料的化学态或氧化状态改变，这种情况下会出现等效电容达到间接储能的效果，与电池的储能相似。
混合电容器即为电容器的两个电极一个为双电层电容器电极一个为赝电容电极。
双电层电容器的电极材料主要为高比表面积的碳类材料，赝电容的电极材料主要为过渡金属氧化物和导电聚合物。
2、电容器与电池能量贮存的不同电池的能量贮存是间接的，把电能转换为化学能，电极材料感应电流氧化并使电化学活性反应物减少，由此产生电荷在两个电极形成电势差。
电容器的能量贮存为直接的，是利用静电学将正负电荷分布在电容器的两个电极上，是一种没有感应电流的过程。
由于储能过程的方式不同，电容器和电池的循环可逆性不同。
电池在充电过程中电极发生了化学互换，包含了电极反应物的不可逆互换致使电池的循环寿命减少。
电容器储能过程中仅为电荷在电极上的传递转移没有发生化学变化所以循环寿命长。
3、电容器和电池贮存电荷的密度差异根据举例计算电容器电极板上的一个原子具有的电子为0.18个，相比较而言，电池电极有氧化还原反应，其中每个电活化原子或分子一般有一个到两个价电子电荷，这样对于每个原子的有效面积，电容器用到10％，电池用到20％。
总体上讲电容器的能量密度大大低于电池的能量密度，理想状态下计算电容器的能量密度只有电池的20％。
电容器基于不含水的电解质下能得到高得多的能量密度在含水的电解质中放电时每个电极电压只能降到初始的一半。
4、电容器的特性与优点1、自由能随着材料的变化程度或电荷保持时限连续变化。
2、电位与充电状态通过lg[X/(1-X)]因于热力学相关，对于赝电容是连续方式，对于双层电容器是直接为Q。
超级电容真空干燥之缺陷与对策
超级电容真空干燥之缺陷与对策超级电容电池和锂电池在环境温度较高连续使用条件下出现高温、充电不足、爆裂的现象，与超级电容单体制造过程中采用的材料纯度、设备及工艺有非常直接的因果关联。
传统的真空干燥方法是真空干燥后又将超级电容单体暴露在大气环境，水气再次进入超级电容单体内，从而导致超级电容性能及技术指标低下。
全自动超级电容真空干燥系统在各单个制备工序以及在从一道工序转移到下一道工序的过程中完全实现高真空环境；有效排除超级电容CELL内部水、气、杂质的影响；从而提高功率密度，降低内阻，改善高频特性；极大地提升了超级电容单体和模组的一致性及使用寿命等技术参数，同时生产效率数倍提高。
全自动真空干燥系统系统同时可以引伸应用到高端锂离子电池的干燥工序。
1、超级电容行业数年内将会克服技术壁垒、市场蓬勃发展。
超级电容具有功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽、无污染的优点，材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染，是理想的绿色环保电源；但是，超级电容存在技术壁垒，比如能量密度小、内阻大等等；基本都与下面阐述的超级电容制造工序真空干燥工艺直接相关。
2006年美国MAXWELL找到了TIME，就开发全工序全自动的真空干燥系统，双方一拍即合；同时TIME承诺保密到2010年。
TIME一年半后开发出样机，用3年为MAXWELL装备了第一条全自动超级电容真空干燥线。
（第一代）在国家科技部、深圳市政府的技术创新资金支持下， TIME在2009年12月取得了全自动超级电容真空干燥线6个相关专利证书； 2011年初，又为MAXWELL装备了第二条全自动超级电容真空干燥线。
（第二代）2、超级电容的结构与真空干燥的必要性。
为什么要真空干燥，不真空干燥又会带来什么结果呢？我们就从超级电容单体CELL的基本结构开始解剖：1）传统真空干燥工艺的缺陷在哪？超级电容、电容以及锂离子电池行业的众多生产厂家基本采用了传统的真空干燥方法。
超级电容器电极工艺中存在的问题分析
• 32•超级电容器作为随着社会的发展而出现的一种新兴能源储存元件，本身是一种极为特别的能源材料。
超级电容器已经在现代的社会生产过程中被广泛的进行应用，但实际上，超级电容器本身的性能较低，这是现代的研究者们着重进行探讨的一个关键点。
这就需要人们在对电容器电极的材料选择上进行改变。
下文将详细探讨在超级电容器的电极工艺过程中所使用的材料与因此产生的质量问题。
与传统的化学电源相比较而言，超级电容器中储存的电能主要来源于双电层和氧化还原赝电容的电荷传递。
与传统的电容器相比，超级电容器的优势在于他能够很快的放出极大的电流，并且充电速度与放电速度极快，充电放电的效率也比较高，本身使用寿命也比较长，这是因为超级电容器内部本身并没有产生化学上的反应。
因此，在社会生产的过程中对于超级电容器的使用也比较广泛。
1 电极工艺质量研究现状1.1 碳材料碳电极的电容器原理是使用电极与电解液之中储存的电力能量，电极与电解液的表面积能够决定电容器的主要容量大小，虽然他的容量与碳材料的表面积相比，他的表面积越大，电容器容量也越大，但实际上真正能够被投入使用的电量却并不多，多孔材料的孔内直径一般需要大于二纳米及以上，才能够在孔径之中产生双电层，产生了双电层的孔径才能够进行能量的储存工作。
如图1所示。
当多孔材料的孔径小于二纳米的情况下，这个系列会向着提高有效比表面积与可控微孔的孔径的方向发展。
使用碳材料作为电极的电容器，他的实际电容量大小与极化电位以及电极与面积大小的比例相关联。
因此可以使用极化电位的升高与扩大电极与表面积之间的比例，来成功的将电容量提高。
电极双电层中可以存在的电量的典型值约为15~40μF·cm -2。
表面积更大的电极材料意味着电容器可以获得更多的电容量。
最终的电容值可以由下式得出：式中：ε0为自由空间地绝对介电常数，ε为电导体和内部赫姆霍兹面间区域地相对介电常数，A 为电极表面积，d 为导体与内赫姆霍兹面之间地距离。
超级电容器产业发展建议研究
超级电容器产业发展建议研究随着科技的不断发展，超级电容器已经成为了未来储能行业的热门备选技术之一。
相比于传统储能设备，超级电容器具有能量密度高、循环寿命长、快速充放电等优势。
因此，超级电容器产业的发展前景广阔。
本文将从技术、市场和政策三个方面出发，提出超级电容器产业发展的建议。
一、技术方面1. 推动关键技术的研究超级电容器的核心技术包括电极材料、导电介质、电解液以及组装工艺等多个方面。
要想在同类产品中脱颖而出，需要在关键技术上进行不断地研发和创新。
建议在国家层面加大对超级电容器领域的科研投入，推动相关科研机构和企业加强协作，共同攻克技术难题。
2. 提升产品质量和稳定性超级电容器需要在高电压下运行，因此其产品质量和运行稳定性尤为重要。
建议相关企业对生产过程进行规范化管理，严格控制原材料及产品的质量，加强产品的测试和检验，确保产品符合各项技术规范和标准。
3. 研究大功率、高能量超级电容器目前市场上的超级电容器多用于小功率、短周期的应用场景中。
为了扩大市场规模，推动超级电容器应用的深入开发，需要研究开发更高能量、更大功率的超级电容器产品，以满足更广泛的应用需求。
二、市场方面1. 聚焦应用领域超级电容器的应用领域广泛，可以适用于汽车、电力、轨道交通等多个领域。
建议超级电容器企业在研发新产品时，更加注重技术和市场的结合，紧密关注各个应用领域的特殊需求，打造针对性更强的超级电容器产品。
2. 扩大应用场景超级电容器目前的应用领域仍然有待拓展，比如在新能源汽车、混合动力汽车领域中大规模应用。
建议政府加大对新能源汽车等领域的扶持力度，加强超级电容器的市场推广，以提高超级电容器在新能源领域中的应用水平和市场份额。
3. 提高产品性价比在高成本、高技术门槛的领域中，超级电容器企业需要提高产品性价比，以更好地融入市场。
建议企业加强产业协作，提高生产效率，控制成本，提高产品性能和竞争力，从而实现优质、高性价比的产品供应。
三、政策方面1. 制定产业政策政府应加大对超级电容器产业的支持和扶持，制定相关政策和规划，为企业提供技术和资金支持，并加强协作推进超级电容器产业升级。
超级电容器技术及产业国际论坛暨2018产业年会召开
超级电容器技术及产业国际论坛暨2018产业年会召开1月12—14日，超级电容器技术及产业国际论坛暨2018产业年会隆重召开。
此次年会以“推进超级电容产业发展，绿色能源让世界更美好”为主题，包括特邀报告、主题报告、行业分析、行业颁奖、高峰论坛、标准评选、学术墙报、展览展示及技术参观等内容。
据中国超级电容产业联盟秘书长高波介绍，此次年会首次将产业与学术国内国际融合，是迄今为止超级电容领域规模最大、人数最多、参与企业和专家最多的盛会。
会议着力研究探讨中国超级电容在学术、技术、产业应用、国际国内行业发展等方面进展和发展方向。
大会共安排50个产业应用、学术技术、国际国内报告，特别邀请美国、法国、韩国、保加利亚等国际权威专家作主题报告，聚集120多家超级电容领域的相关企业，200多位产业人士，60多家高校、研究院所，100多名知名学者，行业的顶级专家欢聚一堂。
会上，中国工程院院士杨裕生首先肯定了中国超级电容产业联盟在2018年所做的三件事：一是走访企业，为企业的发展排忧解难，牵线搭桥，起到积极的作用；二是在工信部大力支持下，构建与完善满足产业高质量发展所需的标准体系，发挥标准对产业的引领作用，如正在制定车用、照明、船用以及电器用等重要领域的应用标准，同时加大关键性标准的制定修订工作；三是为我国电容碳材料的发展把脉，着重发展国产高性能超级电容炭，2018年联盟与相关单位联合对国产高品质电容炭的量产技术进行了技术鉴定，看到了国内企业很好的技术与产业发展势头。
预计2019年将有规模的产量，这一重大进展值得点赞。
中国超级电容器产业的特色是在国际上市场最大、从业人数最多，高校与科研院所的相关科研人数也最多，发展潜力最大。
对于未来行业的发展趋势，杨裕生指出：“由于电容器件种类很多，各有特色，我们要充分发挥超级电容器的优势，继续开拓更多储能领域的应用，提高电容器的比能量，为进一步提高双电层电容器的体积能量密度提供有利思路。
首届全国超级电容器应用暨技术发展研讨会在苏州大学召开
首届全国超级电容器应用暨技术发展研讨会在苏州大学召开佚名【期刊名称】《电池工业》【年(卷),期】2008(13)6【摘要】2008年11月6日至8日，由中国化学会电化学委员会主办，苏州大学、复旦大学联办的“首届全国超级电容器应用暨技术发展研讨会”在苏州大学图书馆学术报告厅隆重举行。
研讨会以“超级电容器科研和产业的现状、发展和未来”为主题，中国科学院院士、厦门大学田昭武教授和中国工程院院士、解放军防化研究院杨裕生研究员应邀出席了本次研讨会。
来自全国50多所高校、科研院所和相关企业的120多位专家、学者代表参加了本次会议。
【总页数】1页(P371-371)【关键词】超级电容器;苏州大学;技术;应用;中国科学院院士;中国工程院院士;科研院所;中国化学会【正文语种】中文【中图分类】TM53;G649.285.3【相关文献】1.国家酝酿政策抵制过度包装/我国将采取5大措施维护食品安全/第九届中国国际食品添加剂和配料展览会暨第十五届全国食品添加剂生产应用技术展示会即将召开/美国伟迪捷科技有限公司在东莞成立地区分公司/2005亚洲食品配料及技术展览会即将召开/帝斯曼营养产品部牵手复旦大学强强联合打造世界一流实验室/国家质检总局部署两节食品消费安全工作/《中华面文化大典》首发式暨五谷原粮膳食营养价值专家研讨会在京召开/首届中国米粉、粉丝产业大会在广州召开 [J],2.2006中-日造纸工业技术交流会在京成功召开第八届造纸二次纤维利用技术国际研讨会暨第六届全国废纸造纸年会即将召开"节能创想2006--全国首届电气节能大赛"正式启动 [J],3.首届全国生化分析仪器应用规范研讨会暨专科会员代表大会在天津召开 [J],4.全国高校文科学报研究会二届二次理事会暨学术研讨会在苏州大学召开 [J], 无5.第六届全国煤化工水处理技术发展与应用专题研讨会暨煤化工废水处理技术工程案例分享会在杭州召开 [J], 杨文因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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油+锂电池
锂电池纯电动
21% 北汽福田、五洲龙
5% 比亚迪、众泰等
(深圳市今朝时代公司2012年提供)
C/C有机体系超级电容器，是回收刹车能量的首选。 适合在混合电动车使用，节油率15%-20%
增程式电动公交车
1、以铅酸电池+电容器为电源（北京科凌）
从北京开到扬州 两天1100公里 中途充电一次
百公里油耗19L (均速50km/h下)
“高功率、高能量和高安全性磷酸铁锂锂离子动力电容电池 ”
正极:LiFePO4 加活性炭;
负极:石墨
+
LFP AC
—
①常州 华日升凯晟能源科技有限公司 ②朝阳 立塬新能源有限公司
+
GF
功率型： 78Wh/kg， 2243W/kg； 3000次衰减至65.8Wh/kg（84%） —20℃下，71.2Wh/kg； 能量型：117Wh/kg， 1740W/kg； 充电速度可能 还难与“外并” 500次容量保持97.0% 相抗衡 —20℃下，94.2Wh/kg
科技部863计划支持增程式电动轿车和客车了
增 程 式 十 大 好 处
1、不必配太大容量动力电池——且可远行 2、电池组不会缺电和过放电——寿命延长 3、不一定用锂离子电池而用别种——价格低 4、夜间在停车场充电不另建充电站——省地 5、夜间充电是使用电网的“谷电”——“填谷” 6、不需要充电/换电的周转电池——投入低 7、不需要大量的换电设施和人员——运行省 8、传统汽车设施和成就全继承——且易加工 9、现有技术就可节油50%以上——节能减排多 10、政府补贴负担轻——较容易过渡到无补贴
超 级 电 容 器
无机体系C/C 双电层电容器 有机体系C/C
2.7V，2~7Wh/kg ，2-12kW/kg，106次 金属氧化物 准(赝) 电容器 导电聚合物 混合电容器 如C/KOH/NiOOH
1.3/1.6V，1~12 Wh/kg， 0.6~3 kW/kg，104次
C/C有机体系超级电容器：高功率、长寿命和较 高能量密度，是混合电动汽车、城轨的首选。
AC LTO + ②成都有机所 LCO 正极：活性炭电极 60-45% 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
⑵ 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
我国车用超级电容器的主要问题
1、当前美国Maxwell的产品(或者引进其技术 在国内生产)占据主要市场； 国产的车用超级电容器要努力与国外产品 产品比拼。
2、电容炭主要依赖进口，炭价高。 国产品起步，要增加产量，加强竞争力
我国车用超级电容器的主要问题
3、车用超级电容器电解液的溶剂用乙腈（AN） 高电导率：48 mS/cm 但 AN 沸点很低（82 º C） 挥发性强，易燃烧，毒性较大 安全和环保隐患！ 不符合发展新能源车“绿色”的理念 混合电动车试用超级电容器中出现过燃烧等 安全事故。 日本已禁止乙腈体系超级电容器用于电动车。
⑶ “锂离子电容器”
正极全为活性炭 一类混合电容器—— 锂离子在负极嵌、脱 负极——金属锂 ① 正极——活性炭 负极——石墨 ② 正极——活性炭 比能量可达20-30Wh/kg 比功率主要决定于负极
5.2 铅酸电池中添加超级活性炭 有三种方法 ⑴ 先进铅酸电池？（美国）
－ ＋
Pb
PbO2
铅酸电池
约合人民币1.5亿元，资助高能密度纳米炭
⑵ 超级电池 ⑶ 铅炭电池
－ ＋
－
超级电池 UltraBattery
＋
Pb C PbO2
Pb
PbO2
2、以镍-炭混合电容器为电源（青年-巨容）
（还有以锂离子电池为电源）
增程式电动汽车(EREV)
纯电动汽车增程 内燃机 纯电动车 油箱 变 速 箱 电机 发电机 电源组 充电器 220V
只有电动机驱动 故属纯电驱动 行驶前电池组充电 途中小功率发电机 在最佳工况下发电 ——节能
发电机与电源组并联驱动电动机 也给电源充电 高功率电池或储能电池+超电容 提供\回收电能 50公里内不用油；长途仍需用油 但可省油一半以上
7500
电容器 类型
0.15
7.1
6.42
内阻 mΩ 重量 kg 0.51 0.55 0.63
12.15
6000
尺寸 mm
额定 容量/F 电压/V 2.7 2.7 2.8 3000 3000 3000
功率型 （P）
功率型 （P） 方形电 容器
0.28～ 0.35
0.25～ 0.30 0.40
Ф60×137 Ф60×138 55×55×155
超级电容器关键技术
1. 高性能、低成本电容炭技术 2.高电导率电解液技术 3. 低内阻电极工艺与制造技术 4. 超级电容器单体技术 5. 超级电容器组合模块技术
超级电容器关键技术
关键技术1. 高性能、低成本电容炭技术 多孔电容炭材料性能要求
1、高比表面 > 1000m2/g 2、高中孔率--合理的孔结构 3、高电导率 4、高的堆积比重 5、高纯度--灰份 < 0.1% 6、高性价比 7、对电解液具有良好的浸润性 8、析气少
30-50 0.3 70-85% -20-60
<3000
110-160 <2 >90% -30-60
>50万
1-10 5-20 >97% -40-70
一、超级电容器技术现状 二、超级电容器在电动汽车中的应用 三、 超级电容器在规模储能中应用 四、超级电容器的技术发展动向
结束语
一、超级电容器技术现状
各指 标间 相互 矛盾
超级电容器关键技术
电容炭主要靠进口
防化研究院中试连续性生产线 BTR公司工程化生产线6月通过鉴定
超级电容器关键技术
关键技术2. 高电导率电解液技术
国产电解质：四氟硼酸四乙基铵 新型：甲基三乙基四氟硼酸铵 溶剂：乙腈 AN 新型溶剂：GBL、EA的开发 功能性电解液 如高电压型、低温型、高温型等
公司
电容 直流内 质量比 体积比 质量比 量 阻 能量 能量 功率 F mΩ Wh/kg Wh/L kW/kg
0.28 0.17 5.63 5.1 7.59 5.28 12.05 11.78
短路 电流 A
4000 5200
美国M公司 3000 韩国N公司 6200
南车公司
公司 凯迈嘉华
美国 Maxwell 韩国 LS
ExideTechno -logies with Axion Power International
DOE Aword
($mil.)
Technology
Production of advanced lead-acid batteries, using lead-carbon electrodes for micro and mild hybridapplications.
缺点：
1、重量、体积比能量低 2、工作电压低 水溶液电解质 ～1 V 有机电解质 ～2.7V
超级电容与电池性能对比
性 能 铅酸电池 1-5 小时 锂离子电池 1-5 小时 超级电容器 1-30 秒 充电时间
寿命/循环次数
能量密度/wh/kg 功率密度/kw/kg 充放电效率/% 工作温度/℃)
<500
一、超级电容器技术现状 二、超级电容器在电动汽车中的应用 三、 超级电容器在规模储能中应用 四、超级电容器的技术发展动向
结束语
四、超级电容器的技术发展动向
1、提高比能量
提高电极的比电容--新型高比容量碳材料
石墨烯可作电极添加剂； 主材料？
提高电解液的分解电压
减小电解质离子半径→3.0V，比能量↑23%
负极为活性炭 ＋ 不是铅酸电池 铅炭混合电容器 AC PbO2 兼有电池和电容的 优点、缺点 比能量较电池低 先进铅酸电池 比功率、寿命较 advanced lead电容器低 acid batteries
－
29 29
奥巴马：新一代电池及材料$15亿，约合￥100亿
其中的铅酸电池及材料3项
Applicant
超级电容器行业技术、标准及产业应用研讨会
宁波
超级电容器技术的 几个问题
杨裕生
2014年7月3-4日
商品化的超级电容器主要是双电层电容器 用多孔电极材料与电解液之间界面双电层的 原理来储存电能。 三部分组成:电极材料、隔膜、电解液
优点
1、长寿命，百万次 2、快充快放，高功率 3、原理和结构简单 4、材料易得、较廉 5、电压指示电存量 6、良好的低温性能
34.3
约合人民币4.7亿元，资助两种新型铅电池 East Penn Production of the UltraBattery for Manufacturing 32.5 micro and mild hybrid Co. applications.
G2, Inc.
21
Production of high energy density nano-carbon for ultracapacitors.
50万辆公交车、120万辆出租车 换代 年产千万余辆中高档乘用车 最佳车种
一、超级电容器技术现状 二、超级电容器在电动汽车中的应用 三、 超级电容器在规模储能中应用 四、超级电容器的技术发展动向
结束语
三、 超级电容器在规模储能中应用
用于：电网的调频； 瞬时电压波动的平抑 风力发电机的浆距调节 低比能量，限制了它在规模蓄电中应用
超级电容器产品的主要生产企业
金正平（石家庄） —— C / C 叠层炭粉，KOH 巨容公司（哈滨） —— C / Ni(OH)2，KOH 奥威公司（上海） —— C / Ni(OH)2 ，KOH 集星公司（北京） —— C / C 卷饶炭布，有机 锦州凯美（锦州） —— C / C 卷饶炭粉，有机 双登公司（江苏） —— C / Ni(OH)2，KOH、 新能源 （东莞） —— C / C，小型，有机 合众汇能（北京） —— C / C，有机 今朝时代（深圳） —— C / C，3000F，有机 东莞鹏辉（东莞） —— C / C，有机 山东海特（枣庄） —— C / C，有机 凯迈嘉华 (洛阳) —— C / C，有机 南车 (宁波) —— C / C，有机