金属氧化物超级电容器简介
超级电容器
电极材料
电极材料是影响超级电容器性能的重要因素。 为了进一步提高超级电容器的容量和循环寿命，最主要的 是开发新的高比容量，高比功率的电极材料。 超级电容器的电极材料可以分为以下几类:炭电极材料， 金属氧化物电极材料，导电聚合物电极材料，复合电极材 料。
碳电极材料
目前已经开发用在双电层电容器上的碳材料有:活性炭 粉末、活性碳纤维、碳纳米管、膨胀性石墨、碳气凝胶、 炭黑和石墨烯等。 炭材料的性质中最为关键的几个影响因素为炭材料的表 面积和粒径分布，炭材料的电学稳定性，炭材料的导电 率。
在沿海岛屿、边远山区，地广人稀的草原牧场等地方， 风能和太阳能可作为解决生产和生活能源的一种可靠 途径。然而，这些能源还不能稳定地供给。将超级电 容器与风力发电装置或太阳能电池组成混合电源，超 级电容器在白天阳光充足或风力强劲的条件下吸收能 量以电能的形式存储起来，在夜晚或风力较弱时放电， 可解决上述问题。
超级电容器还可用作汽车的主电源。
（4）工业领域
超级电容器在工业不间断电源(UPs)、安全预防 设备以及仪器仪表等方面得到广泛应用。
（5）消费电子领域
使用超级电容器做为储能元件的手电筒，充电只 需90秒，循环寿命可达50万次，可使用约135年。电 子玩具常要求瞬时大电流，而电池无法提供，使用超 级电容器作为电源不仅可以解决这个问题，还可以降 低使用成本、减轻质量。一种自动的切管工具用于替 代一种己经有十年历史的旧式手持切管设备。考虑实 际应用，要求能提供瞬间高功率及长寿命，并且要求 快速充电，一次充电能满足100次的切割工作，超级 电容器与电池混联后能使产品满足应用的需求。
超级电容器的研究及应用现状
美国、日本、韩国、俄罗斯、德国等国研究超级 电容器起步较早，技术相对比较成熟。
新能源材料-超级电容器
8.1 超级电容器概述 8.2 碳材料系列 8.3 金属氧化物材料 8.4 导电聚合物材料 8.5 复合材料 8.6 其他材料
功能材料研究所
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8.1 超级电容器概述
超级电容器(Supercapacitors)是从上世纪七、八十年代 发展起来的通过极化电解质来储能的一种电化学元件。它不 同于传统的化学电源，是一种介于传统电容器与电池之间、 具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原假电容电 荷储存电能。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。
(a) 碳气凝胶 (b) 花朵上的碳气凝胶
功能材料研究所
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8.2 碳材料系列
碳气凝胶的制备： 1）形成有机凝胶：有机凝胶的形成可得到具有三维空 间网络状的结构凝胶； 2）超临界干燥：超临界干燥可以维持凝胶的织构而把 孔隙内的溶剂脱除； 3）碳化：碳化使得凝胶织构强化，增加了机械性能， 并保持有机凝胶织构。 只有热固性有机气凝胶才能制备碳气凝胶，否则碳化将破坏 凝胶结构。碳气凝胶的原料一般采用间苯二酚和甲醛，二者 在碱催化剂作用下发生缩聚反应，形成间苯二酚甲醛 RF(resorcinol formaldehyde)凝胶。用超临界干燥法把孔隙 内的溶剂脱除形成RF气凝胶，RF气凝胶在惰性气体下碳化 得到保持其网络结构的碳气凝胶。
功能材料研究所
8.1 超级电容器概述
双电层原理示意图
功能材料研究所
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双电层电容器充电状态电位分布曲线
Profile of the potential across electrochemical double 功能材料研究所 layer capacitor in the charged condition
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,
超级电容器电极材料的设计与制备
超级电容器电极材料的设计与制备超级电容器是一种现代化的电能存储设备，它可以在微秒时间内完成能量的存储和释放。
相较于电池，它有更高的功率密度和更长的寿命，因此被广泛应用于各个领域。
超级电容器的基本构成是电极、电解质和集流器，其中电极材料是决定超级电容器性能的关键因素。
本文主要讨论超级电容器电极材料的设计与制备。
一、超级电容器电极材料的分类根据电极材料的性质不同，超级电容器电极材料可以分为两类：金属氧化物电极和活性炭电极。
金属氧化物电极主要由金属氧化物（如RuO2、MnO2、NiOOH等）制成，它们具有良好的电导率和电化学稳定性，能够承受高电流密度和高温环境，因此在高功率应用中得到广泛使用。
但是，金属氧化物电极的电容量较低，无法满足某些应用的需求。
活性炭电极能够提供更高的电容量，因为它们具有较高表面积和孔隙度，可以提供更多的存储空间。
目前，活性炭电极是占据超级电容器市场主流的电极材料。
但是，活性炭电极具有较低的电导率和较短的寿命，因为它们容易受到电化学反应的影响。
二、超级电容器电极材料的设计超级电容器电极材料的设计是一个复杂的过程，需要考虑材料的电化学性质、物理性质、结构性质等多方面因素。
首先考虑材料的电化学性质。
超级电容器在使用过程中会发生电化学反应，因此电极材料需要具有良好的电化学稳定性，以保证超级电容器的稳定性和寿命。
此外，电极材料应该尽可能地提高电容量和功率密度，以满足不同应用的需求。
其次考虑材料的物理性质。
活性炭电极需要具有高表面积和孔隙度，这样可以提供更多的存储空间。
金属氧化物电极需要具有良好的导电性和耐高温性，以承受高功率密度和高温环境。
最后考虑材料的结构性质。
电极材料的结构可以影响其电化学性质和物理性质。
例如，控制活性炭的微观结构可以调节其表面积和孔隙度，从而提高电容量和功率密度。
金属氧化物电极可以采用纳米结构、多孔结构等形式，以提高电极的电化学性能。
三、超级电容器电极材料的制备超级电容器电极材料的制备方式取决于其材料类型和结构。
超级电容器材料的研究及应用
超级电容器材料的研究及应用超级电容器是一种利用电场存储电能的能量存储器，其在电化学和电磁学理论上都有一定的发展。
超级电容器具有高能量密度、快速充放电、长寿命等优点，在现代航空、汽车、宇航和智能电网等领域有着广泛的应用。
而超级电容器的核心是电极材料，所以先进的电极材料能够带来超级电容器工作性能更好的表现。
一、超级电容器电极材料的研究现状目前，超级电容器电极材料的研究集中在以下领域：（1）金属氧化物材料的研究。
金属氧化物，如钼酸锂、钴酸镍等，具有优异的电极电化学性能，同时元素资源广泛，价格低廉，因此在超级电容器电极材料领域得到了广泛的研究与应用。
（2）碳材料的研究。
碳材料是制备超级电容器电极材料的主要原材料之一，具有良好的导电性和热稳定性。
而以活性炭为代表的多孔碳材料还具有大表面积、高比电容等优良性质，因此在超级电容器电极材料以及电池、传感器等领域应用广泛。
（3）二维材料的研究。
二维材料，如石墨烯和硼氮化物，具有高比表面积、方便处理的优势，已被广泛研究作为超级电容器电极材料。
尤其石墨烯由于其优异的导电性、机械强度和化学稳定性等特性，在超级电容器电极材料研究中被广泛关注。
（4）金属有机骨架材料的研究。
金属有机骨架材料，即MOFs，是由金属离子和有机配体组成的晶态材料，具有极大的内孔体积以及可调控的孔径和结构。
这种新型材料具有极高的表面积和储能密度，是超级电容器电极材料研究的热点之一。
二、超级电容器电极材料的制备方法超级电容器电极材料的制备方法主要分为化学还原法、水热法、煅烧法、氧化还原电位法等。
其中化学法是制备超级电容器电极材料的常规方法，其通过调节反应条件，可控制电化学行为，实现材料的优异电化学性能；而水热合成是在相对低的温度和压力下，通过压剂或表面修饰剂，实现材料形貌和结构的微观调控；氧化还原电位法是通过扫描电位电化学法控制电位，调控材料的化学反应，从而实现精准控制。
三、超级电容器材料的应用超级电容器在现代工业、航空、军事、医学等领域得到了广泛的应用。
超级电容器技术简介
超级电容器技术的研究背景及发展现状1. 研究背景随着科技的进步及社会文明程度的提高，能源问题已成为人类社会可持续发展战略的核心，是影响当前世界各国能源决策和科技导向的关键因素，同时，也是促进能源科技发展的巨大推动力。
进入二十一世纪之后，能源短缺和环境恶化的问题日益严重，这促使人们应更加重视建立确保经济可持续增长、有利于环境的能源供应体系，节能和扩大新能源开发利用成为世界性的趋势。
石油作为一种不可再生资源，随着人类需求的不断增长，已面临严重的短缺，并由此不断引发全球性的社会、经济、政治问题。
而且，全球燃油汽车消费量的不断增加，燃油汽车排放的NO x和CO x对全球环境带来严重污染，并导致地球温室效应。
开发更加清洁、环保的电动汽车被认为是解决能源问题和环保问题的一条有效途径，目前已成为全球性的研究热点。
电动汽车的研究经过多年的研发，特别是最近十年来的集中研究，已经对电动汽车有了比较统一的认识。
纯电动汽车（镍氢电池或锂离子电池作主电源）适合于短途应用，燃料电池电动车由于技术和成本因素在二十到三十年内不具备商业化应用的竞争力，而混合电动车（“油＋电”混合，）被认为是最接近商业化的技术模式。
“油＋电”混合电动车中的“电”主要是指二次电池，主要包括铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池。
目前，商品化的二次电池虽然具有较高的比能量，但比功率都很低，一般不超过500W/kg，而且电池在高脉冲电流放电或大电流充电时会影响其使用寿命，并引起电池内部发热、升温，存在安全隐患。
燃料电池同样是一种低比功率的储能元件，耐大电流充放电能力差。
单独使用电池作为动力电源无法满足电动汽车对电源系统的要求。
从能源的利用形态来看，电能作为能量利用的最终形态，已成为人类物质生产和社会发展不可缺少的“源动力”。
近年来，小型分立的可移动电源的发展更是增加了电能的利用形式和应用范围。
电能除了通过固有的电网系统应用于工业和家庭生活外，通过可移动电源（如铅酸、镍镉、镍氢、锂离子电池）等“承载体”更是成为随时随地均可便捷使用的动力源，极大方便了人们的物质文化生活。
超级电容介质类型
超级电容介质类型
超级电容（Supercapacitor）是一种新型的电化学储能设备，其电容量高达百至千倍的电解电容器，具有高功率密度、快速充放电、长寿命等特点。
而超级电容介质则是超级电容器中起到重要作用的一部分，其质量和性能直接影响到超级电容器的性能。
超级电容介质主要有三种类型：活性炭、金属氧化物和聚合物。
一、活性炭
活性炭是目前最常用的超级电容介质，其由高比表面积的碳材料制成。
活性炭的电容量取决于其比表面积，具体来说，其电容量正比于比表面积的平方根。
因此，活性炭的比表面积越大，其电容量就越高。
活性炭超级电容器具有低内阻、高电容量、长寿命等优点，广泛应用于储能设备、电动车辆、医疗器械等领域。
二、金属氧化物
金属氧化物是一种新型的超级电容介质。
其电容量较高，且具有良好的稳定性和可靠性。
金属氧化物超级电容器的性能主要取决于金属氧化物的比表面积和导电性。
目前，钼酸锂、钴酸锂等金属氧化物已经广泛研究并应用于超级电容器。
三、聚合物
聚合物是一种新型的超级电容介质，其特点是具有较高的电容量和较低的内阻。
聚合物超级电容器具有高能量密度、高功率密度、长寿命、较低的内阻等优点，适用于电力系统、智能电网、新能源汽车等领域。
目前，聚苯胺、聚合物电解质等聚合物已经成为研究的热点。
总结
超级电容器是一种新型的储能设备，其性能取决于超级电容介质的质量和性能。
目前，活性炭、金属氧化物和聚合物是超级电容器常用的介质类型，分别具有不同的优点和适用范围。
未来，随着科技的不断发展，超级电容器的应用领域将更加广泛，超级电容介质也将会有更多的创新和发展。
超级电容器工作原理
超级电容器工作原理超级电容器，也被称为超级电容或者超级电容器电池，是一种高能量密度和高功率密度的电子元件。
它具有比传统电池更快的充放电速度和更长的寿命。
本文将详细介绍超级电容器的工作原理。
一、超级电容器的构造超级电容器由两个电极、电解质和隔离层组成。
电极通常使用活性炭或者金属氧化物材料制成，这些材料具有大表面积和高电导率。
电解质则是负责传递离子的介质，常用的电解质包括有机溶剂和聚合物。
隔离层用于阻挠电极之间的短路。
二、超级电容器的工作原理超级电容器的工作原理基于电荷的分离和存储。
当超级电容器充电时，正极吸收电子，负极释放电子，形成电荷分离。
这导致电极之间产生电势差，形成电场。
电场将正电荷吸引到负极，负电荷吸引到正极，从而将电荷存储在电极表面。
三、超级电容器的充放电过程1. 充电过程：a. 将超级电容器连接到电源，正极接到正极，负极接到负极。
b. 电流从电源流入超级电容器，正极吸收电子，负极释放电子。
c. 电流通过电解质传导，将电荷存储在电极表面。
2. 放电过程：a. 将超级电容器从电源断开。
b. 存储在电极表面的电荷开始释放，电流从正极流向负极。
c. 电荷释放完毕后，超级电容器的电压降至零。
四、超级电容器的优势1. 高能量密度：超级电容器能够存储更多的能量，比传统电池更高。
2. 高功率密度：超级电容器能够更快地充放电，适合于需要高功率输出的应用。
3. 长寿命：由于超级电容器不会浮现化学反应，其寿命比传统电池更长。
4. 耐高温：超级电容器能够在高温环境下工作，不会受到过热的影响。
五、超级电容器的应用领域超级电容器在许多领域都有广泛的应用：1. 电动车辆：超级电容器可以用于电动车辆的启动和制动系统，提供高功率输出和能量回收。
2. 可再生能源：超级电容器可以用于储能系统，平衡可再生能源的波动。
3. 电子设备：超级电容器可以用于电子设备的短时备份电源，提供稳定的电流供应。
4. 工业应用：超级电容器可以用于工业设备的峰值功率补偿和电能质量改善。
金属氧化物超级电容器简介
金属氧化物超级电容器简介超级电容器，是一种介于普通静电电容器与二次电池之间的新型储能元件。
由于它具有比功率高、比容量大、成本低、循环寿命长、无记忆、充放电效率高，不需要维护和保养等优点，因此在移动通讯、信息技术、电动汽车、航空航天和国防科技等方面具有广阔的应用前景。
世界各国都给予了高度重视，并将其作为重点开发项目和战略研究进行研发。
超级电容器储能机理超级电容器按原理可分为双电层电容器和赝电容电容器。
作为第一类导体的电极与第二类导体的电解质溶液接触时，充电时则在电极/溶液界面发生电子和离子或偶极子的定向排列，形成双电层电容。
双电层电容器的电极通常为具有高比表面积的多孔炭材料，目前常用的炭材料有:活性炭粉末、活性炭纤维、炭黑、碳气凝胶、碳纳米管、玻璃碳、网络结构炭以及某些有机物的炭化产物。
赝电容，也称法拉第准电容，是在电极表面或体相中的二维或准二维空间上，电活性物质进行欠电位沉积，发生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。
赝电容不仅在电极表面，而且可在整个电极内部产生，因而可获得比双电层电容更高的电容量和能量密度。
在相同电极面积的情况下，赝电容可以是双电层电容量的10～100倍。
金属氧化物超电容电极材料最新进展对电极材料研究主要集中在各种活性炭材料、金属氧化物材料、导电聚合物材料等。
其中活性炭电极材料以产生的双电层为主，金属氧化物材料与导电聚合物材料以产生的赝电容为主，下面就介绍赝电容电极材料的研究进展情况。
由于RuO2等活性物质在电极/溶液界面法拉第反应所产生的"准电容"要远大于活性炭材料表面的双层电容，有着广阔的研究前景，已经引起了不少研究者的重视。
1、超细微RuO2电极活性物质的制备与研究超细微RuO2电极活性物质以其优异的催化活性已经在卤碱工业中得到了广泛的应用，但利用其不同寻常的比容量作为电化学电容的活性物质仅仅是近几年的事情。
T.R.JOW对这一活性物质进行了系统的研究，他们使用溶胶凝胶方法制备了超细微RuO2颗粒，在175℃加热若干时间，然后制备成为电极进行测试，此种RuO2电极活性物质具有优异的大电流充放电性能，其单电极比容量高达760F/g。
iec 超级电容-概述说明以及解释
iec 超级电容-概述说明以及解释1.引言1.1 概述超级电容（Super Capacitor）是一种新型的能量存储装置，它介于传统电容和化学电池之间。
相对于传统电容器，超级电容具有更高的能量密度和更大的功率密度，可以在短时间内快速充放电。
与传统化学电池相比，超级电容具有更长的循环寿命和更高的可靠性。
超级电容器的工作原理是通过在两个电极之间形成一个电介质，来存储电荷。
与传统电容器不同的是，超级电容器使用高表面积的电极材料，如活性炭或金属氧化物，来增加存储电荷的能力。
同时，电介质的选择也非常重要，它需要具有较高的介电常数和低电阻，以便快速存储和释放电荷。
超级电容器在多个领域都有广泛的应用。
在电动车领域，超级电容器可以用作辅助能量源，提供高效稳定的瞬时功率输出，以增加车辆的加速性能和能量回收效率。
在可再生能源领域，超级电容器可以作为储能设备，平衡能量的供需差异。
此外，超级电容器还被广泛应用于电子设备、电网稳定、医疗器械等领域。
尽管超级电容器具有很多优势，如高速充放电、长循环寿命和可靠性，但也存在一些局限性。
首先，超级电容器的能量密度较低，无法与化学电池相比。
其次，超级电容器的成本较高，限制了其大规模商业应用。
此外，超级电容器的稳定性和耐高温性还需要进一步改进。
总结而言，超级电容作为一种新兴的能量存储装置，具有重要的应用前景。
随着技术的不断创新和进步，超级电容器的能量密度和成本将不断提高，其在电动交通、可再生能源和其他领域的应用将会进一步扩大。
因此，超级电容器在能源存储领域的发展有着巨大的潜力。
文章结构部分的内容应包括对整篇文章的组织和结构进行说明。
下面是一个可能的编写示例：1.2 文章结构本文将按照以下结构进行叙述：1.引言：概述超级电容的定义、原理和应用背景，介绍文章的目的。
2.正文：2.1 超级电容的定义和原理：详细介绍超级电容的基本概念、组成结构和工作原理。
将对超级电容与传统电容的区别进行分析，并阐述其高能量密度和长寿命的特点。
超级电容器的原理及应用
超级电容器的原理及应用
超级电容器，又称为电化学超级电容器或超级电容器，是一种电子元件，其原理是将电荷存储在电极上以储存能量。
这些容器具有极高的能量密度，可以快速充放电，因此在一些应用中可以替代传统的电池或电池组。
超级电容器的原理基于二次电池的电化学反应。
电容器的原理是将正负电荷分开并在电极之间储存。
在超级电容器中，电极表面涂有高表面积的碳材料或金属氧化物，这些材料对电荷具有很高的吸附能力。
当电荷通过电容器时，它们被吸附在电极的表面上，从而形成一个电荷分离区域。
当电荷被释放时，它们可以以极快的速度穿过电介质并进行电流流动。
超级电容器的应用非常广泛。
由于它们可以快速充放电并且寿命长，因此被广泛应用于许多小型设备，如手持式电子设备、智能手表和荧光笔。
除此之外，它们还被广泛应用于汽车、工业机器人和船舰发动机等大型设备中。
超级电容器可以用于平衡电网。
当电力公司在生产过剩并需要存储能量时，超级电容器可以存储这些能量并在电力需求增加时释放。
这可以帮助电力网更加平衡，并减少对传统的化石燃料发电站的需要。
超级电容器可以用于辅助动力。
在混合动力汽车中，超级电容器可以与电池组配合使用，以提供额外的动力和能量回收功能。
这可以帮助汽车更加高效地使用燃料，并减少其对环境的影响。
总之，由于超级电容器具有高能量密度、寿命长、快速充放电等特点，因此在许多领域中得到广泛的应用。
其在未来的新兴能源领域和传统行业将会有更加广泛的应用和发展。
超级电容材料
超级电容材料超级电容材料是一种新型的能量存储器件，具有高功率密度、长循环寿命和快速充放电等特点。
它可以有效应用于电动汽车、可再生能源储存、电子设备等领域，成为替代传统电池的理想选择。
传统电容器的能量存储机制是通过电场来存储电荷，电容值较大，能够提供高电流输出。
但是传统电容器的能量密度较低，不能满足大容量储能的需求。
而超级电容材料则是通过电场和离子迁移的相互作用来存储能量，能量密度较高，可以实现大容量储能。
超级电容材料的核心是活性材料，目前常用的超级电容材料主要包括碳基材料和金属氧化物材料。
碳基材料具有导电性能好、稳定性高等特点，能够实现快速的充放电过程。
金属氧化物材料具有较高的比表面积和离子扩散速率，能够提供更高的能量密度。
超级电容材料的制备方法主要有化学还原法、高温炭化法和物理气相沉积法等。
其中化学还原法是最常用的制备方法，通过将化学物质还原生成的碳纳米管或石墨烯片层作为超级电容材料的活性层，同时利用胶体合成的方法实现纳米尺寸的粒子分散。
超级电容材料的电化学性能是评价其性能优劣的重要指标，主要包括比电容、循环寿命和内阻等。
比电容是指材料单位质量或单位体积能够存储的电荷量，是评价超级电容材料能量存储容量的重要指标。
循环寿命是指材料在充放电循环过程中能够保持较高的性能稳定性和长时间的使用寿命。
内阻是指材料在充放电过程中电荷传递过程中的电阻。
目前，超级电容材料的研究中存在一些挑战。
首先是提高能量密度和功率密度的矛盾。
传统意义上，能量密度高的材料功率密度较低，反之亦然。
其次是材料的循环寿命问题，材料在长时间的循环过程中容易发生衰减和劣化。
第三是材料合成和制备的成本问题，高性能的材料往往需要昂贵的原材料和复杂的制备工艺。
总体而言，超级电容材料是一种具有巨大潜力的能量存储器件。
通过不断的研究和创新，可以进一步提高超级电容材料的能量密度、循环寿命和制备成本，实现其在能源储存领域的广泛应用。
超级电容器电极材料
超级电容器电极材料超级电容器是一种储能装置，它具有高能量密度、高功率密度、长循环寿命和快速充放电等优点，因此在电子产品、新能源汽车、医疗设备等领域具有广泛的应用前景。
而超级电容器的性能很大程度上取决于电极材料的选择和设计。
本文将重点介绍超级电容器电极材料的研究进展和应用前景。
目前，超级电容器的电极材料主要包括活性碳、金属氧化物和导电聚合物等。
活性碳是一种常用的电极材料，具有较高的比表面积和良好的孔隙结构，能够提供丰富的储能空间。
金属氧化物电极材料具有较高的比电容和良好的电化学稳定性，如氧化铁、氧化钼等。
而导电聚合物电极材料具有良好的导电性和柔韧性，如聚咔唑、聚吡咯等。
这些电极材料各具特点，可以根据超级电容器的具体应用需求进行选择和设计。
近年来，石墨烯作为一种新型碳基材料，受到了广泛关注。
石墨烯具有高导电性、高比表面积和优良的机械性能，被认为是一种理想的超级电容器电极材料。
研究表明，采用石墨烯作为超级电容器电极材料，可以显著提高电容器的能量密度和功率密度，同时具有良好的循环寿命和快速充放电特性。
因此，石墨烯在超级电容器领域具有巨大的应用潜力。
除了石墨烯，碳纳米管也是一种备受关注的电极材料。
碳纳米管具有优异的导电性和机械性能，能够有效提高超级电容器的电化学性能。
研究表明，将碳纳米管与其他电极材料复合使用，可以显著提高超级电容器的性能，如提高比电容、降低内阻等。
因此，碳纳米管在超级电容器电极材料中也具有重要的应用前景。
此外，金属有机骨架材料（MOFs）和碳化硅等新型材料也被广泛研究用于超级电容器电极材料。
MOFs具有高孔隙度和可调控的结构，能够提供丰富的储能空间和优异的电化学性能。
碳化硅具有优异的导电性和化学稳定性，能够有效提高超级电容器的性能。
因此，这些新型材料在超级电容器领域也具有广阔的应用前景。
总的来说，超级电容器的性能取决于电极材料的选择和设计。
目前，石墨烯、碳纳米管、MOFs和碳化硅等新型材料被广泛研究用于超级电容器电极材料，能够显著提高超级电容器的能量密度、功率密度和循环寿命，具有广阔的应用前景。
超级电容器(资料汇总)
超级电容1.1 概述 (2)1.1.1 超级电容器的原理与结构及分类....... .. (2)1.1.2 超级电容器的特性.............. .. (4)1.1.3 超级电容器应用领域.... . (6)1.2 超级电容器市场状况 (7)1.2.1 概况 (8)1.2.2 竞争情况.. (11)1.2.3 下游市场...... . (12)1.3 超级电容器技术现状研究 (16)1.3.1 正极材料..... .. (17)1.3.2 负极材料 (18)1.3.3 有机电解液... (18)1.4 主要企业... (18)1.5 主要科研机构与科学家 (20)超级电容器作为一种新型的储能器件以其大容量、高功率密度、强充放电能力、长循环寿命、使用温度范围宽、无污染等许多显著优势在很多领域有着极为广阔的应用前景。
本文从详实的数据入手将超级电容器行业市场与技术现状综合起来，进行了全面深入的研究并对其发展作出了科学的预测。
同时，本文还基于当前国内的实情对产业技术中存在的漏洞提出了较好的解决方案，对技术的改进及产业的优化给出了合理的建议，并预见性的提出将锂离子电池技术与超级电容器技术结合起来研究推广的新思路。
本文不仅对国内从事电池能源业的中小型企业进军超级电容器领域，改进超级电容器生产技术，把握超级电容器市场动向有着较强的指导作用，对国家规范和优化超级电容器行业市场也有借鉴意义。
1.1 概述超级电容器又称电化学电容器，超大容量电容器，超电容器等。
迄今为止，没有规范的命名。
依据其储能机理不同，超级电容器又可分为以炭材料为主要电极材料的双电层电容器和以金属氧化物或导电聚合物为主要电极材料的准电容电容器。
1.1.1 超级电容器的原理（1）双电层电容工作原理双电层理论在19世纪末由Helmhotz等提出，后经Gouy，Chapman，Stern以及其他研究者逐步完善，已经形成较完善的理论。
其原理如图所示，将固体电极浸在电解液中，当施加低于溶液的分解电压的外加电场作用下，在电极与电解液接触的界面，由于库仑力、分子间力或者原子间力的作用，电荷会重新分布、排列。
超级电容器的设计和制备技术
超级电容器的设计和制备技术随着科学技术的不断发展，越来越多的新型材料应运而生，超级电容器就是其中一种。
超级电容器是一种高性能储能装置，具有高效率、高功率密度和长寿命等优点，在能源存储领域具有广泛的应用前景。
本文将介绍超级电容器的设计和制备技术。
一、超级电容器的分类和特性超级电容器（Supercapacitor，简称SC）又称电化学双层电容器、超级电容、超级电池、电化学电容器等，是一种电化学电容器。
超级电容器按材料分类主要有两种类型：一种为高孔隙碳材料超级电容器；一种为金属氧化物超级电容器。
高孔隙碳材料超级电容器利用电解液电离成的离子在高孔隙碳材料电极间的吸附作用来存储电能；金属氧化物超级电容器则是采用氧化物电极，其重要的特点是它们可以提供大的电容量，同时能够在高电压下工作。
与传统电池相比，超级电容器具备以下特性：1.高电容量：相对于传统的电瓶，超级电容器拥有非常高的电容量，能够储存更多的电能。
2.高充电速率：超级电容器的充电速度非常快，仅需数秒可充电至最大容量。
3.长寿命：相对于普通电池，超级电容器的寿命更长，因为它们的化学反应速度较慢，不易受到腐蚀。
4.绿色环保：超级电容器并不含有铅、汞、镉等重金属，对环境没有污染。
因此，超级电容器被广泛应用在电车、电动汽车、照明、电子设备等领域。
二、超级电容器的设计超级电容器分正负极两种，正极选择为氧化物材料，如锰酸锂、二氧化锰等，而负极则选用可撑开的极化陶瓷材料，如多孔氧化铌、二氧化钽等。
正负极之间使用导体连接，并加入电解液，就可以制备出超级电容器。
超级电容器的设计要考虑以下因素：1.选择材料：正极和负极的材料应该具有高的比表面积、高的导电性、良好的化学稳定性、长的循环寿命和低的内阻等。
2.电极设计：正极和负极应该互相分开，避免电介质损坏，同时长度应该尽量相等，以保证性能整齐。
3.电解液：电解液要具有较高的离子传导性、热稳定性、电化学稳定性等。
三、超级电容器的制备技术超级电容器主要分为两种制备方法：液相制备和固相制备。
超级电容器电极材料制备及表征研究
超级电容器电极材料制备及表征研究随着科技的不断发展和人们的不断追求，电能的储存和使用成为现代社会热门话题之一。
而超级电容器作为电能储存和释放的新兴技术，具有容量大、充电速度快、使用寿命长等特点，受到了广泛关注。
超级电容器由电极材料、电解液和隔膜三部分组成，因此电极材料的性能直接决定了超级电容器的性能。
目前，超级电容器电极材料主要分为活性炭、金属氧化物、碳纳米管等几种类型。
而在这几种电极材料中，金属氧化物由于其电极化学性能的优良以及成本的相对低廉，已经得到广泛应用。
因此，对于金属氧化物电极材料的制备及表征研究也成为了近年来研究的重点。
下面就从材料的制备及表征两个方面进行阐述。
一、金属氧化物电极材料的制备1. 溶胶-凝胶法溶胶凝胶法是一种物理化学方法，它通过将金属盐或氢氧化物降解到单原子或多原子离子（或结客体），然后在水相或有机相中沉淀或者在凝胶中后进行干燥、焙烧等过程制备，最终得到金属氧化物电极材料。
由于此方法具有制备工艺简单、温度容易控制、得到的产物相对稳定等优点，因此在金属氧化物电极材料的制备中应用广泛。
2. 水热法水热法是一种利用水热条件下物质的溶解度变化和水热反应实现合成的方法。
该方法与溶胶凝胶法相比具有加工难度低、反应周期短、制备成本低等优点，因此也成为了金属氧化物电极材料制备的有效方法。
3. 气相沉积法气相沉积法（CVD）是一种在高温中将气体分解为元素或化合物，并在固体表面上生成非晶态（或结晶态）材料的化学气相沉积方法。
该方法制备的电极材料分散性好、晶体结构紧密、表面活性大，因此也具有广泛应用前景。
二、金属氧化物电极材料的表征在金属氧化物电极材料的制备过程中，对于材料的表征及分析也是无可避免的一个环节。
1. 结构表征结构表征主要包括电子显微镜、X射线衍射和拉曼光谱等方法。
其中，电子显微镜结合X射线衍射可以更为准确地确定材料的晶体结构、晶粒大小以及表面形貌等信息。
2. 电化学表征电化学表征主要包括循环伏安法、交流阻抗法和恒电位充放电等方法。
超级电容器的原理及应用
超级电容器的原理及应用
超级电容器(也称为超级电容、超级电容器电池或超级电容电池) 是一种能够存储和
释放大量电荷的电子元件。
它的原理基于双电层电容效应和电化学吸附效应。
超级电容器是由两个电极和介质组成的。
电极通常是碳材料，如活性炭或金属氧化物。
介质常用的是离子溶液或有机电解质。
当电压施加到电容器上时，电解液中的离子会在电
极表面形成一层双电层，其中负离子吸附在正极，正离子吸附在负极，形成了一个分层结构。
这种分层结构可以存储大量的电荷，并在释放电流时快速释放。
超级电容器的主要特点是高容量和高功率密度。
它能够在短时间内快速充放电，并且
具有长寿命、快速响应和可靠性高的特点。
尽管其能量密度相对较低，但在一些特定的应
用领域中具有广泛的应用。
超级电容器广泛应用于电动汽车、混合动力车辆、轨道交通、风力和太阳能发电等领域。
由于其快速充放电特性，可以在启动和制动时提供大量的能量，并在频繁的循环放电
和充电过程中保持性能。
超级电容器还可以用作微网电力系统中的能量存储装置，用于平
衡电网供电和需求之间的差异，提高能源利用效率。
除了储能应用之外，超级电容器还可以用于电子设备中。
它们可以用作备份电源，保
护设备在断电时保存重要数据。
超级电容器还可以用于提供快速的脉冲功率，如激光器、
医疗设备、通信设备等领域。
超级电容器在储存能量和提供高功率的需求下具有许多优势。
但是由于其相对较高的
成本和能量密度的限制，仍然需要进一步的研究和改进来推动其在更广泛的应用领域的发展。
超级电容介质类型
超级电容介质类型超级电容介质类型超级电容是一种高能量密度的电化学储能器件，其特点是具有高功率密度、长寿命、快速充放电等优点。
而超级电容的性能取决于其内部电极材料和介质材料的选择。
本文将介绍超级电容中常用的介质类型。
一、活性炭活性炭是一种多孔性材料，具有大比表面积、良好的导电性和化学稳定性等特点。
在超级电容中，活性炭通常作为正极材料使用，它可以提供大量的表面积来吸附离子，并且可以快速地释放储存的电荷。
此外，活性炭还可以与其他材料组合使用，以提高超级电容的能量密度和功率密度。
二、碳纳米管碳纳米管是一种由碳原子组成的纤维状结构，在超级电容中也被广泛应用。
碳纳米管具有优异的导电性能和高比表面积，并且可以通过改变其结构来调节其导电性能和孔隙结构。
因此，在超级电容中使用碳纳米管作为电极材料可以提高其储能效率和循环寿命。
三、金属氧化物金属氧化物是一种由金属离子和氧离子组成的化合物，具有良好的电学性能和化学稳定性。
在超级电容中，金属氧化物通常作为负极材料使用，它可以提供大量的离子储存空间，并且可以通过调节其结构来提高超级电容的储能密度和功率密度。
四、聚合物聚合物是一种由单体分子经过聚合反应形成的高分子材料，具有良好的可塑性和化学稳定性。
在超级电容中，聚合物通常作为介质材料使用，它可以提供大量的孔隙结构来吸附离子，并且可以通过改变其结构来调节其孔隙大小和分布。
此外，聚合物还可以与其他材料组合使用，以提高超级电容的储能效率和循环寿命。
五、离子液体离子液体是一种由阳离子和阴离子组成的液态材料，在超级电容中也被广泛应用。
离子液体具有优异的导电性能和化学稳定性，并且可以通过改变其结构来调节其导电性能和溶解度。
因此，在超级电容中使用离子液体作为介质材料可以提高其储能效率和循环寿命。
六、纳米材料纳米材料是一种具有纳米级尺寸的材料，具有优异的物理化学性能。
在超级电容中，纳米材料可以作为电极材料或介质材料使用，它可以提供大量的表面积或孔隙结构来吸附离子，并且可以通过改变其结构来调节其导电性能和孔隙大小。
超级电容器
活性炭 碳气凝胶 碳纳米管 石墨烯
金属氧化物
混合型超级电容器
静电和电化学作用共同储能
导电聚合物
对称型电极
非对称型电极
可充电电池型
复合电极材料 赝电容+双电层电极
8
3
3-1 双电层电容器
双电层电容原理
其储能过程是物理过程，没有化学反应且 过程完全可逆，这与蓄电池电化学储能不同
由于正负离子在固体电极和电解液之间的表面上分别吸附， 造成两固体电极之间的电势差，从而实现能量的存储。
材料
Cellulose 纤维素
5
制作
工艺
5
超级电容器的制作工艺
磨料
行星球磨机
压制电芯
热平压机
软包超级电容器制作工艺流程图
14
3
3-3 混合型超级电容器
锂离子电容器
结 构 图
15
3
3-3 混合型超级电容器
充电
电解液 中的Li+嵌入 到石墨层间 形成嵌锂石 墨，同时， 电解液中的 阴离子则吸 附在活性炭 正极表面形 成双电层。
锂离子电容器机理
放电
Li+从负极 材料中脱出回到 电解液中，正极 活性炭与电解液 界面间产生的双 电层解离，阴离 子从正极表面释 放，同时电子从 负极通过外电路 到达正极。
4
4-2 超级电容器的电解液
电 解 液
性能要求
4
4-2 超级电容器的电解液
按照电解液的类型可以分为水系电解液和有机系电解液
水系电解液
中性电解液(NaSO4等) 酸性电解液(H2SO4等)
碱性电解液(KOH等)。
有机/离子电解液 四氟硼酸四乙基铵(Et4NBF4)
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金属氧化物超级电容器简介
超级电容器，是一种介于普通静电电容器与二次电池之间的新型储能元件。
由于它具有比功率高、比容量大、成本低、循环寿命长、无记忆、充放电效率高，不需要维护和保养等优点，因此在移动通讯、信息技术、电动汽车、航空航天和国防科技等方面具有广阔的应用前景。
世界各国都给予了高度重视，并将其作为重点开发项目和战略研究进行研发。
超级电容器储能机理超级电容器按原理可分为双电层电容器和赝电容电容器。
作为第一类导体的电极与第二类导体的电解质溶液接触时，充电时则在电极 / 溶液界面发生电子和离子或偶极子的定向排列，形成双电层电容。
双电层电容器的电极通常为具有高比表面积的多孔炭材料，目前常用的炭材料有 :活性炭粉末、活性炭纤维、炭黑、碳气凝胶、碳纳米管、玻璃碳、网络结构炭以及某些有机物的炭化产物。
赝电容，也称法拉第准电容，是在电极表面或体相中的二维或准二维空间上，电活性物质进行欠电位沉积，发生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。
赝电容不仅在电极表面，而且可在整个电极内部产生，因而可获得比双电层电容更高的电容量和能量密度。
在相同电极面
积的情况下，贋电容可以是双电层电容量的10〜100倍
金属氧化物超电容电极材料最新进展
对电极材料研究主要集中在各种活性炭材料、金属氧化物材料、导电聚合物材料等。
其中活性炭电极材料以产生的双电层为主，金属氧化物材料与导电聚合物材料以产生的贋电容为主，下面就介绍贋电容电极材料的研究进展情况。
由于RuO2等活性物
质在电极/溶液界面法拉第反应所产生的 "准电容"要远大于活性炭材料表面的双层电容，有着广阔的研究前景，已经引起了不少研究者的重视。
1、超细微RuO2电极活性物质的制备与研究
超细微RuO 2电极活性物质以其优异的催化活性已经在卤碱工业中得到了广泛的应用，但利用其不同寻常的比容量作为电化学电容的活性物质仅仅是近几年的事情。
T.R.JOW对这一活性
物质进行了系统的研究，他们使用溶胶凝胶方法制备了超细微 RuO 2颗粒，在175 C加热若干时间，然后制备成为电极进行测试，此种RuO 2电极活性物质具有优异的大电流充放电性能，其单电极比容量高达760F/g。
JOW 认为制备含水的无定型的
RuO 2氧化物是加大材料电容量的关键，反应仅仅发生在氧化物电极表层。
活性材料中加入大面积导电性碳黑后使材料的大电流放电性能有所改善，功率密度达到 100KW/Kg 。
JOW制备的活性电极可在一52 C 〜73 C的范围之内连续充放电 60 , 000次以上。
JOW 等人给出的解释是 RuO 2 ?xH 2O由于是无定型态，电解液容易进入电极材料，由它
作电极时，是材料整体参加反应，
即材料的利用率可达到 100% ;而RuO 2作电极材料时，由于是晶体结构，电解液不易进入电极材料内部，只在材料的表面发生
反应。
所以虽然 RuO 2的比表面积大，但实际比容量却比 RuO 2 ?<H20小得多(RuO 2 2H20法拉第理论容量，900F/g )。
由此可见，无定型态结构比晶体结构更适合作超电容电极材料。
RuO 2电极活性物质在电容量方面的性能是其他的物质所不能比拟的，但由于该种活性物质高昂的价格，大规模的工业化生产尚
不现实，因此，人们在寻找各种方法减少RuO 2的用量。
纳米RuO 2电极活性材料以其不同寻常的比容量而成为研究的热点，研究工作主要集中在运用不同的方法制备活性极高的电极材料。
Fang ,等在100〜200 C以钽基体热分解先驱体乙醇钉制备氧化钉膜，比电容为593F/g,表面电容为4F/ cm。
超细微RuO电极活性材料的制备主要采用热分解氧化RuCI 3 ?xH 2O 的水溶液或乙醇溶液(300〜800 C )。
用此法制得的无水RuO 2 薄膜作电极，比表面积约为120 m2/g,比容量最大可达380F/g,最大工作电压1.4V左右。
用热分解氧化法制备的电极活性材料不含结晶水，属于晶体结构，仅颗粒外层Ru和H作用，因此电极比表面积的大小对电容的影响较大，所得的电极比容量比理论值小得多。
在此材料中，电极表面和体相内均能发生氧化还原反应，使
RuO 2 ?xH2O的全部体积均能用于电荷存储，大大提高了电极
的比容量。
此外在粗糙的基体材料或大比表面积的材料上沉积
RuO 2可获得高比表面积的涂层或粉体材料。
氧化钌被认为是实现这个目标的重要候选材料，但氧化钌用作超级电容器材料有一个致命的弱点 ,那就是材料的成本太高 ,达到了约 1＄ /g, 而相应的碳材料只有约 0.02 ＄ /g ；且金属钌对环境也有污染，所以它的使用，受到了很大的限制。
2、其他过渡金属氧化物的制备与研究
氧化锰资源广泛、价格低廉、环境友善、具有多种氧化价态，广泛地应用于电池电极材料和氧化催化剂材料上。
氧化锰用作超级电容器的电极主要归结为两类，一类为制备氧化锰粉末电极，另一类为制备氧化锰薄膜电极。
高比表面积二氧化锰是由 Anderson 等人发现的一种价格低廉且效果良好的新型电容器材料。
他们分别用溶胶凝胶法和电化学沉积法来制备MnO 2,通
过比较发现 ,用溶胶凝胶法制备的 MnO 2 的比容量比电沉积法制备的MnO 2 的比容量高出 1/3 之多 ,达到 698F/g, 且循环 1500 次后,容量衰减不到 10% 。
这样高的比容量是基于法拉第准电容储能原理 ,MnO 在充放电过程中发生了可逆的法拉第反应,而且由于用溶胶凝胶法制备的 MnO 2 是纳米级的 ,具有高的比表面积 , 同时无定型的结构使 MnO 2 晶格扩张 ,质子很容易存留在里面 ,而沉淀法制得的晶体结构的微米级 MnO 2 不具有这些特点。
3 、其他电极活性材料代替 RuO2
RuO 2 活性物质成本昂贵，因此，必须寻找一种可以代替 RuO 2 活性物质的廉价电极活性物质。
这方面的研究工作虽然不
少，但遗憾的是至今尚没有发现可以完全代替 RuO 2 的新材料。
Branko.N.Popov 使用醇盐水解溶胶凝胶方法制备了超细 Co2O3 电极活性物质，单电极的比电容达到了 291F/g 。
另外，杂多酸类化合物是一类很大的化合物族，呈现一种立体的网络式结构且具有很大的比表面积，钼、钨两种氧化物有用作电化学电容电极活性物质的潜力，结合杂多酸类化合物的结构，磷钼杂多酸 H3PMo 12 O 14 。
是作为电极材料的最好选择，目前的部分工作就是围绕这类化合物进行的。
使用 RuO 2作为电容器的另一个电极，电容器双电极比电容达到
112F/g ，能量密度可以达到 37KJ/Kg ，具有较大的应用前景。
K.C.Tsai 使用高温氧化法制备了一种金属钼的氮化物 T-MoN 。
该种物质具有大的材料比表面积(700 m2 /g ),与RuO2电极组成电容器其双电极比电容达到了 125F/g 。
研究者对包括相对惰性的金属氧化物
V2O5,过渡贵
金属氧化物 IrOx 在内的其他活性物质在这方面的应用也进行了实验，目前性能最好的材料仍然是 T.R.JOW 制备的无定型钌的氧化物。
4 、导电聚合物超电容电极材料最新进展导电聚合物是一种新型的电
极材料,其最大的优点是可以通
过分子设计选择相应的聚合物结构,从而进一步提高聚合物的性
能,以得到符合要求的材料。
有关这方面的研究也非常活跃。
导电聚合物电极电化学电容器的电容主要来自法拉第准电容 ,其作用机理是：通过在电极上的聚合物膜中发生快速可逆的n型或p
型掺杂和去掺杂氧化还原反应 ,使聚合物达到很高的储存电荷密度 ,
从而产生很高的法拉第准电容来储存能量,其较高的工作电位
是源于聚合物的导带和价带之间有较宽的能隙。
导电聚合物电容器可分为三类：①两极由同一种p-型掺杂导电聚合物构成，结构
对称；放电过程中 ,去掺杂态的聚合物电极发生氧化（掺杂）反应而掺杂态的电极发生还原（去掺杂）反应 , 当放电至两电极都处于半
掺杂态时 ,两极电压为零。
因为在电容器体系中 ,对纯度要求很高 ,而化学合成方法要使用较多的化学助剂 ,在得到产物的同时产生了较多的杂质,而且有
些杂质是不容易清除的。
对于各种类型的电子导聚合物都可以通过电化学方法进行聚合 ,使用惰性金属电极或碳纸电极作为集流体,在单体分子的水溶液或有机溶液中,以恒定的电压或电流使材
料发生聚合反应 ,某些无法确定聚合条件的材料 ,可以通过线性电位
扫描（循环若干次）的方法合成聚合物 , 当聚合体系使用有机溶液时 ,反应要在氩气保护的条件下完成。
氧化钌的实用性研究和展望氧化钌虽然性能优异，但其资源较为紧缺，且价格昂贵，因此
各国都在寻求减低其成本的途径。
归纳起来，主要工作围绕以下几
个方面 :（1）使用各种方法制备大面积的RuO 2 活性物质。
（2）将 RuO 2 电极活性物质与其他的金属氧化物混合以达到减少 RuO 2 用量并同时提高材料容量的目的。
（ 3）寻找其他廉价的材料代替RuO 2 以降低成本。
超级电容器产业在我国刚刚起步，目前比较成熟的技术局限在碳材料双电层电容器的研发和制造中，氧化钌材料氧化还原电容器尚无生产，但碳材料的性能远不及氧化钌，只能应用在性能要求较低的民用设备上，无法满足军工和航天工业上的应用，因此目前国内的高性能电容器大部分需要进口，如果能开发出性能优良的氧化钌电容器，并以其低成本占领部分国内市场，定会降低进口产品的比例与价格，无论对国家还是社会都是很大的贡献。